一种波传动的流体泵或压气机的制作方法
【专利摘要】一种波传动的流体泵或压气机，用于连接原动机泵送气体或液体，其特征在于包括：壳体单元，包括呈长方体形的壳体、承重支撑柱和平行设置于壳体四个侧壁上的四个流道；四个波动板单元，用于对进入流道的气体或液体做功，分别设置在四个流道内，波动板单元包括多个波动板以及对应活动连接的多个等长连杆；中心凸轮单元，设置在壳体内，包括中心轴、多个四角凸轮机构，原动机和中心轴连接并带动中心轴和穿设在该中心轴上的多个四角凸轮旋转，四角凸轮和从动件将旋转运动转化为与从动件连接的等长连杆的上下运动，而等长连杆的上下运动带动波动板单元的波动运动而压缩泵送气体或液体，结构简单，寿命长，同时运转过程稳定。
【专利说明】
一种波传动的流体泵或压气机
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种流体栗送和压缩的机械，属于流体机械领域。
【背景技术】
[0002]耗能设备是将机械能转化为流体动能和压力势能的装置，如栗推动不可压的水和压气机压缩可压的气体。按容积划分也分为两种，其一是利用曲柄连杆机构控制活塞的往复运动，进而对流体做功，产生能量的传递，其二是利用叶轮机械动力装置的叶片旋转，推动流体或压缩流体，传递动能和压力势能。
[0003]活塞式曲柄连杆动力装置的形状和特点适于用大压缩比的密闭气室的热动转换场合中，其效率高，体积小而重量轻，稳定工作范围大，故无论何种能量转换装置，曲柄连杆作为动力传动始终是优先考虑的。叶轮机械动力装置是高速旋转的叶片给流体做功以传递压力势能和动能，相对活塞式曲柄连杆动力装置结构复杂，适用于对开放空间流动工质的能量转换场合，其轴向距离长，重量体积都较大，并且能在较宽的运行范围内保持较高的效率，但需要有较大的初载荷施加于叶片方能持续能量转换，动力转化较低。前者为活塞栗重要能量转换装置，后者在压气机和压缩机等领域有广泛应用。
[0004]鱼类作为一种从上古一直进化演变至今的水中动物，能高效得利用自身对水做功推动前进。鱼类具有很高的游动效率，机动能力超强，而且还是涡量控制的高手。鱼类游动时躯体以行波的形式摆动，因此其自身的波动前进方法被认为是比较高效的，具有潜在可探究的一种能量转换方法。
[0005]现有技术(授权公告号:CN102434213 B)利用了滑块、凸轮，实现了栗的作用，但是其结构复杂，所需平衡力大，且不能用于可压缩流体，存在较多弊端:采用单管道通流形式，因此对轴具有较大变化的径向力，而且流量较小，导致价格高，寿命短;采用曲轴结构，易发生轴颈磨损、变形和断裂。
【发明内容】
[0006]本发明为解决上述问题，提供了一种波传动的流体栗，结构简单，寿命长，同时运转过程稳定。
[0007]—种波传动的流体栗或压气机，用于连接原动机栗送气体或液体，其特征在于包括:
[0008]壳体单元，包括呈长方体形的壳体、承重支撑柱和平行设置于壳体四个侧壁上的四个流道，
[0009]壳体的四个侧壁上设置有多个连杆孔，
[0010]承重支撑柱用于支撑，设置在壳体外壁上，
[0011 ]流道为两端开放式的筒状结构，用于供气体或液体的流入和流出，
[0012]流道横截面为矩形，流道的两个相对的内壁作为流道工作面，另两个相对的内壁作为流道滑动面，一个与壳体的侧壁连接的流道工作面上设置有与多个连杆孔对应的工作孔；
[0013]四个波动板单元，用于对进入流道的气体或液体做功，分别设置在四个流道内，波动板单元包括多个波动板以及对应活动连接的多个等长连杆，
[0014]波动板设置于流道内部，每两个波动板之间由铰链连接而可以上下沿着流道滑动面滑动，
[0015]波动板的上下面作为波动板工作面，左右面作为波动板滑动面，波动板滑动面与流道滑动面相互接触滑动，
[0016]等长连杆，一端活动连接在波动板工作面上，另一端穿过连杆孔而进入壳体内；
[0017]中心凸轮单元，设置在壳体内，包括中心轴、多个四角凸轮机构，
[0018]四角凸轮机构具有形状呈四叶形的四角凸轮和与四角凸轮配合的从动件，从动件分别对应与等长连杆的另一端连接，
[0019]四角凸轮机构各自的四角凸轮形状相同，而彼此相错一定的错位角且相互间隔安装在中心轴上，
[0020]原动机和中心轴连接并带动中心轴和穿设在该中心轴上的多个四角凸轮旋转，四角凸轮和从动件将旋转运动转化为与从动件连接的等长连杆的上下运动，而等长连杆的上下运动带动波动板单元的波动运动而压缩栗送气体或液体。
[0021]本发明提供的波传动的流体栗或压气机，还可以具有这样的特征:其中，四个与壳体的侧壁连接的流道工作面上的工作孔数目彼此相同。
[0022]本发明提供的波传动的流体栗或压气机，还可以具有这样的特征:其中，四个波动单元各自的等长连杆的数目彼此相同。
[0023]本发明提供的波传动的流体栗或压气机，还可以具有这样的特征:其中，从动件为滚子从动件。
[0024]本发明提供的波传动的流体栗或压气机，还可以具有这样的特征:其中，当流道中流动的为液体时，处于同一个壳体的侧壁上的相邻两个连杆孔之间的距离相等。
[0025]本发明提供的波传动的流体栗或压气机，还可以具有这样的特征:其中，当流道中流动的为气体时，处于同一个壳体的侧壁上的相邻两个连杆孔之间的距离随着流动方向而逐渐变小。
[0026]本发明提供的波传动的流体栗或压气机，还可以具有这样的特征:其中，当流道中流动的为气体时，流道的横截面沿着气体的流动方向逐渐变小。
[0027]本发明提供的波传动的流体栗或压气机，还可以具有这样的特征:其中，当流道中流动的为液体时，流道的横截面沿着液体的流动方向不变。
[0028]本发明提供的波传动的流体栗或压气机，还可以具有这样的特征:其中，四角凸轮具有四个正弦凸轮，相邻两个正弦凸轮之间的夹角为90°。
[0029]发明作用与效果
[0030]本发明所提供的波传动的流体栗或压气机，具有壳体单元以及位于壳体单元内的四个波动板单元和与波动板单元连接的中心凸轮单元，其中:
[0031]由于采用凸轮机构与波动板单元连接来驱动波动板上下波动来栗送流体，中心轴连接多个四角凸轮机构，其形状为四叶式，随着位置不同，其相位不同，可以实现凸轮两侧运动相反，整体受力，受力均匀，使用期限长久；
[0032]同时等长连杆与从动件铰接，以从动件与四角凸轮配合运动，用以将滑动摩擦变为滚动摩擦，当位于上侧的等长连杆向下运动时，位于下侧的等长连杆则向上运动，两侧产生形状相同，相位相反的正弦波，可以减少中心轴的耗力，运转平稳；
[0033]另外，波动板在流道里以正弦的形式波动，由各波动板之间以铰链连接而成，流体流动比较顺畅，流过流道的能量损失少，不会产生漩涡；上下左右四个流道对称布置在外壳，一方面，避免了流量的间歇性，可以增大流量，使效率增加，同时流体流动也更加平稳，另一方面，对称设置的波动板单元平衡了中心轴力，增大了平衡性。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的利用波传动的流体栗或压气机结构示意图；
[0035]图2为本发明的流体栗或压气机的壳体单元结构示意图；
[0036]图3为本发明的波动板单元和中心凸轮单元的结构示意图；
[0037]图4为中心凸轮单元的结构示意图，&是侧视图，b是轴测图，c是主视图；
[0038]图5为四角凸轮机构的运动原理示意图。
【具体实施方式】
[0039]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的利用波传动的流体栗的结构和使用方法、工作原理作具体阐述。
[0040]实施例
[0041]图1为本实施例的利用波传动的流体栗或压气机结构示意图。
[0042]利用波传动的流体栗或压气机100包括壳体单元10、设置在壳体单元10内的四个波动板单元20、以及中心凸轮单元30。
[0043]图2为本实施例的流体栗或压气机的壳体单元结构示意图。
[0044]如图2所示，壳体单元10，包括呈长方体形的壳体11、四个承重支撑柱12构成的承重支撑件和设置于壳体11四个侧壁上的四个流道13。
[0045]壳体11，前端开有轴孔111，而四个侧壁上设置有多个连杆孔112。多个连杆孔112分别设置在四个侧壁上，为通孔，处于同一个壳体11的侧壁上的相邻两个连杆孔112之间的距离相等且呈直线排列。
[0046]四个承重支撑柱12固定连接在壳体11的一个侧壁的四角，用于支撑。
[0047]四个流道13，分别对应地固定在壳体11的四个侧壁外侧，流道13为两端开放式的筒状结构，用于供做功工质的流入和流出，流道13的横截面为矩形，沿着做功工质流动方向而逐渐变小，具有一定的斜度。四个流道13的结构相同。这里以一个为例详细说明具体结构。
[0048]流道13的两个相对的内壁作为流道工作面131a和131b，另两个相对的内壁作为流道滑动面132a和132b，同壳体11连接的流道工作面131a上设置有多个工作孔，工作孔与连杆孔112数目相同，且彼此相通，本实施例中工作孔上安装有密封件。
[0049]图3为本发明的波动板单元和中心凸轮单元的结构示意图。
[0050]四个波动板单元20，对应设置在四个流道内，他们彼此结构相同，这里以一个为例说明。[0051 ]波动板单元20包括多个波动板21以及对应活动连接的多个等长连杆22，本实施例中为7个波动板，对应的活动连接的等长连杆也为7个。
[0052]当栗送的是气体时，波动板21呈等腰梯形，其斜度和流道13的斜度相同，设置于流道13内部，波动板21的上下面作为波动板工作面21a和21b，左右面作为波动板滑动面21c和21d，波动板滑动面21c与流道滑动面132a和132b相互接触滑动。
[0053]当栗送的是液体时，波动板21呈等腰梯形就是矩形，其宽度和流道13的宽度相配。
[0054]每两个波动板21之间由铰链连接，可以上下沿着流道滑动面132a和132b滑动，即、作波动运动。
[0055]等长连杆22，一端活动连接在波动板工作面21a上，另一端穿过连杆孔112而进入壳体13内。
[0056]图4为中心凸轮单元的结构示意图，&是侧视图，b是轴测图，c是主视图。
[0057]如图3，4所示，中心凸轮单元30，设置在壳体13内，包括多个四角凸轮机构31和将多个四角凸轮机构连接在一起且两端伸出壳体13的中心轴32。
[0058]四角凸轮机构31具有形状呈四叶形的四角凸轮311和与四角凸轮配合的滚子从动件 312。
[0059]每个四角凸轮311具有四个彼此相同的正弦凸轮311a，正弦凸轮311a与滚子从动件312配合，用于随着正弦凸轮311a的往复旋转而使得相配合的滚子从动件312上下做正弦波动。
[0060]一个四角凸轮311与四个滚子从动件312配合，而这四个滚子从动件312的另一端与等长连杆22连接，由于将滚子从动件312的上下正弦波动传递给波动板21。
[0061 ]即本实施例中共有28个滚子从动件312，相邻两个四角凸轮311上的对应正弦凸轮311a间具有夹角，同时相邻两个四角凸轮311之间的间隔距离沿着气体流动方向而逐渐变小，该夹角作为错位角a，本实施例中7个四角凸轮311的总拐曲度为210度，则对应的错位角a 为 210/7 = 30 度。
[0062]图5为四角凸轮机构的运动原理示意图。
[0063]为了进一步地说明曲轴机构将波动运动转化为旋转运动的过程，下面以图5中的四角凸轮机构的运动过程为例来说明。
[0064]由于四个滚子从动件312上经由四个等长连杆22对应地连接了四个流道13内的波动板单元20中的一个波动板21，当与滚子从动件312配合的正弦凸轮311a被中心轴32带动做往复旋转运动时，正弦凸轮311a带动与其配合的滚子从动件312做上下的正弦波动，从而带动连接的波动板也做上下的正弦波动。
[0065]由于同一个波动板单元内的波动板彼此具有30°的相位差，使得整个波动板单元的各个波动板的正弦波动具有相位差，这样单个波动板单元和流道就可以实现对流体的栗送。
[0066]由于四个波动板单元的波动运动具有90°的相位差，这样四个波动单元彼此相互补充，避免了单个波动板单元某些时刻(即正弦波动的付半周期)不栗送而导致输出流量不稳定波动的弊端。
[0067]另外，发明还可以做成上下两个及多个流道，甚至做成一整圈环形布置在壳体外侧的多个流道，此时行波用柔性材料产生，凸轮与四根连杆固定在一起，连杆上端与柔性材料滚动连接，保证了每个截面的流量保持一致，流量更稳定，更均匀，流动损失更小。
[0068]实施例的作用和有益效果
[0069]本发明所提供的波传动的流体栗或压气机，具有壳体单元以及位于壳体单元内的四个波动板单元和与波动板单元连接的中心凸轮单元，其中:
[0070]由于采用凸轮机构与波动板单元连接来驱动波动板上下波动来栗送流体，中心轴连接多个四角凸轮机构，其形状为四叶式，随着位置不同，其相位不同，可以实现凸轮两侧运动相反，整体受力，受力均匀，使用期限长久；
[0071 ]同时等长连杆与从动件铰接，以从动件与四角凸轮配合运动，用以将滑动摩擦变为滚动摩擦，当位于上侧的等长连杆向下运动时，位于下侧的等长连杆则向上运动，两侧产生形状相同，相位相反的正弦波，可以减少中心轴的耗力，运转平稳；
[0072]另外，波动板在流道里以正弦的形式波动，由各波动板之间以铰链连接而成，流体流动比较顺畅，流过流道的能量损失少，不会产生漩涡；上下左右四个流道对称布置在外壳，一方面，避免了流量的间歇性，可以增大流量，使效率增加，同时流体流动也更加平稳，另一方面，对称设置的波动板单元平衡了中心轴力，增大了平衡性。
[0073]本实施例提供的波传动的流体栗或压气机，由于流道进口截面尺寸大于出口截面尺寸，可以实现对可压缩流体的压缩功能，作为压气机使用:当作为压气机运行时，中心转轴进行转动，带动长度相同的连杆上下运动，驱动面积逐渐变小的波动板波动，从而使上下、左右流道形成稳定的相位相反的正弦波，空气由进气口进入，沿着管道流动，随着空气逐渐被压缩，密度逐渐增大，最后低压气体就被压缩成了高压气体，由出气口排出。整个压气机的过程也就实现了。
[0074]本实施例提供的波传动的流体栗或压气机，由于与壳体连接的四个流道工作面上具有的工作孔数目都相同，这样设计可以保证四个波动板单元工作时动作协调，对称，运转起来也更加稳定。
[0075]本实施例提供的波传动的流体栗或压气机，四个波动单元各自的等长连杆的数目彼此相同，虽然当波动单元的等长连杆数目不一致时，中心轴可以正常带动波动板单元运转，但会导致各个四角凸轮的四个凸轮和从动件的受力不均衡，容易致使某个凸轮磨损更厉害，从而提前损坏。
[0076]本实施例提供的波传动的流体栗或压气机，曲轴上的曲拐数量与每组流道的等长连杆数量彼此相同，只有当曲拐数量与对应的等长连杆数量相同时，波动装置运转的才平稳，而且部件磨损也小。
[0077]本实施例提供的波传动的流体栗或压气机，由于流道横截面沿着做功工质流动方向而逐渐变小，这样适合可压缩流体(比如空气)的特性，效率也更高。
[0078]本实施例提供的波传动的流体栗或压气机，由于从动件为滚子从动件，以滚子从动件与四角凸轮配合运动，用以将滑动摩擦变为滚动摩擦，可以减少中心轴的摩擦阻力。
【主权项】
1.一种波传动的流体栗或压气机，用于连接原动机栗送气体或液体，其特征在于包括: 壳体单元，包括呈长方体形的壳体、承重支撑柱和平行设置于所述壳体四个侧壁上的四个流道， 所述壳体的四个侧壁上设置有多个连杆孔， 所述承重支撑柱用于支撑，设置在所述壳体外壁上， 所述流道为两端开放式的筒状结构，用于供所述气体或液体的流入和流出， 所述流道横截面为矩形，所述流道的两个相对的内壁作为流道工作面，另两个相对的内壁作为流道滑动面，一个与所述壳体的侧壁连接的所述流道工作面上设置有与多个所述连杆孔对应的工作孔； 四个波动板单元，用于对进入所述流道的所述气体或液体做功，分别设置在四个所述流道内，所述波动板单元包括多个波动板以及对应活动连接的多个等长连杆， 所述波动板设置于所述流道内部，每两个所述波动板之间由铰链连接而可以上下沿着所述流道滑动面滑动， 所述波动板的上下面作为波动板工作面，左右面作为波动板滑动面，所述波动板滑动面与所述流道滑动面相互接触滑动， 等长连杆，一端活动连接在所述波动板工作面上，另一端穿过所述连杆孔而进入所述壳体内； 中心凸轮单元，设置在所述壳体内，包括中心轴、多个四角凸轮机构， 所述四角凸轮机构具有形状呈四叶形的四角凸轮和与所述四角凸轮配合的从动件，所述从动件分别对应与所述等长连杆的另一端连接， 所述四角凸轮机构各自的所述四角凸轮形状相同，而彼此相错一定的错位角且相互间隔安装在所述中心轴上， 所述原动机和所述中心轴连接并带动所述中心轴和穿设在该中心轴上的多个所述四角凸轮旋转，所述四角凸轮和所述从动件将所述旋转运动转化为与所述从动件连接的所述等长连杆的上下运动，而所述等长连杆的上下运动带动所述波动板单元的波动运动而压缩栗送所述气体或液体。2.根据权利要求1所述的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，四个与所述壳体的侧壁连接的所述流道工作面上的所述工作孔数目彼此相同。3.根据权利要求1所述的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，四个所述波动单元各自的所述等长连杆的数目彼此相同。4.根据权利要求1的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，相邻两个所述四角凸轮之间的间隔距离沿着所述气体流动方向而逐渐变小。5.根据权利要求1所述的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，所述从动件为滚子从动件。6.根据权利要求1所述的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，当所述流道中流动的为液体时，处于同一个所述壳体的侧壁上的相邻两个所述连杆孔之间的距离相等。7.根据权利要求1所述的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，当所述流道中流动的为气体时，处于同一个所述壳体的侧壁上的相邻两个所述连杆孔之间的距离随着气体的流动方向而逐渐变小。8.根据权利要求1所述的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，当所述流道中流动的为气体时，所述流道的横截面沿着气体的流动方向逐渐变小。9.根据权利要求1所述的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，当所述流道中流动的为液体时，所述流道的横截面沿着液体的流动方向不变。10.根据权利要求1所述的波传动的流体栗或压气机，其特征在于: 其中，所述四角凸轮具有四个正弦凸轮，相邻两个所述正弦凸轮之间的夹角为90°。
【文档编号】F04D29/00GK106050675SQ201610374918
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】张继化, 李慧珍, 李佳琦, 柏嫣红, 黄典贵
【申请人】上海理工大学