專利名稱：球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有一種具有空間交叉十字槽的四工作腔球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)，涉及旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)領(lǐng)域。
旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)，俗稱轉(zhuǎn)子機(jī)，它以活塞在工作中既繞傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又繞傳動(dòng)軸作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一類機(jī)種。它比往復(fù)式活塞機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡單，可省去往復(fù)活塞機(jī)所必須的整套進(jìn)排氣閥，曲柄、連桿及其相關(guān)機(jī)構(gòu)，因而具有很大的潛在利益，并一直被為人們所重視，但因其本身的結(jié)構(gòu)或其較為復(fù)雜，或其密封問題解決不理想，因而至今還未取得很大發(fā)展。例如已有的三角轉(zhuǎn)子活塞轉(zhuǎn)子機(jī)，它雖結(jié)構(gòu)緊湊，也不需整套進(jìn)、排氣閥及曲柄連桿，制造成本較低，而曾被大量運(yùn)用于轎車中，但由于該活塞機(jī)本身的三角轉(zhuǎn)子與殼體為偏心轉(zhuǎn)動(dòng)的三點(diǎn)接觸，在高速運(yùn)行后產(chǎn)生振紋、密封差、磨損大，因此難于和普通往復(fù)式活塞機(jī)抗衡，而使其發(fā)展受到影響。又例如美國專利US3708252″轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)“US4631011”用作泵壓縮機(jī)或轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的流體作用裝置″也對轉(zhuǎn)子機(jī)作了創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，但因其形狀和實(shí)際構(gòu)造復(fù)雜或因其在經(jīng)濟(jì)加工條件下達(dá)不到防止泄漏的要求，如要極大地提高制造的準(zhǔn)確度和精度，往往使成本增加過高，因而也不能推廣使用。
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、便于加工、密封性能好、價(jià)格低、運(yùn)行穩(wěn)定、使用壽命長的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)。
本發(fā)明的工作原理是由兩個(gè)叉軸、一個(gè)球轉(zhuǎn)子和外殼組成的球式轉(zhuǎn)子機(jī)，其球轉(zhuǎn)子上設(shè)有兩條在空間互相垂直、在空間相交而又各不相通的溝槽，叉軸的一端為叉頭活塞部分，叉頭活塞的斷面形狀與溝槽斷面相同。組裝時(shí)使兩叉軸軸線處在同一空間平面內(nèi)，其軸間的夾角為δ，δ應(yīng)不大于45°以使轉(zhuǎn)子便于轉(zhuǎn)動(dòng)，兩軸交點(diǎn)和球轉(zhuǎn)子的球心相重合。將兩個(gè)叉軸的叉頭活塞部分分別裝入球轉(zhuǎn)子的兩條互相垂直的溝槽內(nèi)，球轉(zhuǎn)子溝槽的長度又大于叉頭活塞的長度，這樣叉頭活塞的兩端與溝槽端面間，在受到具有內(nèi)球面的外殼的包容下就形成了活塞泵、機(jī)的四個(gè)工作腔。此時(shí)，該球式泵、機(jī)就可視作一種經(jīng)過變形的帶殼體的萬向聯(lián)軸器。當(dāng)以任一軸為主動(dòng)軸并旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，四個(gè)工作腔的每一個(gè)工作腔將以其當(dāng)時(shí)所處的狀態(tài)為起點(diǎn)，產(chǎn)生一次工作容積從大到小(或從小到大)再從小到大(或從大到小)的變化，也就是說，主軸旋轉(zhuǎn)一周，整個(gè)泵機(jī)有四次工作腔的容積變化，亦即有四個(gè)工作容積的工作流體輸出(或輸入)。此時(shí)叉軸(包括叉頭活塞部分)的運(yùn)動(dòng)無論何為主動(dòng)，均為圍繞自身軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。球轉(zhuǎn)子為既轉(zhuǎn)動(dòng)又往復(fù)擺動(dòng)的一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)-進(jìn)動(dòng)。叉頭活塞相對于轉(zhuǎn)子為單純的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，相對于殼體為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此本發(fā)明為典型的旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)。
此種新型的轉(zhuǎn)子機(jī)、泵，由于主要零件僅由殼體、轉(zhuǎn)子、叉軸三部分零件所組成，因而從結(jié)構(gòu)上來說最為簡單，且各相對運(yùn)動(dòng)的零件間的接觸均為面接觸，因而具有最理想的密封條件，本轉(zhuǎn)子機(jī)、泵又為單機(jī)多工作腔，而各腔在運(yùn)動(dòng)圓周上的相位可依次等距排列，因而又具有脈動(dòng)小、工作平穩(wěn)的良好工作條件，上述這些條件就可使本球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)為一種結(jié)構(gòu)簡單、具有良好工作性能的泵、機(jī)。此外，為了節(jié)省成本、提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量，本發(fā)明的泵、機(jī)的主要零件可采用專用機(jī)床來加工。本發(fā)明功能廣泛，可用于氣、液泵和馬達(dá)等機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)結(jié)構(gòu)原理2為圖1的A-A剖面3為工作腔A為0°位時(shí)四個(gè)工作腔位置4為工作腔A為90°位時(shí)四個(gè)工作腔位置5為工作腔A為180°位時(shí)四個(gè)工作腔位置6為工作腔A為270°位時(shí)四個(gè)工作腔位置圖實(shí)施例圖1為本發(fā)明球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖，它有五個(gè)基本零件所組成(即不包括活塞密封、軸密封及標(biāo)準(zhǔn)件等)，圖1中(1)為左叉軸，(2)為右叉軸，(3)為球轉(zhuǎn)子，(4)為左外殼，(5)為右外殼。球轉(zhuǎn)子(3)上設(shè)有兩條空間互相垂直、在空間相交而又各不相通的溝槽，槽內(nèi)裝配有起活塞及傳動(dòng)作用的活塞部分，它系由左、右叉軸(1)、(2)的叉頭部分所構(gòu)成。令叉頭活塞的弧長均小于球轉(zhuǎn)子上溝槽的弧長，叉頭活塞的斷面形狀與由轉(zhuǎn)子溝槽輪廓曲線和外殼的內(nèi)球曲面所包容斷面形狀完全一致。由于叉頭的兩端與球轉(zhuǎn)子的垂直溝槽端面間形成一定的空間，在受到具有內(nèi)球面外殼的包容后，就形成該旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)的四個(gè)工作腔。叉頭活塞部分與球轉(zhuǎn)子溝槽之間的接觸為曲面接觸，叉頭活塞部分與外殼內(nèi)球面之間為球面接觸。叉軸(1)、(2)的軸線設(shè)在同一空間平面內(nèi)，其軸間交角δ為30～42°，叉頭活塞兩端面的夾角為θ，工作腔的行程角為γ，γ＝2δ，球轉(zhuǎn)子上溝槽端面間總夾角為β，β≥θ+γ。兩軸交點(diǎn)和球轉(zhuǎn)子的球心o重合，左外殼(4)、右外殼(5)均為一個(gè)有一定厚度的半球殼體，殼體的內(nèi)表面的球形應(yīng)與叉頭活塞上的對應(yīng)表面及球轉(zhuǎn)子的球面均相配合，叉頭活塞與球轉(zhuǎn)子溝槽間的接觸面亦相配合，殼體內(nèi)表面上設(shè)有可通過流體的導(dǎo)槽d、c和進(jìn)、出流體的通道b和c，導(dǎo)槽d和c分別與通道a、b相連通。
如前所述，按照萬向聯(lián)軸器的工作原理當(dāng)以任一軸為主動(dòng)并旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，四個(gè)工作腔中的每個(gè)工作腔將以其當(dāng)時(shí)所處的狀態(tài)為起點(diǎn)產(chǎn)生一次工作容積從大到小(或從小到大)再從小到大(或從大到小)的容積變化。如圖3～6所示，四個(gè)工作腔分別為A、B、C、D，圖3中A腔為0°位，容積代表符號V，此時(shí)VA＝Vmin，VB＝VD，VC＝Vmax;圖4為A腔為90°位，此時(shí)VA＝VC，VB＝Vmin，VD＝Vmax;圖5為A腔0°位旋轉(zhuǎn)180°后，此時(shí)VA＝Vmax，VB＝VD，VC＝Vmin;圖6為A腔由0°位旋轉(zhuǎn)270°后，此時(shí)VA＝VC，VB＝Vmax，VD＝Vmin。當(dāng)A腔旋轉(zhuǎn)到360°，A腔重新回到原位，再現(xiàn)圖3所示的情景。由此可見，主軸旋轉(zhuǎn)一周，整個(gè)泵機(jī)有四次工作腔的容積變化，亦即有四個(gè)工作容積的工作流體輸出(或輸入)。流體的進(jìn)出通過殼體導(dǎo)槽c、d和通道a、b來進(jìn)行。由圖2所示的A-A剖面圖可見，a為流體排出通道，b為流體進(jìn)入通道，如在殼體上對應(yīng)于工作腔容積由最小到最大的一段(設(shè)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))，使導(dǎo)槽c與進(jìn)入通道b相連通，而在殼體上對應(yīng)于工作腔容積由最大到最小的一段，使導(dǎo)槽d與排出通道a連通，且在工作腔容積分別達(dá)到最大及最小時(shí)所對應(yīng)殼體上部位，可使殼體上導(dǎo)槽間的相隔間距H不小于球轉(zhuǎn)子上溝槽寬長，這就從結(jié)構(gòu)上保證流體進(jìn)入的阻力小、高低壓部分切換準(zhǔn)確和流體排出徹底，從而使本發(fā)明肯有良好的使用性能。
上述實(shí)施例所述的球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)，可以是一個(gè)輸入和輸出對稱性的機(jī)構(gòu)，因而如用于泵類機(jī)械，當(dāng)需改變主軸的旋轉(zhuǎn)方向，則可用對調(diào)流體進(jìn)入和排出的進(jìn)出口關(guān)系實(shí)現(xiàn);反之如用于作為馬達(dá)類機(jī)械，則一旦對調(diào)流體的進(jìn)、出口關(guān)系則就可改變主軸的旋轉(zhuǎn)方向，使機(jī)械的旋轉(zhuǎn)方向具有可逆轉(zhuǎn)的性質(zhì)。由此可見本發(fā)明有較的多功能并使其具有適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.由一個(gè)球形轉(zhuǎn)子、外殼、二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸、工作腔組成的球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)，其特征在于所述的球形轉(zhuǎn)子，其上設(shè)有兩條空間互相垂直、在空間相交而又各不相通的溝槽，溝槽內(nèi)配有起活塞及傳動(dòng)作用的活塞部分，它由轉(zhuǎn)動(dòng)軸左、右叉軸的叉頭部分所構(gòu)成，叉頭活塞的弧長小于球轉(zhuǎn)子上溝槽的弧長，叉頭活塞的斷面形狀與由球轉(zhuǎn)子溝槽輪廓曲線和外殼的內(nèi)球面所包容的斷面形狀完全一致，叉頭活塞與球轉(zhuǎn)子溝槽間的接觸面為配合表面兩轉(zhuǎn)動(dòng)叉軸的軸線設(shè)在同一空間平面內(nèi)，其軸間夾角為δ，δ不大于45°。叉頭活塞兩端面的夾角為θ，球轉(zhuǎn)子上溝槽端面間的總夾角為β，兩軸的交點(diǎn)和球轉(zhuǎn)子的球心0相重合，所述的工作腔是由叉頭的兩端與球轉(zhuǎn)子的兩互相垂直溝槽的端面間形成一定的空間，在受到具有內(nèi)球面的外殼包容后形成的有四個(gè)腔的工作腔，工作腔的行程角為γ，γ=2δ，β≥θ+γ，所述的外殼為一內(nèi)表面為球形且具有一定厚度的殼體，此內(nèi)表面的球形與叉頭活塞部分上的對應(yīng)表面及球轉(zhuǎn)子的球面相吻合，且均為曲面接觸的配合表面。外殼內(nèi)表面上設(shè)有可通過流體的導(dǎo)槽(d)、(c)和進(jìn)、出流體的通道(b)和(a)，導(dǎo)槽(d)和(c)分別與通道(a)和(b)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)，其特征在于所述的二叉軸軸間夾角δ為30°～42°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)，其特征在于在工作腔分別達(dá)到最大、最小容積其對應(yīng)外殼上的部位，使殼體上導(dǎo)槽間的相隔間距H小于球轉(zhuǎn)子上的溝槽寬度。
全文摘要
本發(fā)明的球式轉(zhuǎn)子泵、機(jī)，屬于旋轉(zhuǎn)活塞機(jī)領(lǐng)域。它由一個(gè)球形轉(zhuǎn)子、殼體、二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸及工作腔所組成，其特征在于球轉(zhuǎn)子上設(shè)有二條在空間互相垂直、在空間相交而又各不相通的溝槽，二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部的叉頭活塞部分分別裝于球轉(zhuǎn)子溝槽內(nèi)，叉頭活塞的兩端與溝槽端面間及外殼的內(nèi)球面形成四個(gè)工作腔，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)一周，即有四個(gè)工作腔容積變化。本發(fā)明可用泵、馬達(dá)等多種領(lǐng)域，它結(jié)構(gòu)簡單、密封性好，工作平穩(wěn)，價(jià)格便宜。
文檔編號F01C3/06GK1045149SQ89100590
公開日1990年9月5日 申請日期1989年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月22日
發(fā)明者莫兆麒, 莫克明 申請人:莫兆麒