专利名称：可逆式运动方向转换器和以它为基础的容积式位移装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可逆式运动方向转换器的运动系统和结构，更具体地说，涉及一种可将轴的转动变换为在运动学上与轴相连接的工作机件(例如叶片型的机件)的摆动或者将所述工作机件的摆动变换为轴的转动的转换器，并且涉及一种以上述转换器为基础的带有摆动工作机件的容积式位移装置的运动系统和结构。
上述的转换器可用于带动工作机件，例如，带动用于制备以液体弥散介质为基的任意成分的混合物的搅拌机的叶片，或者带动船舶的“鱼尾”形螺旋桨等；和作为上述的带有摆动工作机件的容积式位移装置的通用基础。
所述的容积式位移装置可用作如下设备当对轴施加负荷时，用作-泵，特别是真空泵；或-压缩机；和-容量计量器(最好是液体介质的)；当对两个进入口(供给口)交替地加入压缩气体或带压力的液体时，以及在由轴接受和传递扭矩时，用作-气动的或者液压的发动机；或者最好是-流量计(主要是液体介质的)。
上述的应用范围对于本发明的单组和多组的容积式位移装置来说是有代表性的。
当使用由共用轴联接的几个上述装置时，可制成多级泵，或者高压力的压缩机；气动的或液压的起动器，主要是大功率柴油机(特别是船用的柴油机)的起动器；最后，当使用几个上述的气动或液压连接的装置时可制成同步的气动或液压传动器，特别是重型运输装置的传动器。
容积式位移装置十分广泛地应用于现代技术，其中，许多是成批或大量生产的产品。
因此，十分希望这些装置具有尽可能高的可靠性；尽可能大的比功率，并且，相应地尽可能在制造时消耗材料少；尽可能高的有效功率，相应地，单位有效工作的比能耗要尽可能小(后者是按计算而不按重要性)；尽可能容易适应标准化，而不取决于具体的用途。
由于上述的运动方向转换器是上述容积式位移装置的基础，所以要满足上述的要求在很大程度上取决于上述变换器的发展情况。
容积式位移装置的运动方向转换器通常含有轴和与轴(通常是刚性地)连接的任意的工作机件，该机件在轴转动时能够或者对流体(液体的或气体的)介质发生作用，或者接受上述介质的压力并将其转换为轴的转动。
例如，公知的叶片式转动运动转换器，含有一个轴，该轴安置在至少一个转动轴承上和含有至少一个最好是径向固定在轴上的叶片(参看，例如，综合技术词典，苏联(Энукцоедч)出版社，莫斯科，1976，260页，文章《叶轮机》)。
应用上述类型的转换器的具体实例有旋转泵(美国专利3985473)、涡流式涡轮机(日本的已接受的专利申请2-291499，1990年)、容积式发动机(苏联发明人证书600323)以及许多其他的泵、压缩机和气动或液压发动机。
叶片式的转换器和以它为基础的容积式位移装置是广为普及的，而且，它们通常是足够可靠的，其中一些具有很高的效率和比功率。
但是，它们的具体结构是如此之多，以致仅仅分类目录(不说技术水平的细节)就够写几十页了。在日益扩大的社会生产和需求的实践中，在工业产品总量中液压设备和风动设备所占份额早就有增多的趋势，所以，上面指出的结构多样性就往往造成生产和使用上的不合理费用。
因此，日益迫切要求制造出这样一种可逆式机械运动方向转换器，它能够作为实际上不同用途的装置特别是容积式位移装置的共同结构基础。
上述转换器的结构合理地以制造“通用铰链”之类的三维的，更具体地说是球形机构的一般原理为基础(参见，例如，NN,APToδoAeBKuu的《机械与机器理论》，高等学校教科书，第四次再版，莫斯科，科学出版社，1988)。
上述类型的普通可逆式运动方向转换器含有一个壳体；一个可转动地安装在壳体内的轴；一个与轴刚性连接的导引件；和至少一个与导引件可操作连接并能承受轴的转动或将转动传给轴的零件。同时，所有构件的转动几何轴线都相交在一点(参看上述的书，168-172页，图8.3和8.4)。特别是，在图8.3示出的球形四件组合件含有一个壳体，该壳体做成带有相隔大于0°至小于90°角度范围的凸部的支承环状，还有两个铰合地安装在该凸部上的轴，每个轴可以是输入轴或者是输出轴(这取决于所连接的发动机)，而且每个轴都在十字头端部通过铰链与钢叉状(或套圈状)的导引件相连接。
上述这种机构仅可用于在与输入轴的几何轴线成一角度下传输转动，并不能用于容积式位移装置。
这里顺便说明，下面要提到“旋转型”的容积式位移装置，其中，可与本发明相比较的较好的类似装置是例如美国专利5127810公开的“带有球形壳体的旋转式泵或发动机”。
所述的容积式位移装置具有一个可移动的旋转体型(具体说就是上述的球体型)的壳体，该壳体由一个叶轮式工作机件(具体说是盘件)分成两个半球部分，所述工作机件与可将转动运动(具体说，壳体的转动运动)变换为盘件的摆动运动(或者相反)的可逆式运动方向转换器相连接。同时，上述的转换器是基于几个对置的楔形件而制成的；该楔形件安装在壳体内部，沿盘件的不同侧面排列，并与盘件呈铰链连接，其几何转动轴线互相垂直，且相交在球体的中心。
虽然上述的容积式位移装置具有较高的比功率和可接受的效率，但是，当上述的楔形件和连接该楔形件和盘件的铰链受到的机械负荷越高，其可靠性就越差。
根据以上的叙述本发明的目的如下通过改变通用铰链的运动系统和设计制成这样一种可逆式运动方向转换器，该转换器可用作在旋转运动的入口端或出口端使用的各种装置特别是各种用途的容积式位移装置的通用基础，所述的容积式位移装置至少包括压缩机或气动发动机，泵或液压发动机，容积流量计和计量器，而且还应用上述的转换器制成带有摆动工作机件的容积式位移装置，这种装置有更高的使用可靠性。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种以通用铰链为基础的可逆式运动方向转换器，该转换器含有一个壳体；一个可转动地安装在壳体内的轴；一个与轴刚性地连接的导引件；和至少一个与导引件可操作连接并能承受轴的转动或使轴转动的零件，在其中，所有构件的转动轴线相交在一点，按照本发明，上述导引件做成旋转体状，并设有环形槽，其对称面相对于轴的转动轴线倾斜，并通过上述的轴线相交点，而在传动路线上与导引件连接的最后一个零件做成工作机件的型式，它能够对流体介质发生作用，或承受流动介质的压力，它通过两个对置的半轴与壳体实行可操作连接，并带有一个中间连接件，该连接件可移动地安装在导引件的上述环形槽内。
上述的多种特征的综合，使流体力学的可逆式运动方向转换器具有明显特征，即可作为各类装置的通用基础。
上述转换器的第一附加特点是，其壳体和工作机件做成钢箍状或套圈状，导引件做成平的垫圈状，带有上述特点的流体力学运动方向转换器最适合于装备叶片式搅拌器，并且最适合于与“鱼尾”形推进器配合使用。
上述转换器的第二个附加特点是，其壳体做成盒状，其内壁具有转动体表面，工作机件做成带有中心圆孔的叶轮状，所述圆孔具有球形表面，包住导引件，而导引件则做成球体状，在其环形槽中与球面齐平地装有一个环形嵌块，该嵌块至少有一个凹部，用以设置中间连接件。带有上述特点的流体力学运动方向转换器最适用于作为容积式位移装置的基础。
上述转换器的第三个附加特点是，上述的中间连接件做成球状，这可使叶片与导引件达到最可靠的连接。
上述转换器的第四个特点是，壳体具有球形内表面，而带有中心孔的叶轮最好做成组合式的环件，做成这种型式的转换器用在泵和压缩机或气动和液压发动机是极佳的。
上述转换器的第五个特点是，其壳体具有圆柱形内表面，该内表面相对于对置的半轴是对称的，而带有中心孔的叶片做成其外形像板片状，做成上述型式的转换器最适用于容积计量器或流量计。
为实现本发明的上述目的，本发明还提供了一种带有摆动工作机件的容积式位移装置，它含有一个在其壁上带有可供流体介质进入和排出的孔口的空心壳体，在其内腔为转动体表面并装有叶轮式工作机件，该机件与能够将装置的入口端传动组件的转动变换为叶轮式工作机件的摆动运动或者将该机件的摆动变换为出口端传动组件的转动的可逆式运动方向转换器相连接，按照本发明，上述的可逆式运动方向转换器是在通用铰链的基础上制成的，其中，全部转动件的几何轴线相交在一点，它的壳体就是容积式位移装置的壳体，上述转换器含有一个可转动地安装在上述壳体内的轴，作为入口端传动件或出口端传动件；一个与轴刚性地连接并具有环形槽的球形导引件，其对称面相对于轴的转动轴线倾斜，并通过上述的轴线相交点；一个可移动地安装在上述球形导引件的环形槽内并与叶轮式工作机件连接的中间连接件，工作机件具有一个包围球形导引件的中心孔，并通过两个对置的半轴补充地与壳体实行补充动态连接，所述半轴的几何轴线与上述轴的几何轴线相垂直，而且在壳体的内腔设置有刚性的隔板，其对称面包含着上述的轴和上述的半轴的几何轴线，隔板上还有用来安置导引件和上述半轴的凹部。
下面通过参看附图详细说明所提出的可逆式运动方向转换器以及以它为基础的某些容积式位移装置的结构和工作，将进一步了解本发明的本质，附图中
图1是一种带有摆动工作机件的容积式位移装置，它具有一个内腔为球形或圆柱形的壳体(垂直于工作机件对称面的纵向剖视图)；
图2是沿图1的II-II线的剖面图；图3是沿图1的III-III线的剖面图(在工作机件的纵向对称面上)；图4是沿图1的IV-IV线的剖面图(是圆柱形工作内腔的情况)；图5是沿图1的V-V线的剖面图(是在圆柱形工作内腔的情况下的工作机件的纵向对称面上)；图6是带有摆动工作机件的容积式位移装置的总的视图，它装有控制阀的机构(垂直于工作机件对称面的纵剖面，其中分配盘有条件地转过一个“α”角)；图7是沿图6中VII-VII线的控制阀机构的横剖面图；和图8是以两台带有摆动工作机件的容积式位移装置为基础的气动或液压发动机(带有共用的输出轴和工作机件在不同部分的角位移)。
下面说明本发明的最佳实施例。
本发明提出的可逆式运动方向转换器具有下列基本部分(参看图1)壳体1，它至少有一对对置的同轴的孔，并且至少有两个另外的非同轴的(或者成对地同轴的)孔，这些孔用来安置下面要说到的零件，这些零件的转动几何轴线全都相交在一点，上述的壳体1，—在用于例如带动搅拌器的叶片或“鱼尾”式螺旋桨的转换器的情况下，做成钢箍状或者说套圈状(为了简便起见，在图中未画出)，而—在用于作为容积式位移装置的基础的转换器的情况下，做成盒状，在其壁上除了带有上述的孔外，还做出另外的下面将要说明的附加孔，用于流体介质的流入和排出，它的内部由一个转动体(首先是球体)的表面来限定，如图1、2和3所示，或者，例如由一个圆柱体表面来限定，如图4和5所示；轴2，它安装在合适的带有适宜密封垫圈的滚动或滑动轴承内(为简化起见，图中未示出所述轴承和密封垫圈)它—或者穿过上述的做成套圈式的壳体1上的通孔，—或者穿过空心壳体1之壁上的两个同轴的孔(其中一个孔是盲孔)；
导引件3，它与轴2呈刚性连接，并带有环形凹槽，其对称面相对于轴2的转动轴线是倾斜的，并且通过上述的轴线相交点，该导引件3—或者做成带有敞开的外缘环形槽以便与图中未示出的销钉相连接的圆形垫圈状(在图中未直接示出)，特别是在用于上面所述的搅拌器结构的情况下是如此，—或者做成带有类似环形槽的球体状(特别当它与轴2做成一个整体时是如此)，在槽中可设置环形嵌块4，它与上述球体表面处于同一高度，并带有至少一个(最好是球形的)凹槽以便与销钉零件连接，或者，最好是与球5连接；叶片6，它通过上述的销钉或上述的球5与导引件3相连接，其形状做成—或者是在图中未示出的板片状，如果该板片用作搅拌器机件的话最好是蹄铁形的，(上述板片应设置在位于做成钢箍或套圈形的壳体1上的同轴孔中的对置的半轴上)，—或者是带有圆形中心孔的板片，该板片一具有沿上述中心孔的圆周的球形表面，并且可滑动地包围上述的球形导引件3，并—安装成可在端部的径向对置的半轴7上摆动，所述的半轴7置于做成空心体的壳体1壁上的孔内(参见图2和3、4和5)。
轴2可带有穿透的孔道，而导引件3可做成空心的(如图6所示)，以利于摩擦表面的润滑。
环形嵌块4可以—或者完全用耐磨材料制成，或者至少涂上一层耐磨材料，以便减轻导引件3的环形槽壁的磨擦，—最好由两个对接的半环件组成，(见图3或5)以利于制造时的装配，或修理时容易更换零件。
包围着球形导引件3的叶片6可做成两个对接件或者互相重叠件的型式，以利安装。叶片6若用在带有球形内腔的壳体1，可在平面上具有环的形状(见图3)，该环沿其外圆周带有合适的密封圈，而若用于具有圆柱形内腔的壳体1则可以是长方形的，最好是带圆角部分的正方形(见图5)。
半轴7可以固定而不转动它或者固定在环形叶片6内，这对于制造方便和容积式位移装置的密封可靠性来说是最适宜的，或者固定在上面所述的套圈式的壳体1内，这对于将本发明的运动方向转换器用来驱动带叶片的搅拌器或“鱼尾”式螺旋桨的情况是最合适的。
当上述的运动方向转换器与泵和压缩机或者气动发动机和液压发动机这一类容积式位移装置相结合使用时，带有球形内腔的壳体1和环形的叶片6是最适宜的，而对于流量计和容积计量器来说，带有圆柱形内腔(或圆锥形内腔，未特别示出)的壳体1及相应形状的叶片6是最适宜的。
在所有情况下，半轴7的几何轴线就是圆柱形(圆锥形)壳体1的对称轴线(见图5)。圆锥体可以按照熟悉本技术的人们容易理解的方法做成两个大头彼此相对的截头圆锥。
所提出的以上述运动方向转换器为基础的带有摆动工作机件的容积式位移装置除了具有上述的零部件外，还具有下列附加零件(参看图6)刚性隔板8，它的对称平面包含着轴2和半轴7的几何轴线，它有用来分别与导向件3和半轴7相配合的球形凹部或圆柱形凹部，(上述的隔板8也可在图1清楚地看到)，用来通入和排出流体介质的管接头9，和至少一个控制阀的(最好是盘状的)机构10，所述机构10含有(参看图6和7)带有与机器壳体1刚性连接的底部和凸出在该底部上方的端面凸缘的圆柱形外壳11，该外壳11含有—轴2可自由通过的中心孔；两个设在上述底部的直径相等的并且与轴2的几何轴线相隔等距离的位置相背地设置的孔，该孔转入管接头9；—至少一个设在端面凸缘上的周边孔(通常用来“注入”)；与轴2刚性连接的分配盘12，该盘12含有
—由壁13限定的镰刀形的开口；和—向着圆柱形外壳11的侧面敞开的并由壁14在相对侧面限定的、按照体积与上述镰刀形开口相等的镰刀形凹槽；带有两个通孔(通常用来“吸入”)的端盖15。
此外，在图6还示意地示出密封件16和供给润滑油的通道17。
在本发明的装置的某些可能的实施例中(这对于本专业技术人员是熟知的，故在此不作特别说明)，控制阀的机构10的分配盘12可安装在装置的壳体1的壁外侧的凹槽内，该壳体1壁上的相应的孔可起到管接头9的作用。
由于孤立的容积式位移装置的叶片6具有死点，所以在轴2上适当地配上飞轮。在最为简单的情况下(例如在上述装置用作流量计的情况下)，带有导引件3和分配盘12的轴2本身可以起到上述作用。以本发明的装置为基础的气动发动机或液压发动机，可装上相对于轴2偏心的负重。而在其他的用途中，当轴2与转动的传动机构连接时，选出的发动机的转动部分可起到上述飞轮的作用。
气动发动机或液压发动机(相应地，压缩机或泵)最好是至少由两个本发明的容积式位移装置组成，它们的叶片按照90°相差安装在共同的轴上，并且并列地与共同的排出(或注入)管路相连通，如图8所示。
在以本发明的容积式位移装置为基础的多级泵或压缩机中，也得到了另外的重要效果-减缓输出端的压力波动。
上述的运动方向转换器和容积式位移装置按如下方式工作在原理上可有两个基本变型，第一个变型是壳体1固定，而第二个变型是轴2固定。
第二个变型最好是作为叶片6从死点引出的方法，但是，对于大多数应用而言是不适宜的，所以，(本专业技术人员会明白)，就不讨论进一步的细节了。
在第一个变型中(也就是在壳体1固定的情况)，由于本发明的运动方向转换器具有可逆性，故也可双重地实现，即或者通过对轴2施加载荷的方法(在注入或流体介质计量的情况下)，
或者通过对叶片6施加载荷的方法(在发动机或流量计的情况下)。
下面详细说明注入流体的情况下的工作方式，(如果没有特别说明的话，参见图6)。
轴2转动时，导引件3迫使环形嵌块4在其环形槽内沿同一方向转动，该环形嵌块4推动球5在嵌块4的槽中转动，从而引起叶片6摆动。
在叶片6的每次摆动中在其后面形成了真空(相应地，在壳体1内腔的那一部分也形成真空)，该真空区由隔板8和(在特殊的工艺阶段时)叶片6的“背面”所限定，通过在分配盘12转动时打开的控制阀的机构10的通道部分和相应的管接头9吸入流体介质，而在其前面则产生高的压力(相应地从壳体1内腔的那部分也产生高的压力)，所述的部分是由隔板8和(在特殊的工艺阶段中)叶片6的“前面”所限定，通过控制阀的机构10的在分配盘12转动时打开的管道的其他部分和相应的管接头9将压缩的流体介质排至出口管内。
在安装于壳体内腔的叶片6上沿隔板8的不同侧面依次施加载荷时(也就是，流体介质在压力下通过控制阀的机构10而进入时)，工艺过程按照与上面所述次序相反的次序进行，即叶片摆动，通过球5推动环形嵌块4并使之转动，该嵌块4使导引件3与输出轴2一起转动，从轴2接收有用的负荷。
显然，上面的描述和图示决不包容本发明的全部内容，并且决不限制实施本发明的其他可能的方案。
上述的发明可以通过在材料、设备及工具工业上熟知的应用而得以实现。
在大多数优选实施例中，必须特别注意，作为实施本发明意向的最佳实施例是与挤奶机的容积流量计和计量器以及真空泵有关的实施例。
权利要求
1.一种在通用铰链的基础上的可逆式运动方向转换器，它含有一个壳体，一个可转动地安装在壳体内的轴，一个与轴刚性地连接的导引件，和至少一个与导引件可操作连接并能承受轴的转动或使轴转动的零件，在转换器中，全部构件的几何转动轴线相交在一个点上，其特征在于，上述的导引件做成转动体的型式，并带有环形槽，其对称面向着轴的转动轴线倾斜，并通过上述的轴线相交点，在传动线路上最后一个与导引件连接的零件做成能够对流体介质发生作用或能够承受流体介质压力的工作机件的型式，该机件通过两个对置的半轴与壳体可操作地连接，并带有安装成可在上述导引件的环形槽中移动的中间连接件。
2.根据权利要求1的可逆式运动方向转换器，其特征在于，上述的壳体和工作机件做成钢箍状或套圈状，而上述的导引件做成平的垫圈状。
3.根据权利要求1的可逆式运动方向转换器，其特征在于，上述的壳体做成盒状，其壁的内面由转动体的表面来限定，上述的工作机件做成带有中心圆孔的叶片状，所述的孔具有球形表面并包围上述导引件，而该导引件做成球体状，在其环形槽中，与球面齐平地安装一个环形嵌块，该嵌块至少有一个适合于安装上述中间连接件的凹部。
4.根据权利要求3的可逆式运动方向转换器，其特征在于，上述的中间连接件做成球体型式。
5.根据权利要求3的可逆式运动方向转换器，其特征在于，上述壳体内部具有球形表面，而带有中心孔的叶片最好做成组合式环圈。
6.根据权利要求3的可逆式运动方向转换器，其特征在于，上述的壳体内部具有圆柱形表面，该表面相对于半轴的几何轴线是对称的，而带有中心孔的叶片做成外形像长主形的板片状。
7.带有摆动机件的容积式位移装置，它具有一个在其壁上带有可供流体介质进入和排出的孔的空心壳体，其内腔具有转动体的内表面，在该内腔安装有叶片式工作机件，壳体与可逆式运动方向转换器相连接，该转换器能将装置的输入端的运动部件的转动变换为叶片式工作机件的摆动，或者将该机件的摆动变换为输出端运动部件的转动，其特征在于，上述的可逆式运动方向转换器是在通用铰链的基础上做成的，在其中，所有的转动件的几何轴线相交在一点，装置的壳体就是转换器的壳体，所述转换器具有一个可转动地安装在壳体内的轴，作为输入端或输出端运动部件；一个与轴刚性地连接并带有环形槽的导引件，其对称面相对于轴的转动轴线倾斜，并通过上述的轴线相交点；和一个可移动地安装在上述球形导引件的环形槽内并与叶片式工作机件相连接的中间连接件，该连接件带有包住上述球形导引件的中心孔，并且还通过两个对置的半轴与壳体补充活动连接，所述半轴的几何轴线与上述轴的几何轴线相垂直，而且，在壳体的内腔设置有刚性的隔板，该隔板的对称面包含着上述的轴和半轴的几何轴线，隔板上带有设置上述导引件和上述半轴的凹部。
全文摘要
可逆式运动方向转换器,其中,所有转动件的几何轴线都彼此相交在一点,上述转换器含有:一个壳体;一个可转动地安装在壳体内的轴;一个与该轴呈刚性连接并做成转动体状带有环形槽的导引件,其对称面相对于轴的转动轴线倾斜,并且通过上述的轴线相交点;和一个通过中间连接件与导引件的环形槽活动连接的叶片,该叶片安装在壳体内的半轴上,能够承接轴的转动或者使轴转动。本发明还涉及以上述转换器为基础的带有摆动工作机件的容积式位移装置。
文档编号F01C3/00GK1183132SQ96193685
公开日1998年5月27日 申请日期1996年3月7日 优先权日1995年4月4日
发明者尼古拉·尼古拉耶维奇·贝尔迪, 维塔莉·尼古拉耶维奇·贝尔迪 申请人:尼古拉·尼古拉耶维奇·贝尔迪