一種新型擺動式氣動馬達的製作方法

2023-05-26 22:52:56

本發明涉及氣動馬達技術領域，屬於機械工程領域，特別是涉及一種節能、高效的新型擺動式氣動馬達結構。

背景技術：

壓縮空氣是現代工業四大動力源之一，作為動力介質，用於驅動、自動控制。隨著現代工業自動化的飛速發展，氣動技術作為其重要手段，越來越廣泛應用於機械、化工、電子、電氣、汽車、紡織、食品、輕工、包裝、印刷等各個製造業；尤其在各種自動化生產設備和生產線中得到廣泛應用，也極大地提高了製造業的生產效率和產業質量。

氣動馬達是一種作連續旋轉運動的氣動執行元件，是把壓縮空氣的壓力能轉換成旋轉機械能的裝置。它的作用相當於電動機或液壓馬達,即輸出轉矩以驅動機構作旋轉運動。常用的氣動馬達是容積式氣動馬達，它利用工作腔的容積變化做功，分葉片式、活塞式和齒輪式等型式。目前市場上比較常用的是活塞式和葉片式的氣動馬達。氣動馬達具有結構簡單、無級調速、工作安全、有過載保護功能、高伺服性和操縱維護簡單等優點。氣動馬達在採礦行業、造紙行業、石化機械、船舶機械等各個領域得到廣泛的應用。

活塞式氣動馬達主要由馬達缸體、連杆、曲軸、活塞、氣缸、配氣閥等組成。壓縮空氣進入配氣閥芯使其轉動，同時借配氣閥芯轉動，將壓縮空氣依次分別送入周圍各氣缸中，由於氣缸內壓縮空氣的膨脹，從而推動活塞連杆和曲軸轉動，當活塞被推至「下止點」時，配氣閥芯同時也轉至第一排氣位置。經膨脹後的氣體即自行從氣缸經過閥的排氣孔道直接排出。同時活塞缸內的剩餘氣體全部自配氣閥芯的排氣孔道排出，經過這樣往復循環作用，就能使曲軸不斷旋轉。馬達做功主要來自於氣體膨脹功。

葉片式氣動馬達主要由供氣口、排氣口、定子腔、轉子、葉片等組成。葉片安裝在一個偏心軸徑向溝槽中，當壓縮空氣從供氣口輸入，小部分經過定子兩端的密封蓋的槽進入葉片底部，將葉片推出，使葉片貼緊在定子壁上，大部分壓縮空氣進入相應的密封空間而作用在兩個葉片上。由於兩葉片伸出的長度不等，因此產生了轉矩差，使葉片和轉子按一定方向旋轉運動。做功後的氣體由定子上的排氣孔排出。

葉片式氣動馬達與活塞式氣動馬達的特點相比較而言，葉片式氣動馬達轉速高扭矩略小，活塞式氣動馬達轉速略低扭矩大。目前氣動馬達普遍存在著速度穩定性差、輸出功率小；效率低，耗氣量大；噪聲大，容易產生振動等問題。

技術實現要素：

本發明專利的主要目的在於現有技術條件下，提出一種新運行結構氣動馬達。具有結構緊湊、體積小、重量輕和效率高等優點。特別適合於採礦行業、石化機械、船舶機械等需要防火、防爆的工作環境。

本發明相對於現有氣動馬達是一種新運行結構氣動馬達。

本發明根據氣動馬達工作原理，應用擺動活塞來實現氣動力轉變為機械能，達到輸出旋轉機械能目的的一種新型結構氣動馬達。這種氣動馬達利用壓縮空氣進入配氣閥芯，同時藉助配氣閥芯的轉動，將壓縮空氣依次送入由缸體與中心擺形成的工作容腔中，該壓縮空氣將在工作容腔中膨脹，從而推動中心擺擺動，中心擺推力通過連杆對曲軸形成旋轉力矩，使曲軸旋轉，實現旋轉運動輸出。配氣閥與曲軸旋轉相匹配，實現配氣正時，將壓縮空氣按照工作時序，依次送入各工作容腔，當曲軸轉動360°時，各工作容腔完成一次做功，對外輸出扭矩是各工作容腔輸出扭矩的疊加。通過集成在氣動馬達配氣閥上的啟停裝置,控制擺動式氣動馬達的啟停和連續工作。

該新型擺動式氣動馬達主要由缸體、缸蓋、中心擺、曲軸連杆機構、配氣閥組成。

所述缸體上分布有中心擺空腔和曲軸孔，其特徵在於，所述缸體是扁平狀的圓柱體結構，以圓柱體旋轉中心為圓心加工有曲軸孔，曲軸通過軸承安裝在曲軸孔內與缸體相連接，缸體相對靜止，曲軸做旋轉運動。以曲軸孔為中心，在缸體上加工了均勻布置的中心擺空腔，中心擺空腔數目可以設置為三個、四個、五個、六個。中心擺空腔是一個扇形的對稱空腔，中心擺空腔內的圓周方向對稱設置空腔壁，將空腔分為兩部分，兩部分是對稱分布的扇形空腔。中心擺空腔在靠近配氣閥方向的端面是密閉的，另一端是貫通的。在中心擺上、下兩部分空腔的密閉端面上靠近空腔壁位置分別開有進氣孔和排氣孔，上、下空腔進氣孔呈180°對稱排布，上、下空腔排氣孔呈180°對稱排布，在密閉端面的圓中心有安裝中心擺軸的孔。中心擺空腔的貫通端面安裝密封蓋，密封蓋與缸體通過螺栓連接，並且在端蓋和缸體之間有密封圈密封，這樣空腔就形成一個密閉空間。壓縮空氣進入配氣閥芯，同時藉助配氣閥芯的轉動，將壓縮空氣依次送入由缸體與中心擺形成的工作容腔中。壓縮空氣通過左右進氣孔同時進氣，左右排氣孔同時排氣，提高壓縮空氣的做功效率。

所述中心擺是能量轉換的運動件，中心擺與中心擺軸通過鍵連接，中心擺軸與搖杆通過鍵連接。中心擺軸通過滾動軸承安裝在缸體上。中心擺軸的一端與軸承過盈配合，安裝在缸體的中心擺空腔孔；另一端安裝在中心擺空腔密封蓋上。中心擺將中心擺空腔的上、下空腔分割成4個容積空腔，中心擺在空腔內做擺動運動，中心擺往返擺動一次為一個周期。當壓縮空氣經過配氣閥配氣之後由進氣孔進入中心擺空腔，該壓縮空氣將在工作容腔中膨脹做功推動中心擺擺動，中心擺的推力通過中心擺軸傳遞到搖杆上面。曲軸、連杆與搖杆形成典型的曲軸連杆機構運動，當中心擺在氣動力的作用下運動時，中心擺軸隨之轉動，從而帶動曲軸連杆機構的運動，使曲軸做旋轉運動。

所述曲軸連杆機構，是將中心擺的擺動運動轉換為曲軸的旋轉運動。與上述中心擺軸相連接的搖杆長度，曲軸的偏心距，連杆長度，以及曲軸中心與中心擺軸中心距離應滿足條件：最短長度加最長長度小於等於其餘兩長度之和，且曲軸偏心距應為最短長度。曲軸的曲拐與多孔塊連杆的多孔塊中心孔間隙配合安裝，形成迴轉副。在曲軸上設有平衡塊，隨曲軸做旋轉運動的多孔塊會產生旋轉慣性力，連杆和搖杆會產生往復慣性力，平衡塊可以減小慣性力，降低曲軸振動。

所述連杆的結構有兩種結構。一種是在連杆的一端是加工有孔，用於和擺杆的連接，在連杆的另一端是一個多孔塊結構，在該連杆的多孔塊幾何中心加工孔，與曲軸連接形成迴轉副，以多孔塊的幾何中心為中心均勻設置有孔。另一種是在連杆的一端加工有孔，用於和擺杆的連接，在連杆的另一端也加工有孔，是用於和多孔塊連接，形成轉動副。

所述配氣部分主要由閥芯和閥體組成，閥體相對於缸體是固定的，閥芯與曲軸相連，隨著曲軸的旋轉而轉動，在閥芯軸向方向上開有幾道溝槽，在溝槽中有相位不同的孔。在閥體上的也開有配氣孔，當閥芯轉動時，壓縮空氣經過閥芯的配氣孔進入閥體的配氣孔，最後進入相應的中心擺空腔，給各個中心擺空腔分配相應的壓縮空氣，為馬達提供順序配氣，從而實現曲軸的連續旋轉運動。

附圖說明

圖1為本發明的總體結構圖。

圖2為本發明的總體結構側面剖視圖。

圖3為本發明的總裝圖缸體位置剖視圖。

圖4為本發明的總裝圖缸蓋位置剖視圖。

圖5為本發明的配氣閥結構圖。

圖6為三個中心擺的擺式氣動馬達三維圖。

圖7為四個中心擺的擺式氣動馬達三維圖。

圖8為五個中心擺的擺式氣動馬達三維圖。

圖9為六個中心擺的擺式氣動馬達三維圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

由圖1和圖2知，擺動式氣動馬達主要由缸體5、缸蓋13、中心擺14、曲軸連杆機構、配氣部分組成。缸體5上主要有中心擺空腔15、進氣孔16、排氣孔17。配氣部分的配氣閥芯1以及閥套2配合作用，對馬達進行正時配氣。閥體3與缸體5用螺釘連接固定；閥套2與閥體3是過盈配合，相對靜止；配氣閥芯1與曲軸12利用銷軸連接，配氣閥芯1隨著曲軸12的旋轉而轉動。氣道是分配壓縮空氣進入不同中心擺空腔15的重要結構。當壓縮空氣進入配氣閥芯1之後，配氣閥芯1處在不同相位時，閥芯1的氣孔連接閥體3不同的氣道，使得壓縮空氣進入相應相位的容積空腔15做功。閥芯1隨曲軸12轉動進入下一相位，閥芯1將壓縮空氣分配至下一相位的容積空腔15中做功。當其中一組中心擺14在壓縮空氣的作用下運動時，這組中心擺14處於壓縮空氣做功狀態，則其他的中心擺14進入排氣過程，殘留氣體通過排氣孔進入氣道排出。由圖2知，中心擺14與中心擺軸6通過鍵連接，中心擺軸6與搖杆18通過鍵連接，當中心擺14在壓縮空氣作用下擺動時，搖杆18隨著中心擺14擺動。中心擺14安裝在扇形的中心擺空腔15中，將容積空腔15分割成四部分，當對稱分布的兩部分空腔進氣做功時，另外兩部分排氣。中心擺軸6通過軸承4與缸體5連接，另一側用螺釘8將密封蓋7固定在缸體5上，並且加密封圈，防止漏氣。在密封蓋7的端面上用端蓋9對軸承4進行端面固定，端蓋9與密封蓋7通過螺釘10連接固定。

由圖3和圖4知，搖杆18與連杆19以及多孔塊連杆20、曲軸12與多孔塊連杆20是通過銷軸21連接，形成旋轉副。多孔塊連杆20是在連杆的一端是加工有孔，用於和中心擺14的連接，在連杆的另一端是一個多孔塊結構，在該連杆的多孔塊幾何中心加工孔，與曲軸12連接形成迴轉副，以多孔塊的幾何中心為中心均勻分布著孔，該孔的數量與中心擺14的數量一致。曲軸12與缸體5通過軸承11連接，並且在相應的相位與閥芯1通過銷固定連接。搖杆18長度，曲軸12的偏心距，連杆19長度，以及曲軸12中心與中心擺軸6中心距離應滿足條件：最短長度加最長長度小於等於其餘兩長度之和，且曲軸12偏心距應為最短長度。搖杆18、連杆19、多孔塊連杆20以及曲軸12組成的曲軸連杆機構的自由度為一，滿足運動的基本條件。配氣部分將壓縮空氣分配至相應相位的容積空腔15內，壓縮空氣壓縮做功，推動中心擺14擺動，中心擺14將力通過曲軸連杆機構傳遞到曲軸12上，曲軸12做旋轉運動。中心擺14的數目可以是3個、4個、5個、6個甚至更多。中心擺14的協調運動使得曲軸12形成了連續的旋轉運動，從而為機器的轉動提供動力。

上述具體實施例通過示例描述，應該理解到，這些實施例受到不同變形和可選形式的影響。還應進一步理解到，權利要求並不意味限於公開的特定形式，而應該覆蓋落在本發明實質和範圍內的所有變形、等價替換和可選方式。