专利名称：旋转活塞动力机械的制作方法
技术领域：
本发明属于动力机械领域，涉及一种动力机械结构设计，特别涉及一种旋转活塞动力机械结构的设计。
背景技术：
由于微型飞行器、微机器人、便携式电源的广泛应用，需要功率密度大、可靠性高、 成本低的动力机械作为动力源。目前，在现有的技术条件下，旋转活塞动力机械比其它动力机械具有优势。在众多类型的旋转活塞动力机械中，公知的汪克尔旋转活塞内燃机，它具有运转平稳、转速高、运动部件少、结构紧凑、功率密度大等优点。但也存在一些不足，具体表现在 加工制造难度较大，且难以实现低成本的小型化，微型化批量生产。
发明内容
为了克服以上旋转活塞动力机械结构方案的不足之处，本发明的目的是提供一种旋转活塞动力机械结构及设计，可用于泵，流体马达，燃烧引擎或类似的设备，尤其应用于内燃机，具有非常大的优越性。本发明主要通过提供如下技术方案实现。旋转活塞动力机械，其结构主要包括定子、转子、定子转动轴，转子转动轴，转子定位齿轮，转子定位内齿轮，轴承，进气口、排气口 ； 定子具有一个内腔，转子安装在定子的内腔中，其特征在于转子和定子的内表面配合，在转子表面和定子内表面之间形成六个容积可变的工作室；转子和定子的转动中心及转子和定子内腔的几何中心都重合；转子和定子的转动轴间成一定角度且相交于转子和定子的转动中心，随着转子和定子的相对转动，工作室的容积发生周期性的变化。所述定子的内表面主要由两个定子凹凸曲面、一个内大部分球面、两个内小部分球面构成；所述的定子凹凸曲面是具有两个对称分布的凹面和两个对称分布的凸面的特殊曲面，所述的定子凹凸曲面边的边界轮廓曲线为两条处于同球心而不同半径的球面上的变形球面外旋轮线；所述的内大部分球面和内小部分球面其实是球内表面的部分，所述定子的内表面关于定子的转动中心对称。所述转子的外表面主要由两个带有凸起的转子端面，一个外大部分球面和两个外小部分球面构成；每个转子端面具有三条沿径向均勻分布的凸起，使得转子外表面具有六条凸起，所有凸起的尖端部分在径向方向上的延长线向内汇聚于转子的转动中心；所述的外大部分球面和外小部分球面其实是球外表面的部分，所述转子的外表面关于转子的转动中心对称。所述转子的转子端面的每个凸起的尖端部分可以安装有滚柱或滑条，所述的滚柱或滑条与转子紧密活动配合，与定子的内表面紧密活动配合，把定子和转子之间的空腔分隔为独立的工作室；也可以不安装滚柱或滑条，但要保证转子的每个凸起的尖端部分与定子的内表面的接触部分是球冠锥体的外表面的部分，它们与定子的内表面紧密活动配合， 把定子和转子之间的空腔分隔为独立的工作室。转子定位内齿轮安装在转子定位内齿轮安装面上；进气口，排气口，轴承，转子定位齿轮安装在定子上。转子转动轴与定子转动轴固定连接，定子转动轴与定子通过轴承连接，转子转动轴与转子活动连接，转子相对于转子转动轴的转速与定子相对于定子转动轴的转速的大小之比为二比三，转速的方向间所成的夹角与转子转动轴与定子转动轴间的夹角相同。采用本发明设计的旋转活塞动力机械具有如下优点其构造简单，运动部件少，结构紧凑，使其具有很高工作可靠性和很高的转速，又由于具有六个独立的工作室，使得功率密度大；还便于采用材料塑性加工工艺实现小型化，微型化的大规模低成本生产。
图1是本发明设计的旋转活塞动力机械立体结构图。图2是本发明设计的旋转活塞动力机械纵向剖面示意图。图3是定子的内表面示意图。图4是定子的内表面的定子凹凸曲面生成方法示意图。图5是转子的外表面的示意图。图6是第一个实施例的滚柱和滚柱安装面的示意图。图7是第二个实施例的滑条和滑条安装面的示意8是第三个实施例的转子的凸起的示意图。图9是转子，定子转动轴，转子转动轴，转子定位齿轮，转子定位内齿轮的立体结构图。图10、图11、图12、图13、图14是旋转活塞动力机械的工作循环示意图。图中的标号分别表示1、定子，2、转子，3、定子转动轴，4、进气口，5、排气口，6、火花塞，7、螺母，8、螺杆，9、轴承，10、工作室，11、转子转动轴，12、转子定位内齿轮，13、转子定位齿轮，14、内大部分球面，15、内小部分球面，16、定子凹凸曲面，17、外大部分球面，18、外小部分球面，19、转子端面，20、凸起，21、动力输出锥面，22、转子定位内齿轮安装面，23、滚柱安装面，M、滚柱，25、滑条安装面，沈、滑条。以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施例方式本发明所设计的旋转活塞动力机械，以四冲程点燃式内燃机的工作方式运行。如图1、图2所示，旋转活塞动力机械，其结构主要包括定子(1)、转子O)、定子转动轴(3)、转子转动轴(11)、转子定位齿轮(13)、转子定位内齿轮(12)、轴承(9)、进气口 (4)、排气口 (5)、火花塞(6)。转子定位齿轮(13)、轴承(9)、进气口 (4)、排气口 (5)、火花塞(6)安装在定子(1)上；定子(1)的两部分由螺母(7)和螺杆(8)紧固在一起构成一个整体并在内部形成一个内腔 ’转子( 安装在定子(1)的内腔中，转子( 和定子(1)的内表面配合，在转子( 表面和定子(1)内表面之间形成六个容积可变的工作室(10)；转子 (2)和定子(1)的转动中心及转子( 和定子(1)内腔的几何中心都重合；转子( 和定子(1)的转动轴间成一定角度且相交于转子(2)和定子(1)的转动中心，随着转子(2)和定子(1)的相对转动，工作室(10)的容积发生周期性的变化。如图1、图3所示，所述定子(1)的内表面主要由两个定子凹凸曲面(16)、一个内大部分球面(14)、两个内小部分球面(1 构成；所述的定子凹凸曲面(16)是具有两个对称分布的凹面和两个对称分布的凸面的特殊曲面，它的两条边界轮廓曲线为两条处于同球心而不同半径的球面上的变形球面外旋轮线；所述的内大部分球面(14)和内小部分球面 (15)其实是球内表面的部分；所述定子(1)的内表面关于中心对称，对称中心为定子(1) 内腔的几何中心。如图4所示，对于在本发明中称作的定子凹凸曲面(16)的生成方法，说明如下在以直角坐标系Ο-xyz的原点0为球心、以R为半径的球面上有劣弧匪、劣弧MP，满足条件劣弧匪的弧长小于或等于三分之一的劣弧MP的弧长，并且劣弧匪的弧长加劣弧MP的弧长小于四分之一的大圆周长；当劣弧匪绕ζ轴以角速度ω i转动、同时劣弧MP绕轴OM以角速度为ω2转动，满足关系为ω2等于负三分之二的Co1时，在球面上生成一条点P的轨迹 I1,11其实就是一条球面外旋轮线；以球面外旋轮线I1上的任意一点为顶点，在球面上取一个球冠a，使球冠a的顶点沿着球面外旋轮线I1、且球冠a始终在球面上运动一周，在球面上得到球冠a的运动痕迹，此痕迹有上下两边界线，取上边界线为12，I2就是本发明中所称作的变形球面外旋轮线；球心点0与变形球面外旋轮线I2上的所有点的连线构成一个曲面， 此曲面有上下两个表面，下表面去掉以0为球心以r为半径的球面所包容的部分，就是本发明中称作的定子凹凸曲面(16)；在本发明中称作的内小部分球面(15)，其实就是所述的以 0为球心以r为半径的球的内表面的一部分；在本发明中称作的内大部分球面(14)，其实就是所述的以0为球心以R为半径的球的内表面的一部分；在本发明称作的滚柱(M)，其实就是所述的球心0与球冠a的圆周上的所有点的连线围成的球冠锥体，去掉以0为球心以 r为半径的球面所以及在本发明中称作的与定子(1)内表面直接滑动配合的转子端面(19) 上的凸起00)的尖端部分的配合面，其实就是所述的球心0与球冠a的圆周上的所有点的连线围成的球冠锥体的表面的一部分。如图5、图6、图7、图8、图9所示，转子O)的表面由两个转子端面(19)、一个外大部分球面(17)、两个外小部分球面(18)、两个动力输出锥面(21)、两个转子定位内齿轮安装面02)共同构成。转子O)的表面是关于中心对称的，对称中心是转子O)的转动中心；所述的每个转子端面(19)都具有三条沿径向均勻分布的凸起(20)，所有凸起OO)的尖端部分在径向方向上的延长线向内汇聚于转子( 的转动中心，两个转子端面(19)上的六条凸起OO)关于转子( 的转动中心对称；转子端面(19)上的凸起OO)的尖端部分可以安装有滚柱04)或安装有滑条( )，也可以不安装滚柱04)或滑条06)；尖端部分、滚柱(M)、或者滑条( )，它们与定子(1)内表面的配合接触部分的表面是球冠锥体外表面的部分；凸起OO)间的凹曲面的形状主要由定子(1)内表面的定子凹凸曲面(16)和旋转活塞动力机械的压缩比共同确定。动力输出锥面是以转子⑵的转动中心为顶点的球冠锥体的内侧面的部分。如图6所示的是转子⑵结构的第一个实施例，转子(2)的转子端面(19)上的凸起OO)的尖端部分有一条径向分布的滚柱安装面(23)，滚柱04)安装在滚柱安装面03) 上，与转子( 紧密活动配合；所述的滚柱04)的外表面是球冠锥体外表面的部分，它与定子凹凸曲面(16)紧密活动配合，把定子(1)内腔分割为六个独立的工作室(10)。如图7所示的是转子(2)结构的第二个实施例，转子O)的转子端面(19)上的凸起00)的尖端部分有一条径向分布的槽形的滑条安装面(25)，滑条06)安装在滑条安装面0 上，与转子( 紧密配合；所述的滑条06)与定子(1)内表面的配合接触部分的表面，是球冠锥体外表面的部分，它与定子凹凸曲面(16)紧密滑动配合，把定子(1)内腔分割为六个独立的工作室(10)。如图8所示的是转子(2)结构的第三个实施例，转子(2)的转子端面(19)上的凸起OO)的尖端部分与定子(1)内表面的配合接触部分的表面，是球冠锥体外表面的部分； 它与定子凹凸曲面(16)紧密滑动配合，把定子(1)内腔分割为六个独立的工作室(10)。转子⑵与定子⑴的连接如图2所示，转子⑵安装在定子⑴内，转子(2) 的表面与定子(1)的内表面互相配合，其中，转子O)的表面的外大部分球面(17)与定子
(1)的内表面的内大部分球面(14)紧密滑动配合，转子O)的表面的外小部分球面(18) 与定子(1)的内表面的内小部分球面(1 紧密滑动配合，两个转子端面(19)上的六条凸起OO)的尖端部分与两个定子凹凸曲面(16)紧密活动配合。转子( 和定子(1)的连接配合使得旋转活塞动力机械在定子(1)内腔中形成六个独立的工作室(10)，并保证了转子
(2)相对于定子(1)的特殊运动规律。随着转子O)的转动，每个工作室(10)的容积发生周期性变化，完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程。如图2、图9所示，定子转动轴( 与外界发生机械能的交换，它与定子(1)通过轴承(9)连接，它与转子O)的连接，是通过转子转动轴(11)实现的；定子转动轴C3)和转子转动轴(U)成一定角度固定连接且相交于转子( 和定子(1)的转动中心；定子转动轴
(3)的形状为圆柱体；转子转动轴(11)由两个关于顶点对称的球冠锥体的部分构成，它的外侧表面与两个动力输出锥面紧密活动配合，使得转子( 通过定子转动轴C3)与外界发生机械能的交换；两个转子定位齿轮(1 安装在定子(1)上，与安装在转子O)的转子定位内齿轮安装面0 上的两个转子定位内齿轮(1 始终啮合，转子定位齿轮(13)与转子定位内齿轮(1 齿数比为二比三，当转子( 和定子(1)发生相对运动时，可以精确的保证各运动部件的运动关系。如图1、图3所示，进气口 0)、排气口(5)开在定子(1)上的定子凹凸曲面(16) 上，并与火花塞(6)近似均勻分布在定子凹凸曲面(16)上，在转子( 转动的过程中，进气口(4)连续的给每个工作室(10)供给可燃混合气体，排气口( 连续的排出做功后的废气。火花塞(6)在确定的时刻精确点火，使可燃混合气体爆燃，完成燃料的化学能向机械能的转化。本旋转活塞动力机械以四冲程点燃式的工作方式运行，图10、图11、图12、图13、 图14所示是一个工作室(10)的一个工作循环示意图。如图10、图11所示，随着转子(2)的转动，工作室(10)的容积增大，从进气口⑷ 吸进可燃混合气体，完成吸气冲程。如图12所示，随着转子(2)的转动，工作室(10)的容积减小，完成压缩冲程，火花塞(6)点火，混合气体爆燃，产生高温高压燃气。如图13所示，燃气推动转子(2)转动，完成做功冲程。如图14所示，随着转子(2)转动，工作室(10)容积减小，完成排气冲程。开始下一个工作循环。 其它剩余的五个工作室(10)的工作循环与此相同。
权利要求
1.一种旋转活塞动力机械，其结构主要包括定子、转子、进气口、排气口，定子具有一个内腔，转子安装在定子的内腔中，其特征在于转子和定子的内表面配合，在转子表面和定子内表面之间形成六个容积可变的工作室；转子和定子的转动中心重合，转子和定子的转动轴成一定角度且相交于转子和定子的转动中心，随着转子和定子的相对转动，工作室的容积发生周期性的变化。
2.根据权利要求1所述的旋转活塞动力机械，其特征在于所述定子的内表面主要由两个定子凹凸曲面、一个内大部分球面、两个内小部分球面构成；所述的定子凹凸曲面是具有两个对称分布的凹面和两个对称分布的凸面的特殊曲面，所述的定子凹凸曲面的边界轮廓曲线为两条处于同球心而不同半径的球面上的变形球面外旋轮线；所述的内大部分球面和内小部分球面其实是球内表面的部分，所述定子的内表面关于定子的转动中心对称。
3.根据权利要求1所述的旋转活塞动力机械，其特征在于所述转子的表面主要由两个带有凸起的转子端面，一个外大部分球面和两个外小部分球面构成；所述的外大部分球面和外小部分球面其实是球外表面的部分，每个转子端面具有三条沿径向均勻分布的凸起，所有凸起的尖端部分在径向方向上的延长线向内汇聚于转子的转动中心；所述转子的表面关于转子的转动中心对称。
4.根据权利要求3所述的旋转活塞动力机械，其特征在于所述转子的转子端面的每个凸起的尖端部分都有一个滚柱安装面，滚柱安装在滚柱安装面上，与转子紧密活动配合。
5.根据权利要求1或4所述的旋转活塞动力机械，其特征在于所述滚柱是球冠锥体的部分，与定子的内表面紧密活动配合，把定子和转子之间的空腔分隔为独立的工作室。
6.根据权利要求3所述的旋转活塞动力机械，其特征在于所述转子的转子端面的每个凸起的尖端部分都有一个滑条安装面，滑条安装在滑条安装面上，与转子体紧密配合。
7.根据权利要求1或6所述的旋转活塞动力机械，其特征在于所述滑条与定子内表面接触的部分的表面，是球冠锥体的表面的部分，滑条与定子的内表面紧密滑动配合，把定子和转子之间的空腔分隔为独立的工作室。
8.根据权利要求1或3所述的旋转活塞动力机械，其特征在于所述转子端面的凸起的尖端部分与定子内表面接触的部分的表面，是球冠锥体的表面的部分，凸起的尖端部分与定子的内表面紧密滑动配合，把定子和转子之间的空腔分隔为独立的工作室。
全文摘要
本发明公开了一种旋转活塞动力机械，涉及动力机械领域；可用于泵，流体马达，燃烧引擎或类似的设备，尤其应用于内燃机，具有非常大的优越性；其结构主要由定子、转子组成，转子安装在定子的内腔中，所述定子和转子具有特定的工作面，工作面间的相互配合使该旋转活塞动力机械形成六个容积随转子的转动而发生周期性变化的工作室。该发明具有结构简单，功率密度大等优点；特别适用于一些需要大功率、小体积、高可靠性动力源的领域。
文档编号F04C2/00GK102269051SQ201010201959
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者石喆 申请人:石喆