一种低温制冷机用球铰装置的制作方法

1.本实用新型涉及制冷设备技术领域，更具体地说，涉及一种低温制冷机用球铰装置。


背景技术：

2.回热式低温制冷机在现代科学技术中应用广泛，例如红外探测器件的冷却，超导滤波器件的冷却，高分辨率气体检测等都需要回热式低温制冷机。回热器是回热式低温制冷机的核心部件，在低温制冷机工作过程中，回热器在冷指气缸内往复直线运动，带动制冷工质在回热器内交变流动，达到冷指气缸冷端和热端之间建立起较大的温度梯度的目的。回热器与冷指气缸壁的配合间隙影响到回热器的气流阻尼和摩擦阻力，回热器的结构和性能对回热式低温制冷机的性能影响较大。
3.在回热式低温制冷机中，由于交变压力的作用，大部分工质气体穿过回热器内部的金属网片参与热交换，也有一部分气体直接从回热器外壳与冷指气缸的配合间隙直接穿过，未参与换热过程，从而对制冷机的冷量造成损失。
4.现有技术中一种方案是提高对零部件加工精度的要求，使回热活塞与冷指气缸具有较高的圆柱度和同轴度，并保证配合间隙达到间隙密封要求，提高了加工制造成本。
5.现有技术中另一种方案是提供一种流体流动导管，以达到确保压缩缸和回热缸之间的流体通道，这种柔性管结构减少间隙密封导致的各种约束和降低了与之相关的成本，但带来了新的问题：如柔性管的材料及加工成本，柔性管与两端孔的连接可靠性，这些都会影响制冷机的成本及工作寿命。
6.综上所述，如何在不增加成本的同时提高制冷机的性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种低温制冷机用球铰装置，在使用的过程中，球节相对于球座可周向转动且可偏转，并且球座、球头、封堵部三者中两两之间均密封设置，在使用的过程中，可以通过球铰的被动调节作用抵消加工和装配过程中的误差，使与球座连接的回热器以及套设于回热器外周部的冷指气缸始终保持同轴状态，同时避免气体外漏。
8.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
9.一种低温制冷机用球铰装置，包括：球座、封堵部以及球节，所述球节包括支撑杆和与所述支撑杆固定连接的球头；
10.所述球座设置有第一通孔，所述支撑杆由所述第一通孔的上部伸出所述球座，所述封堵部位于所述第一通孔内、并与所述第一通孔配合，所述球头位于所述球座和所述封堵部所围成的腔体内，所述球节相对于所述球座可周向转动、且可偏转；
11.所述封堵部与所述球座之间设置有密封结构，所述密封结构贴合套设于所述球头
的外周部，且所述封堵部、所述球座均与所述密封结构密封连接，以实现所述球座、所述球头、所述封堵部三者中两两之间的密封。
12.优选的，所述第一通孔包括上通孔和与所述上通孔连通的下通孔，所述上通孔设置有与所述球头配合的第一球面，所述下通孔为圆柱孔，且所述圆柱孔的直径大于所述第一球面的直径。
13.优选的，所述封堵部设置有与所述球头配合的第二球面以及贯穿所述第二球面的第二通孔，所述球节内沿轴向设置有通气孔，所述第二通孔与所述通气孔连通。
14.优选的，所述第二通孔的直径大于所述通气孔的直径。
15.优选的，所述封堵部为与所述下通孔配合的圆柱结构，所述下通孔的深度大于所述封堵部的高度，且所述封堵部的下表面与所述球座的下表面平齐。
16.优选的，所述密封结构为弹性密封圈，且所述弹性密封圈的内表面与所述球头密封贴合，所述弹性密封圈的上表面和外侧面均与所述第一通孔的内侧壁密封贴合，所述弹性密封圈的下表面与所述封堵部的上表面密封贴合。
17.优选的，所述支撑杆与所述球头的连接处设置有凹部，以使所述球节相对于所述球座偏转。
18.优选的，所述球节相对于所述球座的周向转动角度为360
°
，所述球节相对于所述球座的偏转范围为[-9
°
，+9
°
]。
[0019]
优选的，所述支撑杆的外周设置有外螺纹，球节定位台设置有与所述外螺纹配合的内螺纹。
[0020]
在使用本实用新型提供的低温制冷机用球铰装置时，一般将低温制冷机用球铰装置与回热器活塞连接，由于球节相对于球座可周向转动且可偏转，可以通过球铰的被动调节作用抵消加工和装配过程中的误差，使与球座连接的回热器以及套设于回热器外周部的冷指气缸始终保持同轴状态，降低了加工精度以及装配精度要求，降低了加工成本，并且在使用的过程中，密封结构的设置，使球座、球头、封堵部三者中两两之间均密封连接，气体进入回热器之后，不会由球座、球头、封堵部三者之间的间隙外漏，可以提高制冷效果。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]
图1为本实用新型所提供的低温制冷机用球铰装置的剖面示意图；
[0023]
图2为本实用新型所提供的低温制冷机用球铰装置处于负向偏转的具体实施例的结构示意图；
[0024]
图3为本实用新型所提供的低温制冷机用球铰装置处于正向偏转的具体实施例的结构示意图；
[0025]
图4为本实用新型所提供的低温制冷机用球铰装置应用于低温制冷机的部分结构的示意图。
[0026]
图1-4中：
[0027]
1为球座、2为封堵部、21为第二通孔、3为球节、31为支撑杆、32为球头、33为通气孔、4弹性密封圈、5为球节定位台、6为回热器、7为冷指气缸。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0029]
本实用新型的核心是提供一种低温制冷机用球铰装置，在使用的过程中，球节相对于球座可周向转动且可偏转，并且球座、球头、封堵部三者中两两之间均密封设置，在使用的过程中，可以通过球铰的被动调节作用抵消加工和装配过程中的误差，使与球座连接的回热器以及套设于回热器外周部的冷指气缸始终保持同轴状态，同时避免气体外漏。
[0030]
请参考图1-4。
[0031]
本具体实施例公开了一种低温制冷机用球铰装置，包括：球座1、封堵部2以及球节3，球节3包括支撑杆31和与支撑杆31固定连接的球头32；
[0032]
球座1设置有第一通孔，支撑杆31由第一通孔的上部伸出球座1，封堵部2位于第一通孔内、并与第一通孔配合，球头32位于球座1和封堵部2所围成的腔体内，球节3相对于球座1可周向转动、且可偏转；
[0033]
封堵部2与球座1之间设置有密封结构，密封结构贴合套设于球头32的外周部，且封堵部2、球座1均与密封结构密封连接，以实现球座1、球头32、封堵部2三者中两两之间的密封。
[0034]
需要进行说明的是，支撑杆31与球头32为一体式结构，为了进气的需要，球节3沿轴向设置有通气孔33。
[0035]
在使用本具体实施例提供的低温制冷机用球铰装置时，一般将低温制冷机用球铰装置与回热器活塞连接，由于球节3相对于球座1可周向转动且可偏转，可以通过球铰的被动调节作用抵消加工和装配过程中的误差，使与球座1连接的回热器6以及套设于回热器6外周部的冷指气缸7始终保持同轴状态，降低了与球节3连接的零部件以及低温制冷机用球铰装置中各零部件的加工精度以及装配精度要求，从而降低了加工成本；并且在使用的过程中，密封结构的设置，使球座1、球头32、封堵部2三者中两两之间均密封连接，气体进入回热器6之后，不会由球座1、球头32、封堵部2三者之间的间隙外漏，可以提高制冷效果。
[0036]
在上述实施例的基础上，可以使第一通孔包括上通孔和与上通孔连通的下通孔，上通孔设置有与球头32配合的第一球面，下通孔为圆柱孔，且圆柱孔的直径大于第一球面的直径。
[0037]
将第一通孔分设为两部分，如图1所示，第一球面与圆柱孔之间通过台阶面连接，使球节3及封堵部2的装配更加方便，并且圆柱孔的直径大于第一球面的直径，方便对球面进行加工。
[0038]
封堵部2设置有与球头32配合的第二球面以及贯穿第二球面的第二通孔21，球节3内沿轴向设置有通气孔33，第二通孔21与通气孔33连通；优选的，第二通孔21的直径大于通气孔33的直径，且未偏转时，通气孔33的轴线与第二通孔21的轴线重合，偏转时，通气孔33
的轴线与第二通孔21的轴线不重合；如图2所示，a为支撑杆31处于负向偏转位置的角度，如图3所示，b为支撑杆31处于正向偏转位置的角度，在这两种偏转状态下，通气孔33均不会被封堵部2覆盖，保证进气流量。
[0039]
优选的，可以将封堵部2设置为与下通孔配合的圆柱结构，下通孔的深度大于封堵部2的高度，且封堵部2的下表面与球座1的下表面平齐。
[0040]
在装配的过程中，首先将球节3的支撑杆31由第一通孔穿出，并且球节3的上部球面与第一球面紧密贴合，球座1的第一通孔的台阶面上设置有弹性密封圈4，组装完成后，在球头32的挤压下，弹性密封圈4的内表面与球头32密封贴合，弹性密封圈4的上表面和外侧面均与第一通孔的内侧壁密封贴合，弹性密封圈4的下表面与封堵部2的上表面密封贴合；安装封堵部2，使封堵部2的第二球面与球头32下部远离支撑杆31一端的球面紧密贴合，封堵部2的外侧面与球座1圆柱孔的内侧面紧密贴合。
[0041]
在气体由通气孔33位于支撑杆31的一端进入后，由球头32一端流出，流出后的气体如果想要由球座1、球头32、封堵部2之间外漏，需要解除弹性密封圈4与球头32之间的密封、弹性密封圈4与封堵部2之间的密封以及弹性密封圈4与球座1之间的密封，难度非常大，因此，气体几乎不可能出现外漏，可以有效提高密封效果。
[0042]
在一具体实施例中，可以在支撑杆31与球头32的连接处设置凹部，以使球节3相对于球座1偏转。凹部的具体尺寸，可以根据球节3偏转的角度确定，在实际使用的过程中，可以使球节3相对于球座1的周向转动角度为360
°
，球节3相对于球座1的偏转范围为[-9
°
，+9
°
]；球节3相对于球座1的偏转范围为[-4
°
，+4
°
]时，基本可以满足要求，具体根据实际情况确定。
[0043]
本技术文件中提到的球节3相对于球座1的偏转方向如图2、3所示，偏转过程中的转动轴线为球节3中心轴线之外的其它轴线，且偏转过程中的转动轴线垂直于球节3的中心轴线，球节3的中心轴线，为沿其支撑杆31长度方向的轴线。
[0044]
支撑杆31的外周设置有外螺纹，球节定位台5设置有与外螺纹配合的内螺纹，并且支撑杆31设置有定位台，球节定位台5旋转至与定位台接触的位置。
[0045]
如图4所示，球节3的球座1与回热器6连接，冷指气缸7套设于回热器6的外周部，在保证制冷机性能的前提下，降低了制冷机零部件加工和装配的精度要求，同时也提高了制冷机的工作寿命。这种改进型的结构不仅应用于旋转整体式斯特林制冷机，也适用于直线分置式斯特林制冷机结构，均能达到预期目标。
[0046]
本技术文件中提到的第一通孔和第二通孔21中的“第一”、“第二”仅仅是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。
[0047]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本实用新型所提供的所有实施例的任意组合方式均在此实用新型的保护范围内，在此不做赘述。
[0048]
以上对本实用新型所提供的低温制冷机用球铰装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。