专利名称：球形变容机的制作方法
技术领域：
本发明属于一种球内可变容积装置，其结构可用于泵，马达，发动机。
目前，在球缸内实现容积变化的装置为数不多，其中，中国发明专利申请公开文件上，公开了一种《球形转盘式压缩机》其专利申请号，CN85100200A。它主要由转盘，桔瓣活塞，缸体，及传动轴和齿轮组成，其主要缺点在于没有体现出球变容机大排量特点，球腔内只有两个可变腔。
1987年7月国际产权组织专利WO87/04495公开了一种“双转盘球变容机”，它主要由两个相交二维旋转盘、一个中空圆柱体和缸体组成的四室腔变容装置，其缺点在于两相交盘通过中空圆柱体实现，相交处运动副多，且受力，造成密封困难，另外，一旋转盘在缸体上滑道内旋转，给运转和密封都带来诸多不利。
本发明的目的在于提供一种结构更简单、加工制造更方便，密封可靠，运动灵活，经济实用的大排量球形变容机，不失为解决上述结构缺陷的好机构。
下面结合附图
一、二对本发明进行说明，图一和图二中1、铰盘(1)，2、铰盘(2)，3、倒球伞轴(3)，4、缸体(4)，5、6、8是销轴(5)、(6)、(8)，7、密封件或轴承(7)(图中以圈0和
表示)，双点划线区缸体上为工质口区域。
本发明包括缸体(4)、销轴(5)、(6)、(8)、和密封件或轴承(7)，尤其还包括铰盘(1)和铰盘(2)构成的相交铰动球盘体总成和倒球伞轴(3)。
铰盘(1)圆柱体径向对称伸出两桔瓣状翼，两翼径向外表面为同球面，球心在圆柱中心线上，沿圆柱体两端面为平面。
铰盘(2)两个对称中心线重合、平面相对的球冠夹两个不相连的并与此中心线对称的桔瓣体，两球冠球面和两桔瓣球面同一。
铰盘(1)插入铰盘(2)中，通过销轴(8)把铰盘(2)两球冠铰接在铰盘(1)圆柱体两端，铰接轴线与圆柱和球冠中心线重合，沿铰接轴线径向两者构成一对对称圆柱副配合，配合副铰盘(2)侧可设密封件(7)或不设;在铰盘(1)圆柱体两端，两者构成与轴线垂直的两平面副配合，配合副铰盘(1)侧可设密封件(7)或不设;要求两盘铰接后径向外表面为同球径球面，球心重合在铰接轴线上，并在任意相对铰动位置球面接触边吻合;两铰盘球面上可分别设密封件(7)或不设，使两者构成可相对转动、接触面密封的相交铰动球盘体总成。
倒球伞轴(3)一端为轴另一端为倒球伞，倒球伞凹面为球面，外凸面为绕轴线的回转曲面，轴线过凹球面球心，倒球伞球面边圆平面垂直轴线。
缸体(4)中空分体对接，以其上转动支承倒球伞轴(3)的孔中心线为基准，接合面可以与之垂直，也可以过此中心线或与之平行;缸体(4)最内壁为部分球面，球面边圆平面与倒球伞支承孔垂直，孔中心线过球心，其余内壁面绕孔中心线与倒球伞轴(3)球伞外凸回转曲面相同。
缸体(4)最内球面和倒球伞轴(3)凹球面与球盘体总成外球面为同球径球面;前两者装配后，回转曲面吻合，其间可设密封件和轴承(7)，前两者球面在缸体(4)内构成完整球面围成的球腔;球盘体总成置于球腔中，并使所有球面球心重合;铰盘(1)和(2)与球腔面形成两道相交球面副环，两球面副环相交轴线即与球盘体总成的铰接轴线同一，由此，球盘体总成把球腔分成了四个可变封闭室腔，与铰接轴线对称的室腔容积同步变容，任一铰盘两侧互补变容。
球腔中球盘体总成与缸体(4)和倒球伞轴(3)有两种联接方式一、见图一，在铰盘(1)内，过球心，与两盘铰接轴线成夹角α(45°＜α＜90°)的直线为销轴(5)轴线，通过销轴(5)实现铰盘(1)和缸体(4)间绕销轴(5)轴线的转动支承;销轴(5)固定在铰盘(1)上亦可做为外伸轴，其轴线与机上倒球伞轴(3)轴线装配夹角θ为90°;
在铰盘(2)内，过球心，与其内铰动轴线成β角(45°＜β＜90°)的直线做为销轴(6)轴线，通过销轴(6)实现铰盘(2)和倒球伞轴(3)间绕销轴(6)轴线转动支承，支承销轴(6)轴线与倒球伞轴(3)轴线夹角γ(0°＜γ＜90°)。
在此方式联接下的各构件运动关系旋转倒球伞轴(3)，其上销轴(6)带动铰盘(2)以球心为定点做三维摆动，通过球盘体总成的铰接关系，在改变两铰盘所夹容积同时还带动铰盘(1)绕销轴(5)轴线做二维往复摆转，销轴(5)可外伸做摆转轴，铰动盘所夹四容积周期变化。
以联接方式的机构特点1、机械综合性质即旋转的倒球伞轴(3)、摆转的销轴(5)、变容机三者间，任意两者动力输出或输入对应另一者的输入或输出。
2、集成性质其一沿倒球伞轴(3)可相对串联两机，其二，多机可沿外伸销轴(5)串联，其三、前两者串联关系可以并立实现。
二、见图二，在铰盘(2)内，过球心，与其上铰结轴线成β夹角(45°＜β＜90°)直线为销轴(5)轴线，通过销轴(5)实现铰盘(2)和缸体(4)间绕销轴(5)轴线的可转动支承，销轴(5)固定在铰盘(2)上，并可做为外伸轴，其轴线与机上倒球伞轴(3)装配夹角θ，0°＜θ＜90°;
在铰盘(1)内，过球心，与其上铰接轴线成α夹角(45°＜α＜90°)直线为销轴(6)轴线，通过销轴(6)实现铰盘(1)与倒球伞轴(3)间绕轴(6)轴线的转动支承;销轴(6)轴线与倒伞轴(3)轴线夹角γ等于90度。
在此方式联接下，各构件运动关系旋转倒球伞(3)，销轴(6)带动铰盘(1)做绕倒球伞轴(3)轴线的旋转，由铰盘(1)和(2)的铰动关系，带动铰盘(2)绕销轴(5)轴线二维旋转，外伸的销轴(5)亦变角旋转，同时铰盘(1)绕销轴(6)往复摆动，使铰动盘体总成所夹四容积周期变化。
此联接方式的机构特点1、机械综合性质如同万向传动轴结合部，在变向传动的同时，亦可具备机械变容功能。
2、集成特点多机可沿倒球伞轴(3)和销轴(5)交替串联。
上述两种联接方式中，铰盘(1)、(2)间还具有位置互换性，即可把上述铰盘代号(1)和(2)互换。
无论哪种联接，其在缸体(4)上开口方式相同。在缸体(4)上工质开口，位于四腔处于容积极限位置(即同时出现两最大容积腔和两最小容积腔)时，做二维运动的铰盘所在环形球面副于缸体(4)投影位置上，该投影环面被此位置处相交的销轴(5)和(8)两轴线分为四个区，每个区上各开有一工质口，共四个，其中两个进口，两个出口，同名口与球心对称。
本发明可直接做为各种工质的机械可变容积装置，如泵，马达，阻尼器，真空器、压缩机、外燃机、附加配气机构为内燃机，……。
本发明具有机械综合特点，有利于简化液压与机械综合系统，同时有利于液压系统和产品的计量。
下面结合附图一、二所示两个具体实施例，对发明作具体说明;
实施例1，图一、是容积处于极限位置时，过销轴(5)和倒球伞轴(3)轴线的装配剖面示意图。
铰盘(1)圆柱体径向对称伸出两桔瓣状翼，两翼径向外表为同球面，球心在圆柱中心线上，沿圆柱体两端为平面。
铰盘(2)两个对称中心线重合、平面相对的球冠夹两个不相连并与此中心线对称的桔瓣体，两球冠球面和两桔瓣球面同一。
铰盘(1)插入铰盘(2)中，通过销轴(8)把铰盘(2)两球冠铰接在铰盘(1)圆柱两端，铰接轴线即为圆柱和球冠中心线;沿铰接轴线，径向两者构成一对对称圆柱副配合，此配合铰盘(2)侧可设封件(7)或不设;在铰盘(1)圆柱体两端构成与铰轴线垂直的两平面副配合，此配合铰盘(1)侧可设密封件(7)或不设;要求铰接后，两盘径向外表面为同球径球面，球心重合在铰接轴线上，并在任意相对交动位置球面接触边吻合;两铰盘球面上可分别设密封件(7)或不设，使两者构成可相对转动、接触面密封的相交铰接球盘体总成。
倒球伞轴(3)一端为轴另一端为倒球伞，倒球伞凹面为球面，轴线过球心，球面边界圆所在平面垂直轴线，倒球伞外凸面为绕轴线回转曲面。
缸体(4)中空对接，结合面过其上支承倒球伞轴(3)的孔中心线;缸体(4)最内面为部分球面壁，球面边界圆所在平面垂直支承球倒球伞轴(3)孔中心线，且球心在孔中心线上;其余内壁面绕孔中心线与倒球伞轴(3)外凸回转曲面相同。
缸体(4)最内球面和倒球伞轴(3)内凹球面与球盘体总成外球面为同球径球面;前两者装配后回转曲面吻合，其间可设密封件和轴承(7)，前两者球面在缸体(4)内构成完整球面并围成球腔;球盘体总成置于此球腔中，使所有球心重合;球盘体总成与球腔球面形成两道相交球面副环，其相交轴线即为球盘体总成的铰接轴线，由此，球盘体总成把球腔分成了四个可变封闭室腔，并且，对称两盘铰接轴的两室腔容积变化同步，任一铰盘两侧容积互补可变。
球腔内，球盘体总成和缸体(4)、倒球伞轴(3)联接按第一种方式
在铰盘(1)内，过球心，与两盘铰接轴线成α夹角等于90°的直结为销轴(5)轴线，通过销轴(5)实现铰盘(1)和缸体(4)间绕销轴(5)轴线的相对转动支承，销轴(5)固定在铰盘(1)上，可外伸做轴，其轴线与机上倒球伞轴(3)轴线装配夹角θ等于90度。
在铰盘(2)内，过球心，与其内铰动轴线成β角等于90°的直线为销轴(6)轴线，通过销轴(8)实现铰盘(2)与倒球伞轴(3)间绕销轴(6)轴线的转动支承，支承销轴(6)与倒球伞轴(3)轴线夹角γ等于50度。
缸体(4)上的进出口位置，位于四室腔处于容积极限位置时，铰盘(1)所在环形球面副于缸体(4)投影位置上，该投影环面被此位置处相交的销轴(8)和(5)轴线分为四个区，每个区对应的缸体(4)上各开有一个工质口，四口大小决定于对应区投影面积，与球心对称的两口为同名口(同为进口或出口)。
当旋转动力传给倒球伞轴(3)，其上销轴(8)带动铰盘(2)以球心为定点做三维摆动，通过球盘体总成的铰接，在改变两铰盘所夹四容积同时，还带动铰盘(1)绕销轴(5)轴线做二维复往摆转，销轴(5)可外伸做摆转轴，并使四个室腔任一对同步腔中每一腔，在容积减小时总是固定对应两出口中的一个，增大时总是固定对应进口中的一个，两进口间和两出口间都与球心对称。
实施例1中联接方式的机构特点与第一种联接方式相同。其四腔合计几何排量略小于球腔。
实施例2，图二是在容积极位置时，过销轴(5)和倒球伞轴(3)轴线的装配剖面示意图。
铰盘(1)圆柱体径向对称伸出两桔瓣状翼，两翼径向外表面为同球面，球心在圆柱中心线上，沿圆柱体两端为平面。
铰盘(2)两个对称中心线重合、平面相对的球冠夹两个不相连的并与中心线对称的桔瓣体，两球冠球面和两桔瓣球面同一。
铰盘(1)插入铰盘(2)中，通过销轴(8)把铰盘(2)两球冠铰接在铰盘(1)圆柱体两端，两球冠和圆柱体中心线即铰接轴线，沿铰轴线径向两者构成一对对称圆柱副配合，配合副铰盘(2)侧可设密封件(7)或不设;在铰盘(1)圆柱体两端，两者构成与轴线垂直的平面副配合，配合副铰盘(1)侧可设密封件(7)或不设;要求两盘铰接后，径向外表面为同球径球面，铰接后球心重合在铰接轴线上，并在任意相对铰动位置，球面接触边吻合，两铰盘球面上可分别设密封件(7)不设，因而使两者构成可相对转动、接触面密封的相交铰接球盘体总成。
倒球伞轴(3)一端为轴另一端为倒球伞，倒球伞内凹面为球面，外凸面为绕轴回转曲面，轴线过球面球心，球面边界圆平面垂直轴线。
缸体(4)中空分体对接，对接面垂直其上转动支承倒球伞轴(3)的孔中心线，最内表面为球面，球心在孔中心线上，球面边界圆所在平面与孔中心线垂直，其余内表面绕孔中心线与倒球伞轴(3)回曲面相同。
缸体(4)最内球面和倒球伞轴(3)凹球面与球盘体总成外球面为同球径球面，前两者装配后，回转曲面吻合，构成的回转运动副间设封件和轴承(7)，前两者球面部分在缸体(4)内构成完整球面围成的球腔;球盘体总成置于此球腔中，所有球面球心重合，铰盘(1)和(2)与球腔球面形成两道相交球面副环，两球面副环相交轴线即为球盘体总成的铰接轴线，由此，球盘体总成把球腔分成了四个可变封闭室腔，并对称铰接轴线两室容积同步变化，任一铰盘两侧容积互补变容。
球腔中，球盘体总成与缸体(4)和倒伞轴(3)的联接按第二种联接方式在铰盘(2)内，过球心，与其上铰接轴成β夹角，β＝90°，直线为销轴(5)轴线，通过销轴(5)把铰盘(2)绕销轴(5)轴线转动支承于缸体(4)上，销轴(5)固定在铰盘(2)上，并可外伸为轴，其轴线与机上倒球伞轴(3)装配夹角θ＝80°。
在铰盘(1)内，过球心，与其上铰接轴线成α夹角，α＝90度，直线为销轴(6)轴线，通过销轴(6)实现铰盘(1)和倒球伞轴(3)间绕销轴(6)轴线的转动支承，销轴(6)轴线与倒球伞轴(3)轴线夹角γ为90°。
按此方式联接，设在缸体(4)上的工质进出口，位于四室腔处于容积极限位置时，铰盘(2)所在球面密封副环，于缸体(4)的投影位置上，该投影环面被此位置处相交的销轴(8)、(5)轴线，分为四个区，对应每个区的缸体上各开一口，四口大小决定于对应区投影面积，与球心对称两口为同名口。
各构件运动关系旋转动力传给倒球伞轴(3)，销轴(6)带动铰盘(1)做绕倒球伞轴(3)轴线转，由铰盘(1)和(2)铰动关系，又带动铰盘(2)绕销轴(5)轴线旋转，销轴(5)亦可做为变角外伸旋转轴，同时使铰盘(1)绕销轴(6)轴线往复摆动，铰动盘体总成所夹四容积周期变化，由四室变容同步和互补关系，两同步减容室腔固定地一一对应两进口，两同步增容室腔固定地一一对应两出口，两进口间和两出口间都与球心对称。
实施例2的机构特点与第二种联接方式相同，且每转四腔合计几何容积排量大于球腔容积。
权利要求
1.本发明属于球腔中封闭可变容积装置，包括缸体(4)，销轴(5)、(6)、(8)和密封件或轴承(7)其特征还包括铰盘(1)和铰盘(2)构成的相交铰动球盘体总成和倒球伞轴(3)；铰盘(1)圆柱体径向对称伸出两桔瓣状翼，两翼径向外表为同球面，球心在圆柱中心线上，沿圆柱体两端为平面；铰盘(2)两个对称中心线重合、平面相对的球冠夹两个不相连的并与此中心线对称的桔瓣体，两球冠球面和两桔瓣球面同一；铰盘(1)插入铰盘(2)中，通过销轴(8)把铰盘(2)球冠铰接在铰盘(1)圆柱体两端，两球冠中心线与圆柱中心线重合于铰接轴线，沿铰接轴线径向，两者构成一对对称圆柱副配合，配合副铰盘(2)侧可设密封件(7)或不设；在铰盘(1)圆柱体两端，两盘构成与铰轴线垂直的平面副配合，此配合铰盘(1)侧可设密封件(7)或不设；要求两铰接盘径向外表面为同球径球面，铰接后球心重合且在铰接轴线上，并在任意相对铰动位置球面接触边吻合，两铰盘球面上可设密封件(7)或不设，使两者构成可相对转动、接触面密封的相交铰接球盘体总成；倒球伞轴(3)，一端为轴另一端为倒球伞，球伞凹面为球面，凸面为绕轴线回转曲面，轴线过球心与伞端凹球面边界圆平面垂直；缸体(4)，为中空分体对接，以其上转动支承倒球伞轴(3)的孔中心线为基准，接合面可以与之垂直，也可以过此中心线或与之平行；缸体(4)最内壁为球面，球心在孔中心线上，球面边界圆平面与孔中心线垂直，其余内壁面绕孔中心线与倒球伞轴(3)外凸回转曲面相同；缸体(4)最内球面和倒球伞轴(3)内凹球面与球盘体总成外球面为同球径球面；前两者装配后回转面吻合，其间可设密封件和轴承(7)；前两者球面在机内构成完整球面围成的球腔，球盘体总成置于球腔中，所有球面球心重合，铰盘(1)和(2)与球腔球面形成两道相交球面副环，两球面副环相交轴线即与球盘体总成的铰接轴线同一，由此，球盘体总成把球腔分成了四个可变封闭室腔。
2.按照权利要求1所述球腔中封闭可变容积装置其特征在于所说的球腔中，球盘体总成与缸体(4)和倒球伞轴(3)的一种联接方式是在铰盘(1)内，过球心，与两盘铰接轴线成α角(45＜°α＜90°)的直线为销轴(5)轴线，通过销轴(5)实现铰盘(1)和缸体(4)间绕销轴(5)轴线的转动支承;销轴(5)固定在铰盘(1)上，亦可做为外伸轴，其轴线与机上倒球伞轴(3)轴线装配夹角θ等于90度在铰盘(2)内，过球心，与其内铰动轴线成β角(45°β＜90°)的直线做为销轴(6)轴线，通过销轴(6)实现铰盘(2)和倒球伞轴(3)间，绕销轴(6)轴线的转动支承，销轴(6)轴线与倒球伞轴(3)轴线夹角γφ(0°＜γ＜90°);
3.按照权利要求1所述的球腔中封闭可变容积装置，其特征在于所说的球腔内，球盘体总成与缸体(4)，倒球伞轴(3)的另一种联接方式是在铰盘(2)内，过球心，与其内铰动轴线成、β夹角(45°＜β＜90°)直线为销轴(5)轴线，通过销轴(5)实现铰盘(2)与缸体(4)间，绕销轴(5)轴线的转动支承，销轴(5)固定在铰盘(2)上，可做为外伸轴，其轴线与机上倒球伞(3)轴线装配夹角θ(0°＜θ＜90°);在铰盘(1)内，过球心，与其内铰动轴线成α夹角(45°＜α＜90°)的直线做为销轴(6)轴线，通过销轴(6)实现铰盘(1)和倒球伞轴(3)间，绕销轴(6)，轴线的转动支承，销轴(6)与倒球伞轴(3)轴线夹角γ等于90°;
4.按照权利要求1所述的球腔中封闭可变容装置，和权利要求2、权利要求3所述的球腔中球盘体总成与缸体(4)、倒球伞轴(3)的两种联接方式，其特征还在于在缸体(4)上的工质开口，位于四室腔处于容积极限位置时，二维运动铰盘所在环形球面副于缸体(4)投影位置上，该投影面被此位置处相交的销轴(5)和(8)两轴线分为四个区，每个区上各开有一个工质口，共
个，其中两个进口，两个出口，同名口与球心对称。
5.按照权利要求1、2、3、4所述内容其特征还在于本发明可具有旋转-变容-摆转(或变角旋转)机械综合特点。
6.本发明可应用于各种工质的封闭可变容积装置，如各种工质的泵、马达、真空器、阻尼器、压缩机、外燃机和内燃机;其机械综合特点还可应用于简化或计量机液传动系统。
全文摘要
本发明属于球内四腔变容装置，主要由轴体，铰盘和缸体组成，其特点，构件运动灵活，有利于采用陶瓷和塑料等易模成材料制造，密封可靠，体积小，排量可大于球腔容积，同时具有旋转轴、摆转(或变角旋转轴)、变容三者机械综合特性，不仅可适用于各种工质的泵，马达，压缩机，真空器，阻尼器，内/(外)燃机，还可有助于简化或计量机液传动系统。
文档编号F01C3/00GK1075531SQ9210108
公开日1993年8月25日 申请日期1992年2月20日 优先权日1992年2月20日
发明者张全 申请人:张全