容積式流體機械聯動變容機構的製作方法

2023-06-03 05:18:16 2

專利名稱：容積式流體機械聯動變容機構的製作方法
技術領域：
本發明屬於容積式流體機械領域，具體涉及一種聯動迴轉變容機構。可用於 流體工作機械和流體原動機械。
背景技術：
流體機械以流體為工作介質來轉換能量的機械。通常包括水輪機、汽輪機、 燃氣輪機、膨脹機、風力機、泵、通風機、壓縮機、風動工具、氣動馬達和液壓 馬達等。容積式根據工作原理，流體機械可分為容積式和葉片式。容積式流體機械 依靠運動元件改變工作容積來實現能量轉化。根據結構，容積式流體機械主要有往復式和迴轉式兩種變容方式。往復式流體機械變容方式結構複雜，活塞的往復運動與氣缸的相對運動速度 大，能量損失大，磨損嚴重。迴轉式流體機械的變容機構主要有轉子式、滑片式、螺杆式和渦旋式等幾種。 這幾種變容機構均存在高速掃膛運動或嚙合運動，且螺杆機構和蝸旋機構加工工 藝複雜，精度要求高，成本大。上述幾種變容機構均存在因其運動部件的高速相對運動或嚙合運動而造成磨 損嚴重，能量損耗大，效率低，或因加工工藝複雜，精度要求高，而導致成本高 等問題。迴轉式變容機構一般僅用於工作機械，鮮有原動機使用。發明內容技術問題本發明的目的是提供一種容積式流體機械聯動變容機構，該機構 結構簡單，零件數量極少，聯接和驅動方式靈活。用於流體工作機械時，驅動方 式可演變為外轉子推動內轉子、外轉子帶動內轉子、內轉子推動外轉子、內轉子 帶動外轉子四種方式。用於流體原動機械時，動力可由外轉子輸出，也可由內轉 子輸出，如果改變流體供給的方向，即可改變轉動方向。技術方案本發明的容積式流體機械聯動變容機構包括外轉子、內轉子、聯動板；內轉子的外徑小於外轉子的內徑，內轉子位於外轉子內部，且內轉子與 外轉子的轉動軸不重合；在內轉子上設有內鉸孔，在外轉子上設有外鉸孔，聯動 板的兩邊分別設有外鉸軸、內鉸軸，其中外鉸軸鉸接在外鉸孔中，內鉸軸鉸接在 內鉸孔中。外轉子呈圓筒狀，其內表面開有軸向的、形狀似希臘字母"Q"的外鉸孔， 孔內可鑲襯套或置軸承，並開設油孔、油道。內轉子呈圓柱狀，其外表面也開有軸向的呈"Q"形的內鉸孔，孔內可鑲襯 套或置軸承、開設油孔、油道。聯動板呈板狀，其兩邊為柱形鉸軸，與外轉子的相連邊為外鉸軸，與內轉子 的相連邊為內鉸軸，外鉸軸軸心線與內鉸軸軸心線之間的寬度大於外轉子的外鉸 孔圓心線至外轉子軸心線的距離加外轉子軸心線至內轉子軸心線的距離與內轉子 的內鉸孔圓心線至內轉子軸心線的距離之差。工作原理1、 零件間的裝配關係內轉子置於外轉子之中，外轉子繞外轉子軸心線轉動， 內轉子繞內轉子軸心線轉動。外轉子軸心線與內轉子軸心線之間的距離為外轉子 內徑尺寸與內轉子外徑尺寸之差的一半，以使內轉子的外表面與外轉子的內表面 做相切運動形成的密封帶，與聯動板共同組成工作腔。聯動板置於內轉子和外轉 子之間，其外鉸軸置入外轉子的外鉸孔，使其鉸接於外轉子的內表面，內鉸軸置 入內轉子的內鉸孔，使其鉸接於內轉子的外表面，內鉸軸和外鉸軸隨著內轉子和 外轉子的轉動在一定範圍內擺動。鉸接部位既保持活動又保證密封，以便與內轉 子外表面和外轉子內表面及其相切形成的密封帶共同組成壓縮腔和等壓腔。2、 各零件的功用 外轉子-外轉子的外鉸孔與聯動板的外鉸軸相鉸接，其內表面與內轉子的外表面相切， 此時，外轉子與內轉子、聯動板共同組成壓縮腔和等壓腔，並傳遞或接受動力。當外轉子繞外轉子軸心線順時針方向轉動時，外鉸孔和外鉸軸帶動聯動板的 內鉸軸和內轉子的內鉸孔，使內轉子繞內轉子軸心線一起作順時針轉動。內轉子 轉動方向與外轉子轉動方向相同，但軸心線各異。當外轉子繞外轉子軸心線逆時針方向轉動時，外鉸孔和外鉸軸推動聯動板的 內鉸軸和內轉子的內鉸孔，使內轉子繞內轉子軸心線一起作逆時針轉動。內轉子轉動方向與外轉子轉動方向相同，但軸心線各異。同樣，當內轉子繞內轉子軸心線順時針方向轉動時，內鉸孔和內鉸軸推動聯 動板的外鉸軸和外轉子的外鉸孔，使外轉子繞外轉子軸心線一起作順時針轉動。 外轉子轉動方向與內轉子轉動方向相同，但軸心線各異。當內轉子繞內轉子軸心線逆時針方向轉動時，內鉸孔和內鉸軸帶動聯動板的 外鉸軸和外轉子的外鉸孔，使外轉子繞外轉子軸心線一起作逆時針轉動。外轉子 轉動方向與內轉子轉動方向相同，但軸心線各異。內轉子內轉子的內鉸孔與聯動板的內鉸軸相鉸接，其外表面與外轉子的內表面相切， 與外轉子、聯動板共同組成壓縮腔和等壓腔，並傳遞或接受動力。 其功用分析類同於外轉子。 聯動板聯動板的外鉸軸鉸接於外轉子的外鉸孔，內鉸軸鉸接於內轉子的內鉸孔，其接 點既保證聯動板能活動，又保證其密封。聯動板與內轉子等長，並與內轉子外表 面、外轉子內表面及此二表面相切後所形成的密封帶共同組成壓縮腔和等壓腔， 同時承受流體壓力，並傳遞動力。3、工作過程分析內轉子置於外轉子之中，兩者均繞各自的軸心線轉動。外轉子軸心線與內轉 子軸心線之間的距離為外轉子內徑尺寸與內轉子外徑尺寸之差的一半，以保證內 轉子外表面與外轉子內表面做相切運動形成密封帶。外轉子與內轉子間用聯動板 鉸接，內轉子、外轉子、聯動板三者共同組成工作腔。當內轉子、外轉子轉動時， 由於有聯動板相連，故兩者轉動一周所需的時間相同，其切點的相對運動距離僅 為外轉子內徑周長與內轉子外徑周長之差，與非聯動旋轉方式如滑片式的機構相 比，後者相對運動距離為滑片掃膛外徑周長，故本機構相對運動小，零件磨損小， 效率髙。雖然其工作方式有許多種，但其工作原理基本相同，以下僅以作工作機械時 外轉子推動內轉子作逆時針方向轉動時的工作情況加以分析-在外力作用下，外轉子繞外轉子軸心線作逆時針方向轉動，其作用力作用於 外鉸軸，方向為外轉子的切線方向，且與轉動方向一致，該力作用於聯動板並通 過聯動板作用於內轉子的內鉸孔，由於聯動板外鉸軸軸心線與內鉸軸軸心線之間的寬度大於外轉子的外鉸孔圓心線至外轉子軸心線的距離加外轉子軸心線至內轉子軸心線的距離與內轉子的內鉸孔圓心線至內轉子軸心線的距離之差，故夾角e 始終小於180。，其內鉸孔的作用力方向不會經過內轉子的軸心線而形成死點,從而使內轉子繞其軸心線作逆時針方向轉動，聯動板也不會出現反向擺動。當a〉0 時，等壓腔容積逐漸變大，流體進入等壓腔，當轉動至a-O時，等壓腔容積變至 最大值，流入過程結束。隨著轉動的繼續，壓縮腔容積變小，壓縮開始，流體被 壓出壓縮腔，同時等壓腔容積逐漸變大，流體進入等壓腔，轉動至a-O時，壓縮 腔容積變至最小值，壓縮過程結束，流體通過排出孔排出，同時等壓腔容積又變 至最大值，流入過程結束。如此循環，轉子每轉兩周，聯動板兩側的工作腔分別 完成流進和壓縮排出，流體的進入和壓縮在聯動板兩側同時進行，故工作效率高。 有益效果本機構結構簡單，零件數量極少，聯接和驅動方式靈活。因其結 構的特殊性，用於流體工作機械時，驅動方式可演變為四種方式，即1、外轉子 推動內轉子，2、外轉子帶動內轉子，3、內轉子推動外轉子，4、內轉子帶動外轉 子。用於流體原動機械時，動力可由外轉子輸出，也可由內轉子輸出，如改變流 體供給的方向，即可改變轉動方向。另外，本機構的零件易於加工製造:外轉子為圓筒狀結構，內轉子為圓柱狀 結構，利用普通的車磨刨鑽技術即可完成；聯動板的加工利用鍛壓、焊接技術或直接選用型材，加以磨削加工即可。整個機構裝配、維修簡單，無需複雜的專用 設備，很容易實現流水線批量生產。


圖1是工作原理靜態結構示意圖，圖2是工作原理動態結構示意圖， 圖3是聯動板位置原理結構示意圖， 圖4是整體結構示意圖， 圖5是聯動原理結構示意圖。以上的圖中有外轉子l、外鉸孔ll、外轉子軸心線12、內表面13，內轉子 2、內鉸孔21、內轉子軸心線22、外表面23，聯動板3、外鉸軸31、內鉸軸32， 壓縮腔4，切點5,等壓腔6。a :外鉸孔11與切點5之間相對於外轉子軸心線之間的夾角。0:聯動板3圍繞內鉸孔21擺動，其內鉸軸32軸心線與外鉸軸31軸心線 之間的連線與內轉子內鉸孔21圓心線至內轉子軸心線22之間的夾角。
具體實施例方式外轉子外轉子呈圓筒狀。其直徑及長度尺寸系根據排量、壓縮比和轉動速度以及其它相關因素計算確定。其內表面開有軸向的、形狀似希臘字母"Q"的鉸接槽，稱外鉸孔，孔內可鑲襯套或置軸承，並開設油孔、油道。該槽的切邊尺 寸及其相位，與內轉子外徑尺寸、外轉子內徑尺寸、聯動板的截面形狀、受控容 積的大小以及流體介質的種類有關，其上可有一至多個孔道以供流體流進或排出， 亦可根據需要在流體流入口或流出口各安置閥門。內轉子內轉子呈圓柱狀。其直徑及長度尺寸也是根據排量、壓縮比、轉動速度以及其它相關因素計算確定。其外表面也開有軸向的呈"Q"形的鉸接槽，稱內鉸孔，孔內也可鑲襯套或置軸承、開設油孔油道。該槽的切邊尺寸及其相位， 與內轉子外徑尺寸、外轉子內徑尺寸、聯動板的截面形狀、受控容積的大小以及 流體介質的種類有關。其上可有一至多個孔道以供流體流進或排出，亦可根據需 要在流體流入口或流出口各安置閥門。聯動板聯動板呈板狀，其橫截面可以是直的，也可以是"S"形等異型狀。 長度與內轉子等長，也可多段設計。其兩邊為柱形鉸軸，與外轉子的相連邊稱外 鉸軸，與內轉子的相連邊稱內鉸軸。外鉸軸軸心線與內鉸軸軸心線之間的寬度應 大於外轉子的外鉸孔圓心線至外轉子軸心線的距離加外轉子軸心線至內轉子軸心 線的距離與內轉子的內鉸孔圓心線至內轉子軸心線的距離之差。鉸軸柱面及板體 兩頭可設置油孔、油道、減磨圈、密封圈等，用以進行密封、減壓和潤滑。 理論分析-本機構的實質是:外轉子軸心線、內轉子軸心線、內鉸孔、外鉸孔四點間的關係是一個雙曲柄機構，將外轉子軸心線與內轉子軸心線間視為機架，外鉸孔與外 轉子軸心線間視為曲柄一、內鉸孔與內轉子軸心線間視為曲柄二，聯動板視為連 杆。如果曲柄二的長度加連杆的長度大於曲柄一的長度加機架的長度,機構就不會形成自鎖(死點)，系統就能穩定地運行。因其結構的特殊性，本機構用作流體工作機械時驅動方式可演變為四種方式，即1、外轉子推動內轉子，2、外轉子帶動內轉子，3、內轉子推動外轉子，4、內轉子帶動外轉子。用於流體原動機械時，動力可由外轉子輸出，也可由內轉子 輸出，如果改變流體供給的方向，即可改變轉動方向。 解決幾個具體問題的措施本機構的內轉子繞內轉子軸心線轉動、外轉子繞外轉子軸心線轉動，內轉子 軸心線與外轉子軸心線相距為外轉子內徑尺寸與內轉子外徑尺寸之差的一半，從 而使內轉子外表面與外轉子內表面相切。由於兩者軸心線相對位置固定不變，那 麼，置於內轉子、外轉子之間並聯結內轉子、外轉子的聯動板如何通過切點處呢？本機構採取了以下措施1、 內轉子、外轉子的聯接點分別嵌於其內轉子外表面、外轉子內表面內。2、 以內轉子、外轉子各自的聯接點為中心，向聯動板方向開挖"V"型切口， 與轉子壁內圓形聯接孔形成"Q"形鉸接孔槽，該槽的開口角度及相位，可由內 轉子、外轉子直徑尺寸差、軸頭尺寸和聯動板厚度尺寸等參數計算獲得，以保證 內轉子、外轉子轉動時聯動板的自由擺動。如將聯動板橫截面設計成"S"形等異型狀，可改變內轉子外表面、外轉子內表面"Q"形槽切邊的尺寸和相位，從而使切口最短，應力分布更加合理，效率更高。3、 由於聯動板的外鉸軸軸心線與內鉸軸軸心線之間的寬度大於外轉子的外鉸孔圓心線至外轉子軸心線的距離加外轉子軸心線至內轉子軸心線的距離與內轉子 的內鉸孔圓心線至內轉子軸心線的距離之差，故能構成穩定的運轉機構，其夾角P始終會小於180。，聯動板在隨內轉子、外轉子運動時，不會出現反向擺動，其擺動幅度不會大於180° ,內鉸孔、外鉸孔的切口寬度均會小於其直徑，故能構成 類似於汽車轉向機構拉杆球頭狀的聯接。"Q"切槽的作用-1、 鉸接安裝聯動板，傳遞或接受動力，承受拉力或壓力。2、 與聯動板內鉸軸和外鉸軸相互鉸接，以使聯動板能與內轉子、外轉子組成 等壓腔和壓縮腔。3、 在內轉子外表面、外轉子內表面相切處形成一個似矩形的空間(見圖l) 以容納聯動板，使聯動板隨內轉子、外轉子轉動時能順利通過切點。4、 在"Q"直線切邊上可布置流體進出孔或閥門，解決使流體按要求流動的 問題。 一般情況下，內轉子長切邊上布置流進孔，外轉子長切邊上布置排出孔。關於本機構的應用本^L構結構簡單，零件數量極少，聯接方式靈活。因其結構的特殊性，用於 流體工作機械時，驅動方式可演變為四種方式，即1、外轉子推動內轉子，2、 外轉子帶動內轉子，3、內轉子推動外轉子，4、內轉子帶動外轉子。當動力通過 外轉子輸入時,甚至可以將外轉子設計成電機的轉子直接驅動。用於流體原動機械 時，動力可由外轉子輸出，也可由內轉子輸出，如改變流體供給的方向，即可改 變轉動方向。內轉子、外轉子繞各自的軸心線轉動，其平衡問題無需特別措施。 內轉子、外轉子直徑及長度尺寸根據排量、壓縮比、轉動速度以及其它相關 因素計算確定。外轉子外表面可增加環狀或軸向加強筋，內轉子內部可開挖減重工藝孔，這 樣i故不僅可以增加強度，節省材料，減輕重量，而且對零部件及系統的平衡更為 有利。能較容易地解決潤滑、密封、減壓和減磨問題內鉸孔和外鉸孔內可鑲襯套 或.^^由承、設油孔、油道，內轉子、外轉子兩端亦可設置油孔、油道、安置減磨 圈、密封圈；聯動板內鉸軸、外鉸軸柱面及聯動板兩頭部位也同樣可安放減磨圈、 密封圈、設置油孔、油道。內轉子、外轉子"Q"切槽切邊的角度及相位可通過計算得到。 內轉子、外轉子根據工況需要，在其上不同部位可開出一至多個孔道以供流 體流進或排出，並可根據需要設置安裝閥門，流體流進或排出容易連接。耳關動板長度尺寸與內轉子相同，外鉸軸軸心線與內鉸軸軸心線之間的寬度大 於夕卜轉子的外鉸孔圓心線至外轉子軸心線的距離加外轉子軸心線至內轉子軸心線 的足巨離與內轉子的內鉸孔圓心線至內轉子軸心線的距離之差，聯動板橫截面可以 是直的，也可以是"S"形等異型狀，以改變內轉子、外轉子表面"Q"形槽切邊 的尺寸大小和相位，從而改善受力和減小過渡行程，進一步提高效率。耳關動板也可多段設計，以分別承受拉力和壓力，改善應力分布，進一步提高 可靠性。本機構可分級或多級串聯，以適應不同的工況要求，進一步優化和提高系統 效率。1乍原動機時，可用兩組以上本機構錯位布置，以消除死角。雖然本機構用途廣泛，但因其結構及應用簡單，可以較為準確地建立本機構 的功能模型、效率模型、應力模型、洩漏模型、磨損模型等相關模型，從而方便 地建立本機構裝置的規格化、模塊化、系列化。另外，本機構的零件易於加工製造:外轉子為圓筒狀結構，內轉子為圓柱狀 結構，利用普通的車磨刨鑽技術即可完成；聯動板的加工利用鍛壓、焊接技術或 直接選用型材，加以磨削加工即可。整個機構裝配、維修簡單，無需複雜的專用 設備，很容易實現流水線批量生產。
權利要求
1.一種容積式流體機械聯動變容機構，其特徵在於該機構包括外轉子(1)、內轉子(2)、聯動板(3)；內轉子(2)的外徑小於外轉子(1)的內徑，內轉子(2)位於外轉子(1)內部，且內轉子(2)與外轉子(1)的轉動軸不重合；在內轉子(2)上設有內鉸孔(21)，在外轉子(1)上設有外鉸孔(11)，聯動板(3)的兩邊分別設有外鉸軸(31)、內鉸軸(32)，其中外鉸軸(31)鉸接在外鉸孔(11)中，內鉸軸(32)鉸接在內鉸孔(21)中。
2. 根據權利要求1所述的容積式流體機械聯動變容機構，其特徵在於外轉子(1) 呈圓筒狀，其內表面開有軸向的、形狀似希臘字母"Q"的外鉸孔(11)， 孔內鑲襯套或置軸承，並開設油孔、油道。
3. 根據權利要求1所述的容積式流體機械聯動變容機構，其特徵在於內轉子(2) 呈圓柱狀，其外表面也開有軸向的呈"Q"形的內鉸孔(21)，孔內鑲襯套 或置軸承、開設油孔、油道。
4. 根據權利要求1所述的容積式流體機械聯動變容機構，其特徵在於聯動板(3) 的外鉸軸(31)軸心線與內鉸軸(32)軸心線之間的寬度大於外轉子(1) 的外鉸孔(11)圓心線至外轉子軸心線(12)的距離加外轉子軸心線(12)至內 轉子軸心線(22)的距離與內轉子(2)的內鉸孔(21)圓心線至內轉子軸心線(22) 的距離之差。
5. 根據權利要求l所述的的容積式流體機械聯動變容機構，其特徵在於聯動 板(3)沿內鉸軸(32)軸心線方向的長度與內轉子(2)沿其軸心線方向的長度 相同。
全文摘要
容積式流體機械聯動變容機構包括外轉子(1)、內轉子(2)、聯動板(3)；內轉子(2)的外徑小於外轉子(1)的內徑，內轉子(2)位於外轉子(1)內部，且內轉子(2)與外轉子(1)的轉動軸不重合；在內轉子(2)上設有內鉸孔(21)，在外轉子(1)上設有外鉸孔(11)，聯動板(3)的兩邊分別設有外鉸軸(31)、內鉸軸(32)，其中外鉸軸(31)鉸接在外鉸孔(11)中，內鉸軸(32)鉸接在內鉸孔(21)中。該機構用於流體工作機械時，驅動方式可演變為外轉子推動內轉子、外轉子帶動內轉子、內轉子推動外轉子、內轉子帶動外轉子四種方式。用於流體原動機械時，動力可由外轉子輸出，也可由內轉子輸出，如果改變流體供給的方向，即可改變轉動方向。
文檔編號F01C1/00GK101235727SQ20081002033
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者吳永紅, 張賢高, 薛國林, 賁愛民, 鞠昌明 申請人:江蘇益昌投資有限公司