一種滾動轉子式動力機的製作方法
2023-08-09 16:26:21
專利名稱：一種滾動轉子式動力機的製作方法
技術領域：
本發明屬於旋轉活塞式機器或發動機中的容積式類別，是一種動力機的新機型。
汪克爾發動機的出現，說明了旋轉活塞式發動機實現的可能性，也展示了它的優點機械效率高、平衡、無振動、轉速可提高到每分1萬轉以上，體積和重量很小，而且材料無特殊要求。(參考人民交通出版社1961年旋轉活塞式發動機(文集)，1972年三角活塞旋轉式發動機)。但是，這種發動機存在著以下兩項無法克服的缺點1、三角尖頂上密封條和長短輻圓外旋輪線汽缸之間無法避免的磨損和洩漏。
2、非圓柱形的汽缸和活塞的工作面上，存在著不均勻的機械應力和熱膨脹，這些零件只能在專門機具中加工生產，磨損後很難在常規廠地修復或更換。
現有圓柱形的旋轉活塞式機器，有滑片式油泵、真空泵和壓縮機，還有滾動轉子式壓縮機，這些機型的汽缸都是固定的。它們的共同特點是結構簡單、製造容易、造價低，操作、維修和保養方便；此外，滑片式機器在運轉時幾乎完全平衡，可以提高轉速，而且啟動功率很小，但滑片唇部摩擦功耗很大，在排量較大的機組中，洩漏量較大，承壓能力及壓比較小；滾動轉子式壓縮機的承壓能力較大，壓比也可以提高，而且摩擦功耗大大減小，但運轉不平衡，啟動功率也比較大。這些機器的共同問題是它們的滑片都承受著很大的負荷，滑片槽的導向作用和磨損未有徹底的解決辦法，除此之外，如果溫度變化很大，都沒有適應熱膨脹的措施。
中國專利CN86101726迴轉式壓縮及抽氣機械的轉缸技術中，公開了一種汽缸和活塞同時各自環繞自身軸線轉動的結構形式，減小了滑片式壓縮機的機械功耗，提高滑片的有效期限；不過，上述最後的共同問題仍然沒有解決。
本發明的目的，就是改交這兩種圓柱形機器的運動關係，採用適當的氣密措施，使之能夠適應較高的壓力和溫度的變化，特別是熱力發動機的壓力和溫度的條件，同時，保持結構簡單、製造和維修方便、啟動功率小、運轉平衡、可以提高轉速等特點。
提出如下結構型式一個由汽缸和汽缸蓋緊固在一起的圓柱面旋轉汽缸組，支承在兩端外承座上；一個裝著一塊滑片的圓柱形活塞，滑套在一根長度短於汽缸組的曲軸的偏心段上，曲軸兩端，支承在旋轉汽缸組兩缸蓋內部的軸承中；由後端外承座伸入一個固定的凸起或銷軸，卡緊這根曲軸，不讓它旋轉；汽缸組前邊缸蓋，與輸入軸或輸出軸聯結，汽缸組、滑片和活塞，同一方向，同一轉速地旋轉，但它們的兩根軸線都固定不變。
在這種結構型式中，動力的傳遞是由汽缸組傳到滑片上的，作用力的性質發生了變化，這裡，採用一些可行的密封措施，配合適當的卸載啟動方法，可以達到上述目的。
參考
圖1、2，正常運轉時，滑片(10)由於離心力的作用，緊壓在汽缸的內表面上，滑片唇部，安放著一條滑動鑲板(11)，這條鑲板也由於離心力伸入汽缸內表面的一個軸向凹槽內，隨著汽缸(9)的轉動，滑動鑲板即帶動滑片運動，壓縮氣體，對氣體作功，輸入動力；或者，由於氣體膨脹，推動滑片運動，經過滑動鑲板，帶動氣缸旋轉，輸出動力。
這種動力傳遞過程中，都必須以滑片槽為支點，槽壁也承受一種扭轉力矩，不過，作用力已大大減輕，導向作用改善，滑片的磨損大大減緩。
圖3到圖6，示出另一種傳遞結構滑片兩端，各用一根滑片銷(23)，或(33)與浮動塞(22)、或與平隔板(26)聯接，浮動塞或平隔板的其它二個或三個角上，各設一根徑向鋼滑銷(24)，在正常運轉時，這些滑銷都由於高心力的作用伸入到汽缸的銷孔內，經過滑銷、浮動塞或平隔板，以及滑片銷，實現汽缸到滑片的動力傳遞過程。和上面不同的是滑片銷的中心線的位置，可由機組具體的工作特性，適當地選擇計算。譬如，對於內燃機燃燒過程壓力突然增大的特點，最重要的是保護滑片槽槽口免受傷害，所以滑片銷中心線與汽缸壁的距離，即滑片端部銷孔中心線與唇部的距離，應等於最大負荷時滑片伸出的長度。
對於上述滑片銷的結構，還有一些須要說明圖3的滑片上的銷孔、以及滑片銷的這一段，在垂直方向上的兩側，加工成略為偏平的滑動面，孔的上下方略為加長，以便滑片能經常地壓緊在汽缸內表面上。
圖5的滑片銷是為了熱膨脹而設置的，它是一個圓柱體，長度等於平隔板的厚度，直徑大於滑片延長段的高度，這個延長段比滑片銷短，它的高度則大於滑片徑向伸出的最大長度，延長段滑插入滑片銷的縱向槽內，在這縱槽的槽底，放入一塊板彈簧，依靠彈力，將滑片緊壓在另一端的浮動塞平面上。
以上介紹的動力傳遞結構中，滑片的唇部與汽缸內表面之間，滑片兩端與缸蓋或浮動塞、或與平隔板之間，其相對滑動速度都很小，在滑片槽處，側面壓力大大減輕，所以這些地方的摩擦功耗都小到可以忽略，密封性能可以較長期地保持。
在徑向的另一側，以及兩端面的密封，採用如下措施在徑向，由活塞的一側對汽缸內表面強制壓緊。當基本尺寸較小，或工作溫度變化不大時，這種壓緊狀態由設計位置決定，其它情況則由下述措施實現參考圖3和圖4，在曲軸(13)的兩端，按偏心的方向加工出兩段平面，在它外面，各滑套一段軸頸(18)，軸頸內孔形狀相似，長度較大，上下方形成兩個月牙形空腔，在上空腔處裝入一塊板彈簧(19)，依靠彈簧的壓力，將活塞壓緊在汽缸內表面的一側上。機組每一轉，向這種壓緊線後方噴入少量滑油，依靠動壓油膜的壓力，將兩個表面隔開。根據最大曲軸負荷，選擇油膜的最小膜厚，計算彈簧的壓力，可以在適當的光潔度條件下，較長時期地維持徑向密封。
這裡，內外兩個圓柱面同一方向轉動，油膜承載力大約提高一倍，很少的噴油量即可達到保護摩擦面的目的。
關於活塞兩端面的密封，可參考
圖1，在活塞(14)兩個端面上，各加工出一個淺油槽(1)，油槽四周，與高低壓兩基元容積、與滑片槽和曲軸兩端油腔都隔開，起隔離作用的一個封閉條形平面，與前後汽缸蓋(5)、(6)之間，或與浮動塞或平隔板之間，形成一個環形節流面；油槽內部一個地點，前後鑽通一個較大的油孔，兩端各用一個絲堵擰緊，絲堵中間，鑽通一個直徑在0.4到1毫米的節流孔(16)；經濾網過濾，並加壓的滑油，從進油孔(2)進入曲軸前段，經偏心段、軸瓦和活塞內部的油孔到達上述通孔，由於離心力的作用，通孔中的油壓會進一步提高；這些滑油通過節流孔進入兩端油槽，再由四周節流面洩入所有低壓空間，由節流孔和節流面的流量平衡，規定了油槽內一種受控油壓，由兩端這種受控油壓的動態平衡，調節兩端節流面間隙經常地近似相等。
在機組尺寸較小，或工作溫度變化不大時，兩端節流面間隙之和由設計尺寸決定，其它，則由下邊的方法自動調節參考圖3和圖4，浮動塞(22)的背面有加長導向的一段，加長段分為高低兩圈，汽缸蓋(5)的內部也加工成相應的環形槽，浮動塞裝入缸蓋環形槽裡邊，形成兩圈環形密封室；外圈經過滑片銷下邊一個軸向油孔及一個徑向油孔，和曲軸端部油腔連通，經常充滿著滑油，依靠離心力，維持著幾乎不變的油壓，計算其受壓面積，使朝活塞方向的推力，與活塞端油墊在額定間隙時的承載力相等；內圈密封室用一條斜向氣孔，與工作基元中靠近滑片處的氣腔連通，氣壓保持相等，計算受壓面積，使其朝活塞的推力的最大值，等於高低壓兩個基元的反向最大作用力，這樣，在氣體壓縮或膨脹過程中，浮動塞兩側作用力之差，就能經常處於端油墊一個很小的調節範圍之內。
當熱膨脹造成兩端油墊間隙增大時，受控油壓降低，則浮動塞向內壓縮，反之，則向外移動。
由於徑向密封的壓緊措施，啟動時必須卸載，即脫開滑片一方的動力聯繫在使用滑片唇部鑲板的機組中，停機時，滑片及其鑲板都會自動落入活塞的滑片槽內；在採用平隔板或浮動塞的結構中，它們周邊上的滑銷，必須由一個圓柱彈簧使其縮回平隔板或浮動塞內部。
隨著汽缸開始轉動，活塞和汽缸的壓緊線上，依靠靜摩擦力帶動活塞同一方向旋轉，同時向壓緊線後方噴油，這些滑油將馬上在壓緊線前後形成一段油膜，摩擦力逐漸減小，在達到一定轉速時，滑片甩出，在汽缸表面上滑動一段距離之後，唇部鑲板必能嵌入汽缸的凹槽內；在採用平隔板或浮動塞處，由於滑片銷的聯結，平隔板或浮動塞必與活塞一起跟著汽缸旋轉起來，它們的轉速和活塞相等，但比汽缸快，達到某種轉速時，滑銷克服彈簧的拉力，開始在汽缸表面上滑動，最後，必能嵌入汽缸壁的銷孔內，以後即轉入正常運行。
前面介紹的這種新機型，由於具備著一系列特殊的性質，所以適用範圍可能是相當廣泛的，由於密封性能的特點，可以用作氣體壓縮機，也可以用為一種全內壓縮式的真空泵，用以獲得更高的極限真空；由於採用平隔板和滑片銷的傳動方式，使這種機型在排量很大時也具有相當強大的承壓能力，所以可以用為大功率、高轉速的高壓油泵和液壓馬達；另外，由於幾種適應熱膨脹的特別措施，使得這種機型可以裝備成各類熱力發動機。
下面，由說明書附圖介紹一種實施側的結構和裝配，以及運行中的一些特點。
圖1是一個排量不太大的真空泵的結構圖，圖2是
圖1在A-A處的橫剖視圖，
圖1是圖2在9-9方向的縱剖視圖，圖7是圖2在C-C處的局部剖視圖，即排汽閥的結構圖，圖8是圖7在E-E處的剖視圖。
圖3是採用浮動塞和板彈簧軸承的機組的端部結構圖，圖4是圖3在D-D處的剖視圖。
圖5是採用平隔板、滑片延長段和大滑片銷的機組的端部結構圖，圖5是圖5F-F處的剖視圖。
以上各圖中主要另件的名稱和編號如下表1 平面受控靜壓油墊17 軸瓦2 進 油 孔 18 滑 動 軸 頸3 電機軸——19 板 彈 簧即動力輸入軸或輸出軸 20 軸 頸 外 蓋 板4 前 外 承 座 21 軸頸內蓋板5 前 缸 蓋 22 浮 動 塞6 後 缸 蓋 23 滑 片 銷7 後 外 承 座 24 銅 滑 銷8 機殼25 減 壓 孔9 汽缸26 平 隔 板10 滑片 27 後外承座凸 起11 滑 動 鑲 板 28 排 汽 閥 座12 排 汽 管 29 埋 頭 螺 釘13 曲軸 30 舌 簧 閥 瓣14 活塞 31 前 排 汽 孔15 進 汽 管 32 後 排 汽 孔16 節 流、孔 絲 堵33 大 滑 片 銷按照
圖1所示的真空泵，其特點是由滑片唇部的鑲板傳遞動力，活塞側面的壓緊狀態和端油墊的間隙是由設計尺寸決定的。
這裡活塞中間兩段軸瓦，以及軸瓦裡邊兩段定位軸套，都是由兩半圓組成的，曲軸插入活塞之後，從兩邊壓入這幾部分，再放入汽缸內部；汽缸後端按圖7和圖8安裝一套排汽閥，然後先裝前缸蓋，再裝後缸蓋，組成一個獨立的汽缸——活塞組件。
很小的真空泵中，上述組件兩外端是滑動軸承，其它都採用滾動軸承。機組啟動運轉之後，滑片兩側的基元容積即被嚴密隔離，低壓氣體從進汽管(15)吸入，經過後外承座凸起和曲軸後段的中孔、到活塞中間一個環槽，然後從滑片槽後方幾個輻向通孔進入低壓基元，滑片渡過零線(即壓緊線)之後，這些氣體即在封閉的壓縮基元中被壓縮，壓力升高；滑片再次接近零線時，這些氣體的壓力可以升高到大氣壓力以上，並且和滑油一起形成一些汽泡形式，然後推開滑片前方C-C處的排汽閥排出汽缸外面的機殼，在機殼中分高出滑油後進入大氣。
這種真空泵內部的密封性能可以達到非常完善的程度，所以可採用上述全內壓縮的辦法，用以提高壓縮效率。
真空泵油注入機殼(8)裡邊，經過濾油網接入電機軸承，從電機軸(3)的進油孔進入曲軸前段，然後經過曲軸的橫孔流到前端軸承和偏心段軸承，再從定位軸套洩入進汽的低壓環槽，這時，曲軸，前端油腔充滿著滑油，可通過滑片槽到後端軸承和偏心段後軸承，從這兩處再洩入低壓管路，後外承處可以另外從機殼的專門油路提供，而且也向吸汽管洩出。
在上述油路中，從前後端油腔，或從偏心段軸瓦處鑽通一條或二條斜孔，向兩端平面油墊的通孔供油，由於離心力的作用，這裡的油壓有可能比大氣壓力高出0.2巴以上，然後通過節流孔進入端油墊的油槽。
冰箱壓縮機的結構，基本上與
圖1和圖2相同，只是曲軸的偏心段和兩端部的直徑之差應等於偏心距的兩倍。
對於大型機組，特別是熱力發動機，最大的不同是採用了圖3到圖6的端部結構，用以適應熱膨脹的變化以及加工中的形位偏差。
權利要求1.一種滾動轉子式動力機，包含著由汽缸(9)、前缸蓋(5)和後缸蓋(6)緊固在一起的圓柱面汽缸組、由活塞(14)、曲軸(15)和滑片(10)等互相滑套著的圓柱形活塞組、以及前外承座(4)、後外承座(7)、動力輸入軸或輸出軸(電機軸等)(3)、內外軸瓦(17)、平面受控靜壓油墊(1)、節流孔絲堵(16)、鑲板(11)、浮動塞(22)、平隔板(26)、滑片銷(23)及(33)、滑銷(24)，其特徵在於汽缸組是支承在前後外承座上的一個旋轉體，旋轉體內部軸承支承著活塞組，通過後缸蓋伸入一個固定凸起，卡緊曲軸、不讓轉動，活塞的一側緊壓著汽缸的內表面，兩端留有間隙，平面受控靜壓油墊就設置在活塞的端面上，節流孔絲堵裝在油墊的油槽底部，汽缸組的前缸蓋取結動力輸入軸或輸出軸，汽缸、活塞和滑片、環繞兩根固定軸線、同一方向地旋轉，由於滑片唇部裝著滑動鑲板(11)，正常運轉時、嵌入到汽缸的一條縱向凹槽內，或由於兩端汽缸蓋內部裝著浮動塞或平隔板，由滑片銷(23)或(33)與滑片聯結，由二個或三個徑向鋼滑銷(24)、在正常運轉時、伸入到汽缸的銷孔內，汽缸、活塞和滑片，同一轉速地旋轉。
2.根據權利要求1描述的機型，其特徵在於一端缸蓋內部裝著平隔板，另一端裝著浮動塞，浮動塞(22)背面加長導向的一段分為高度不相等的內外兩圈，外圈受壓面處有油孔與曲軸端部油腔相連較低的內圈、有氣孔與工作基元靠近滑片處的氣腔聯通。
3.根據權利要求2描述的機型，其特徵在於曲軸兩端軸承中設置了滑動軸頸(18)和其中的板彈簧(19)。
4.根據權利要求3描述的機型，其特徵在於平隔板(26)裝著一個長度等於隔板厚度的大滑片銷(33)，滑片的一個廷長段插入到它的縱向槽內，這個延長段長度小於隔板厚度、高度大於滑片徑向伸出的最大長度，但還小於滑片肖(33)的直徑。
專利摘要本實用新型屬於旋轉活塞式動力機；動力由汽缸傳入或傳出，活塞一側緊壓汽缸內表面，靠摩擦力一起繞各自固定的軸線旋轉；一塊滑片置於活塞側槽內，一定轉速時利用滑片的鑲板或浮動塞的滑銷，聯結汽缸、滑片和活塞，壓緊側則由動壓油膜隔開接觸表面；活塞兩端設置受控靜壓油墊；這些措施使零部件磨損速率大大降低，而且氣密性、承受很高工作壓力、工作溫度和適應熱膨脹的能力大大提高，可以作成排量很大、轉速很高的機器。
文檔編號F02B53/00GK2070826SQ9020532
公開日1991年2月6日 申請日期1990年4月21日 優先權日1990年4月21日
發明者陳志遠 申請人:陳志遠