可逆式運動方向轉換器和以它為基礎的容積式位移裝置的製作方法

2023-07-22 14:16:46

專利名稱：可逆式運動方向轉換器和以它為基礎的容積式位移裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可逆式運動方向轉換器的運動系統和結構，更具體地說，涉及一種可將軸的轉動變換為在運動學上與軸相連接的工作機件(例如葉片型的機件)的擺動或者將所述工作機件的擺動變換為軸的轉動的轉換器，並且涉及一種以上述轉換器為基礎的帶有擺動工作機件的容積式位移裝置的運動系統和結構。
上述的轉換器可用於帶動工作機件，例如，帶動用於製備以液體彌散介質為基的任意成分的混合物的攪拌機的葉片，或者帶動船舶的「魚尾」形螺旋槳等；和作為上述的帶有擺動工作機件的容積式位移裝置的通用基礎。
所述的容積式位移裝置可用作如下設備當對軸施加負荷時，用作-泵，特別是真空泵；或-壓縮機；和-容量計量器(最好是液體介質的)；當對兩個進入口(供給口)交替地加入壓縮氣體或帶壓力的液體時，以及在由軸接受和傳遞扭矩時，用作-氣動的或者液壓的發動機；或者最好是-流量計(主要是液體介質的)。
上述的應用範圍對於本發明的單組和多組的容積式位移裝置來說是有代表性的。
當使用由共用軸聯接的幾個上述裝置時，可製成多級泵，或者高壓力的壓縮機；氣動的或液壓的起動器，主要是大功率柴油機(特別是船用的柴油機)的起動器；最後，當使用幾個上述的氣動或液壓連接的裝置時可製成同步的氣動或液壓傳動器，特別是重型運輸裝置的傳動器。
容積式位移裝置十分廣泛地應用於現代技術，其中，許多是成批或大量生產的產品。
因此，十分希望這些裝置具有儘可能高的可靠性；儘可能大的比功率，並且，相應地儘可能在製造時消耗材料少；儘可能高的有效功率，相應地，單位有效工作的比能耗要儘可能小(後者是按計算而不按重要性)；儘可能容易適應標準化，而不取決於具體的用途。
由於上述的運動方向轉換器是上述容積式位移裝置的基礎，所以要滿足上述的要求在很大程度上取決於上述變換器的發展情況。
容積式位移裝置的運動方向轉換器通常含有軸和與軸(通常是剛性地)連接的任意的工作機件，該機件在軸轉動時能夠或者對流體(液體的或氣體的)介質發生作用，或者接受上述介質的壓力並將其轉換為軸的轉動。
例如，公知的葉片式轉動運動轉換器，含有一個軸，該軸安置在至少一個轉動軸承上和含有至少一個最好是徑向固定在軸上的葉片(參看，例如，綜合技術詞典，蘇聯(Энукцоедч)出版社，莫斯科，1976，260頁，文章《葉輪機》)。
應用上述類型的轉換器的具體實例有旋轉泵(美國專利3985473)、渦流式渦輪機(日本的已接受的專利申請2-291499，1990年)、容積式發動機(蘇聯發明人證書600323)以及許多其他的泵、壓縮機和氣動或液壓發動機。
葉片式的轉換器和以它為基礎的容積式位移裝置是廣為普及的，而且，它們通常是足夠可靠的，其中一些具有很高的效率和比功率。
但是，它們的具體結構是如此之多，以致僅僅分類目錄(不說技術水平的細節)就夠寫幾十頁了。在日益擴大的社會生產和需求的實踐中，在工業產品總量中液壓設備和風動設備所佔份額早就有增多的趨勢，所以，上面指出的結構多樣性就往往造成生產和使用上的不合理費用。
因此，日益迫切要求製造出這樣一種可逆式機械運動方向轉換器，它能夠作為實際上不同用途的裝置特別是容積式位移裝置的共同結構基礎。
上述轉換器的結構合理地以製造「通用鉸鏈」之類的三維的，更具體地說是球形機構的一般原理為基礎(參見，例如，NN,APToδoAeBKuu的《機械與機器理論》，高等學校教科書，第四次再版，莫斯科，科學出版社，1988)。
上述類型的普通可逆式運動方向轉換器含有一個殼體；一個可轉動地安裝在殼體內的軸；一個與軸剛性連接的導引件；和至少一個與導引件可操作連接並能承受軸的轉動或將轉動傳給軸的零件。同時，所有構件的轉動幾何軸線都相交在一點(參看上述的書，168-172頁，圖8.3和8.4)。特別是，在圖8.3示出的球形四件組合件含有一個殼體，該殼體做成帶有相隔大於0°至小於90°角度範圍的凸部的支承環狀，還有兩個鉸合地安裝在該凸部上的軸，每個軸可以是輸入軸或者是輸出軸(這取決於所連接的發動機)，而且每個軸都在十字頭端部通過鉸鏈與鋼叉狀(或套圈狀)的導引件相連接。
上述這種機構僅可用於在與輸入軸的幾何軸線成一角度下傳輸轉動，並不能用於容積式位移裝置。
這裡順便說明，下面要提到「旋轉型」的容積式位移裝置，其中，可與本發明相比較的較好的類似裝置是例如美國專利5127810公開的「帶有球形殼體的旋轉式泵或發動機」。
所述的容積式位移裝置具有一個可移動的旋轉體型(具體說就是上述的球體型)的殼體，該殼體由一個葉輪式工作機件(具體說是盤件)分成兩個半球部分，所述工作機件與可將轉動運動(具體說，殼體的轉動運動)變換為盤件的擺動運動(或者相反)的可逆式運動方向轉換器相連接。同時，上述的轉換器是基於幾個對置的楔形件而製成的；該楔形件安裝在殼體內部，沿盤件的不同側面排列，並與盤件呈鉸鏈連接，其幾何轉動軸線互相垂直，且相交在球體的中心。
雖然上述的容積式位移裝置具有較高的比功率和可接受的效率，但是，當上述的楔形件和連接該楔形件和盤件的鉸鏈受到的機械負荷越高，其可靠性就越差。
根據以上的敘述本發明的目的如下通過改變通用鉸鏈的運動系統和設計製成這樣一種可逆式運動方向轉換器，該轉換器可用作在旋轉運動的入口端或出口端使用的各種裝置特別是各種用途的容積式位移裝置的通用基礎，所述的容積式位移裝置至少包括壓縮機或氣動發動機，泵或液壓發動機，容積流量計和計量器，而且還應用上述的轉換器製成帶有擺動工作機件的容積式位移裝置，這種裝置有更高的使用可靠性。
為實現本發明的上述目的，本發明提供了一種以通用鉸鏈為基礎的可逆式運動方向轉換器，該轉換器含有一個殼體；一個可轉動地安裝在殼體內的軸；一個與軸剛性地連接的導引件；和至少一個與導引件可操作連接並能承受軸的轉動或使軸轉動的零件，在其中，所有構件的轉動軸線相交在一點，按照本發明，上述導引件做成旋轉體狀，並設有環形槽，其對稱面相對於軸的轉動軸線傾斜，並通過上述的軸線相交點，而在傳動路線上與導引件連接的最後一個零件做成工作機件的型式，它能夠對流體介質發生作用，或承受流動介質的壓力，它通過兩個對置的半軸與殼體實行可操作連接，並帶有一個中間連接件，該連接件可移動地安裝在導引件的上述環形槽內。
上述的多種特徵的綜合，使流體力學的可逆式運動方向轉換器具有明顯特徵，即可作為各類裝置的通用基礎。
上述轉換器的第一附加特點是，其殼體和工作機件做成鋼箍狀或套圈狀，導引件做成平的墊圈狀，帶有上述特點的流體力學運動方向轉換器最適合於裝備葉片式攪拌器，並且最適合於與「魚尾」形推進器配合使用。
上述轉換器的第二個附加特點是，其殼體做成盒狀，其內壁具有轉動體表面，工作機件做成帶有中心圓孔的葉輪狀，所述圓孔具有球形表面，包住導引件，而導引件則做成球體狀，在其環形槽中與球面齊平地裝有一個環形嵌塊，該嵌塊至少有一個凹部，用以設置中間連接件。帶有上述特點的流體力學運動方向轉換器最適用於作為容積式位移裝置的基礎。
上述轉換器的第三個附加特點是，上述的中間連接件做成球狀，這可使葉片與導引件達到最可靠的連接。
上述轉換器的第四個特點是，殼體具有球形內表面，而帶有中心孔的葉輪最好做成組合式的環件，做成這種型式的轉換器用在泵和壓縮機或氣動和液壓發動機是極佳的。
上述轉換器的第五個特點是，其殼體具有圓柱形內表面，該內表面相對於對置的半軸是對稱的，而帶有中心孔的葉片做成其外形像板片狀，做成上述型式的轉換器最適用於容積計量器或流量計。
為實現本發明的上述目的，本發明還提供了一種帶有擺動工作機件的容積式位移裝置，它含有一個在其壁上帶有可供流體介質進入和排出的孔口的空心殼體，在其內腔為轉動體表面並裝有葉輪式工作機件，該機件與能夠將裝置的入口端傳動組件的轉動變換為葉輪式工作機件的擺動運動或者將該機件的擺動變換為出口端傳動組件的轉動的可逆式運動方向轉換器相連接，按照本發明，上述的可逆式運動方向轉換器是在通用鉸鏈的基礎上製成的，其中，全部轉動件的幾何軸線相交在一點，它的殼體就是容積式位移裝置的殼體，上述轉換器含有一個可轉動地安裝在上述殼體內的軸，作為入口端傳動件或出口端傳動件；一個與軸剛性地連接並具有環形槽的球形導引件，其對稱面相對於軸的轉動軸線傾斜，並通過上述的軸線相交點；一個可移動地安裝在上述球形導引件的環形槽內並與葉輪式工作機件連接的中間連接件，工作機件具有一個包圍球形導引件的中心孔，並通過兩個對置的半軸補充地與殼體實行補充動態連接，所述半軸的幾何軸線與上述軸的幾何軸線相垂直，而且在殼體的內腔設置有剛性的隔板，其對稱面包含著上述的軸和上述的半軸的幾何軸線，隔板上還有用來安置導引件和上述半軸的凹部。
下面通過參看附圖詳細說明所提出的可逆式運動方向轉換器以及以它為基礎的某些容積式位移裝置的結構和工作，將進一步了解本發明的本質，附圖中

圖1是一種帶有擺動工作機件的容積式位移裝置，它具有一個內腔為球形或圓柱形的殼體(垂直於工作機件對稱面的縱向剖視圖)；
圖2是沿圖1的II-II線的剖面圖；圖3是沿圖1的III-III線的剖面圖(在工作機件的縱向對稱面上)；圖4是沿圖1的IV-IV線的剖面圖(是圓柱形工作內腔的情況)；圖5是沿圖1的V-V線的剖面圖(是在圓柱形工作內腔的情況下的工作機件的縱向對稱面上)；圖6是帶有擺動工作機件的容積式位移裝置的總的視圖，它裝有控制閥的機構(垂直於工作機件對稱面的縱剖面，其中分配盤有條件地轉過一個「α」角)；圖7是沿圖6中VII-VII線的控制閥機構的橫剖面圖；和圖8是以兩臺帶有擺動工作機件的容積式位移裝置為基礎的氣動或液壓發動機(帶有共用的輸出軸和工作機件在不同部分的角位移)。
下面說明本發明的最佳實施例。
本發明提出的可逆式運動方向轉換器具有下列基本部分(參看圖1)殼體1，它至少有一對對置的同軸的孔，並且至少有兩個另外的非同軸的(或者成對地同軸的)孔，這些孔用來安置下面要說到的零件，這些零件的轉動幾何軸線全都相交在一點，上述的殼體1，—在用於例如帶動攪拌器的葉片或「魚尾」式螺旋槳的轉換器的情況下，做成鋼箍狀或者說套圈狀(為了簡便起見，在圖中未畫出)，而—在用於作為容積式位移裝置的基礎的轉換器的情況下，做成盒狀，在其壁上除了帶有上述的孔外，還做出另外的下面將要說明的附加孔，用於流體介質的流入和排出，它的內部由一個轉動體(首先是球體)的表面來限定，如圖1、2和3所示，或者，例如由一個圓柱體表面來限定，如圖4和5所示；軸2，它安裝在合適的帶有適宜密封墊圈的滾動或滑動軸承內(為簡化起見，圖中未示出所述軸承和密封墊圈)它—或者穿過上述的做成套圈式的殼體1上的通孔，—或者穿過空心殼體1之壁上的兩個同軸的孔(其中一個孔是盲孔)；
導引件3，它與軸2呈剛性連接，並帶有環形凹槽，其對稱面相對於軸2的轉動軸線是傾斜的，並且通過上述的軸線相交點，該導引件3—或者做成帶有敞開的外緣環形槽以便與圖中未示出的銷釘相連接的圓形墊圈狀(在圖中未直接示出)，特別是在用於上面所述的攪拌器結構的情況下是如此，—或者做成帶有類似環形槽的球體狀(特別當它與軸2做成一個整體時是如此)，在槽中可設置環形嵌塊4，它與上述球體表面處於同一高度，並帶有至少一個(最好是球形的)凹槽以便與銷釘零件連接，或者，最好是與球5連接；葉片6，它通過上述的銷釘或上述的球5與導引件3相連接，其形狀做成—或者是在圖中未示出的板片狀，如果該板片用作攪拌器機件的話最好是蹄鐵形的，(上述板片應設置在位於做成鋼箍或套圈形的殼體1上的同軸孔中的對置的半軸上)，—或者是帶有圓形中心孔的板片，該板片一具有沿上述中心孔的圓周的球形表面，並且可滑動地包圍上述的球形導引件3，並—安裝成可在端部的徑向對置的半軸7上擺動，所述的半軸7置於做成空心體的殼體1壁上的孔內(參見圖2和3、4和5)。
軸2可帶有穿透的孔道，而導引件3可做成空心的(如圖6所示)，以利於摩擦表面的潤滑。
環形嵌塊4可以—或者完全用耐磨材料製成，或者至少塗上一層耐磨材料，以便減輕導引件3的環形槽壁的磨擦，—最好由兩個對接的半環件組成，(見圖3或5)以利於製造時的裝配，或修理時容易更換零件。
包圍著球形導引件3的葉片6可做成兩個對接件或者互相重疊件的型式，以利安裝。葉片6若用在帶有球形內腔的殼體1，可在平面上具有環的形狀(見圖3)，該環沿其外圓周帶有合適的密封圈，而若用於具有圓柱形內腔的殼體1則可以是長方形的，最好是帶圓角部分的正方形(見圖5)。
半軸7可以固定而不轉動它或者固定在環形葉片6內，這對於製造方便和容積式位移裝置的密封可靠性來說是最適宜的，或者固定在上面所述的套圈式的殼體1內，這對於將本發明的運動方向轉換器用來驅動帶葉片的攪拌器或「魚尾」式螺旋槳的情況是最合適的。
當上述的運動方向轉換器與泵和壓縮機或者氣動發動機和液壓發動機這一類容積式位移裝置相結合使用時，帶有球形內腔的殼體1和環形的葉片6是最適宜的，而對於流量計和容積計量器來說，帶有圓柱形內腔(或圓錐形內腔，未特別示出)的殼體1及相應形狀的葉片6是最適宜的。
在所有情況下，半軸7的幾何軸線就是圓柱形(圓錐形)殼體1的對稱軸線(見圖5)。圓錐體可以按照熟悉本技術的人們容易理解的方法做成兩個大頭彼此相對的截頭圓錐。
所提出的以上述運動方向轉換器為基礎的帶有擺動工作機件的容積式位移裝置除了具有上述的零部件外，還具有下列附加零件(參看圖6)剛性隔板8，它的對稱平面包含著軸2和半軸7的幾何軸線，它有用來分別與導向件3和半軸7相配合的球形凹部或圓柱形凹部，(上述的隔板8也可在圖1清楚地看到)，用來通入和排出流體介質的管接頭9，和至少一個控制閥的(最好是盤狀的)機構10，所述機構10含有(參看圖6和7)帶有與機器殼體1剛性連接的底部和凸出在該底部上方的端面凸緣的圓柱形外殼11，該外殼11含有—軸2可自由通過的中心孔；兩個設在上述底部的直徑相等的並且與軸2的幾何軸線相隔等距離的位置相背地設置的孔，該孔轉入管接頭9；—至少一個設在端面凸緣上的周邊孔(通常用來「注入」)；與軸2剛性連接的分配盤12，該盤12含有
—由壁13限定的鐮刀形的開口；和—向著圓柱形外殼11的側面敞開的並由壁14在相對側面限定的、按照體積與上述鐮刀形開口相等的鐮刀形凹槽；帶有兩個通孔(通常用來「吸入」)的端蓋15。
此外，在圖6還示意地示出密封件16和供給潤滑油的通道17。
在本發明的裝置的某些可能的實施例中(這對於本專業技術人員是熟知的，故在此不作特別說明)，控制閥的機構10的分配盤12可安裝在裝置的殼體1的壁外側的凹槽內，該殼體1壁上的相應的孔可起到管接頭9的作用。
由於孤立的容積式位移裝置的葉片6具有死點，所以在軸2上適當地配上飛輪。在最為簡單的情況下(例如在上述裝置用作流量計的情況下)，帶有導引件3和分配盤12的軸2本身可以起到上述作用。以本發明的裝置為基礎的氣動發動機或液壓發動機，可裝上相對於軸2偏心的負重。而在其他的用途中，當軸2與轉動的傳動機構連接時，選出的發動機的轉動部分可起到上述飛輪的作用。
氣動發動機或液壓發動機(相應地，壓縮機或泵)最好是至少由兩個本發明的容積式位移裝置組成，它們的葉片按照90°相差安裝在共同的軸上，並且並列地與共同的排出(或注入)管路相連通，如圖8所示。
在以本發明的容積式位移裝置為基礎的多級泵或壓縮機中，也得到了另外的重要效果-減緩輸出端的壓力波動。
上述的運動方向轉換器和容積式位移裝置按如下方式工作在原理上可有兩個基本變型，第一個變型是殼體1固定，而第二個變型是軸2固定。
第二個變型最好是作為葉片6從死點引出的方法，但是，對於大多數應用而言是不適宜的，所以，(本專業技術人員會明白)，就不討論進一步的細節了。
在第一個變型中(也就是在殼體1固定的情況)，由於本發明的運動方向轉換器具有可逆性，故也可雙重地實現，即或者通過對軸2施加載荷的方法(在注入或流體介質計量的情況下)，
或者通過對葉片6施加載荷的方法(在發動機或流量計的情況下)。
下面詳細說明注入流體的情況下的工作方式，(如果沒有特別說明的話，參見圖6)。
軸2轉動時，導引件3迫使環形嵌塊4在其環形槽內沿同一方向轉動，該環形嵌塊4推動球5在嵌塊4的槽中轉動，從而引起葉片6擺動。
在葉片6的每次擺動中在其後面形成了真空(相應地，在殼體1內腔的那一部分也形成真空)，該真空區由隔板8和(在特殊的工藝階段時)葉片6的「背面」所限定，通過在分配盤12轉動時打開的控制閥的機構10的通道部分和相應的管接頭9吸入流體介質，而在其前面則產生高的壓力(相應地從殼體1內腔的那部分也產生高的壓力)，所述的部分是由隔板8和(在特殊的工藝階段中)葉片6的「前面」所限定，通過控制閥的機構10的在分配盤12轉動時打開的管道的其他部分和相應的管接頭9將壓縮的流體介質排至出口管內。
在安裝於殼體內腔的葉片6上沿隔板8的不同側面依次施加載荷時(也就是，流體介質在壓力下通過控制閥的機構10而進入時)，工藝過程按照與上面所述次序相反的次序進行，即葉片擺動，通過球5推動環形嵌塊4並使之轉動，該嵌塊4使導引件3與輸出軸2一起轉動，從軸2接收有用的負荷。
顯然，上面的描述和圖示決不包容本發明的全部內容，並且決不限制實施本發明的其他可能的方案。
上述的發明可以通過在材料、設備及工具工業上熟知的應用而得以實現。
在大多數優選實施例中，必須特別注意，作為實施本發明意向的最佳實施例是與擠奶機的容積流量計和計量器以及真空泵有關的實施例。
權利要求
1.一種在通用鉸鏈的基礎上的可逆式運動方向轉換器，它含有一個殼體，一個可轉動地安裝在殼體內的軸，一個與軸剛性地連接的導引件，和至少一個與導引件可操作連接並能承受軸的轉動或使軸轉動的零件，在轉換器中，全部構件的幾何轉動軸線相交在一個點上，其特徵在於，上述的導引件做成轉動體的型式，並帶有環形槽，其對稱面向著軸的轉動軸線傾斜，並通過上述的軸線相交點，在傳動線路上最後一個與導引件連接的零件做成能夠對流體介質發生作用或能夠承受流體介質壓力的工作機件的型式，該機件通過兩個對置的半軸與殼體可操作地連接，並帶有安裝成可在上述導引件的環形槽中移動的中間連接件。
2.根據權利要求1的可逆式運動方向轉換器，其特徵在於，上述的殼體和工作機件做成鋼箍狀或套圈狀，而上述的導引件做成平的墊圈狀。
3.根據權利要求1的可逆式運動方向轉換器，其特徵在於，上述的殼體做成盒狀，其壁的內面由轉動體的表面來限定，上述的工作機件做成帶有中心圓孔的葉片狀，所述的孔具有球形表面並包圍上述導引件，而該導引件做成球體狀，在其環形槽中，與球面齊平地安裝一個環形嵌塊，該嵌塊至少有一個適合於安裝上述中間連接件的凹部。
4.根據權利要求3的可逆式運動方向轉換器，其特徵在於，上述的中間連接件做成球體型式。
5.根據權利要求3的可逆式運動方向轉換器，其特徵在於，上述殼體內部具有球形表面，而帶有中心孔的葉片最好做成組合式環圈。
6.根據權利要求3的可逆式運動方向轉換器，其特徵在於，上述的殼體內部具有圓柱形表面，該表面相對於半軸的幾何軸線是對稱的，而帶有中心孔的葉片做成外形像長主形的板片狀。
7.帶有擺動機件的容積式位移裝置，它具有一個在其壁上帶有可供流體介質進入和排出的孔的空心殼體，其內腔具有轉動體的內表面，在該內腔安裝有葉片式工作機件，殼體與可逆式運動方向轉換器相連接，該轉換器能將裝置的輸入端的運動部件的轉動變換為葉片式工作機件的擺動，或者將該機件的擺動變換為輸出端運動部件的轉動，其特徵在於，上述的可逆式運動方向轉換器是在通用鉸鏈的基礎上做成的，在其中，所有的轉動件的幾何軸線相交在一點，裝置的殼體就是轉換器的殼體，所述轉換器具有一個可轉動地安裝在殼體內的軸，作為輸入端或輸出端運動部件；一個與軸剛性地連接並帶有環形槽的導引件，其對稱面相對於軸的轉動軸線傾斜，並通過上述的軸線相交點；和一個可移動地安裝在上述球形導引件的環形槽內並與葉片式工作機件相連接的中間連接件，該連接件帶有包住上述球形導引件的中心孔，並且還通過兩個對置的半軸與殼體補充活動連接，所述半軸的幾何軸線與上述軸的幾何軸線相垂直，而且，在殼體的內腔設置有剛性的隔板，該隔板的對稱面包含著上述的軸和半軸的幾何軸線，隔板上帶有設置上述導引件和上述半軸的凹部。
全文摘要
可逆式運動方向轉換器,其中,所有轉動件的幾何軸線都彼此相交在一點,上述轉換器含有:一個殼體;一個可轉動地安裝在殼體內的軸;一個與該軸呈剛性連接並做成轉動體狀帶有環形槽的導引件,其對稱面相對於軸的轉動軸線傾斜,並且通過上述的軸線相交點;和一個通過中間連接件與導引件的環形槽活動連接的葉片,該葉片安裝在殼體內的半軸上,能夠承接軸的轉動或者使軸轉動。本發明還涉及以上述轉換器為基礎的帶有擺動工作機件的容積式位移裝置。
文檔編號F01C3/00GK1183132SQ96193685
公開日1998年5月27日 申請日期1996年3月7日 優先權日1995年4月4日
發明者尼古拉·尼古拉耶維奇·貝爾迪, 維塔莉·尼古拉耶維奇·貝爾迪 申請人:尼古拉·尼古拉耶維奇·貝爾迪