同步辐射光源是目前人类认识微观世界的重要工具,在生命、物理、化学、医药和材料等学科的研究中发挥着重要作用,是世界各国竞相研发的大学科学装置。超导波荡器(Superconducting Undulator)是进一步提高当前同步辐射光源的性能的重要装置之一。超导波荡器磁体运行所需要的低温恒温器是超导波荡器整体装置研发的重要内容之一。本论文以实际工程中一台在研超导波荡器模型机低温恒温器为研究对象,开展相关的理论设计分析,主要设计内容包括以下几个方面:1)低温恒温器冷却热负荷分析。分析了超导波荡器模型机低温恒温器的基本结构、冷却要求和冷却基本方案,研究了各温区热负荷的来源,建立了不同来源的热负荷的计算方法,获得了4K、20K和60K温区的热负荷。研究了影响系统热负荷的一些设计因素,初选了系统的冷源。2)低温恒温器典型组件设计分析。主要包括制冷机二级冷头液氦冷凝器、管路系统和真空容器三个组件的设计分析。分析了制冷机二级冷头冷凝器的结构特点,研究了相应的设计方法,对其设计结果进行了传热数值模拟校核。分析了管路系统结构,研究了管路的强度校核方法,对管路的低温冷缩和热应力进行了模拟分析。分析了真空容器的结构特点,研究相应的主体参数设计方法,对真空容器的受力和变形进行了模拟分析。3)冷质量支撑的设计分析。分析了冷质量支撑系统的结构特点和设计要求,建立了冷质量系统整体受力分析模型,通过解析方法和数值模拟,获得了支撑系统在各工况下的受力情况。研究了单个支撑组件的设计方法,对支撑组件的设计结构进行了传热和力学模拟分析。超导波荡器模型机低温恒温器是超导波荡器模型机研制成功的关键之一。本论文所开展的超导波荡器模型机低温恒温器相关的设计研究可为其工程设计提供一定的理论参考依据,相关的设计与分析方法可为类似低温恒温器设计提供一定的参考,对于超导波荡器研发有一定的应用价值。