专利名称：球式转子泵、机的制作方法
技术领域：
本发明是一种具有空间交叉十字槽的四工作腔球式转子泵、机，涉及旋转活塞机领域。
旋转活塞机，俗称转子机，为以活塞在工作中既绕传动轴转动，又绕传动轴作往复运动的一类机种。它比往复式活塞机整体结构简单，可省去往复活塞机所必须的整套进排气阀，曲柄、连杆及其相关机构，因而具有很大的潜在利益，并长时期为人们所重视，但因其本身的结构或其较为复杂，或其密封问题解决不理想，因而至今还未取得很大发展。例如已有的三角转子活塞转子机，它虽结构紧凑，也不需整套进、排气阀及曲柄连杆，制造成本较低，且曾被大量运用于轿车中，但由于该活塞机本身的三角转子与壳体为偏心转动的三点接触，在高速运行后产生振纹、密封差、磨损大，因此难于和普通往复式活塞机抗衡，而使其发展受到影响。又例如美国专利US3708252“转子机构”，US4631011“用作泵压缩机或转子发动机的流体作用装置”也对转子机作了创造性设计，但因其形状和实际构造复杂或因其在经济加工条件下达不到防止泄漏的要求，如要极大地提高制造的准确度和精度，往往使成本增加过高，因而也不能推广使用。
本发明的目的在于设计一种结构简单、便于加工、密封性能好、价格低、运行稳定、使用寿命长的旋转活塞机。
本发明的工作原理是由两个叉轴、一个球转子和外壳组成的球式转子机，其球转子上设有两条在空间互相垂直、在空间相交而又各不相通的沟槽，叉轴的一端为叉头活塞部分，叉头活塞的断面形状与沟槽断面相同。组装时使两叉轴轴线处在同一空间平面内，其轴间的夹角为δ，δ应不大于45°以使转子便于转动，两轴交点和球转子的球心相重合。将两个叉轴的叉头活塞部分分别装入球转子的两条互相垂直的沟槽内，球转子沟槽的长度又大于叉头活塞的长度，这样叉头活塞的两端与沟槽端面间，在受到具有内球面的外壳的包容下就形成了活塞泵、机的四个工作腔。此时，该球式泵、机就可视作一种经过变形的带壳体的万向联轴器。当以任一轴为主动轴并旋转一周时，四个工作腔的每一个工作腔将以其当时所处的状态为起点，产生一次工作容积从大到小(或从小到大)再从小到大(或从大到小)的变化，也就是说，主轴旋转一周，整个泵机有四次工作腔的容积变化，亦即有四个工作容积的工作流体输出(或输入)。此时叉轴(包括叉头活塞部分)的运动无论何为主动，均为围绕自身轴线作旋转运动。球转子为既转动又往复摆动的一种复合运动－－进动。叉头活塞相对于转子为单纯的往复运动，相对于壳体为旋转运动，因此本发明为典型的旋转活塞机。
此种新型的转子泵、机，由于主要零件仅由壳体、转子、叉轴三部分零件所组成，因而从结构上来说最为简单，且各相对运动的零件间的接触均为面接触，因而具有最理想的密封条件。本转子泵、机又为单机多工作腔，而各腔在运动圆周上的相位可依次等距排列，因而又具有脉动小、工作平稳的良好工作条件，上述这些条件就可使本球式转子泵、机为一种结构简单、具有良好工作性能的泵、机。此外，为了节省成本、提高产量、保证质量，本发明的泵、机的主要零件可采用专用机床来加工。本发明功能广泛，可用于气，液泵和马达等机械传动领域。
图1为本发明球式转子泵、机结构原理图图2为
图1的A－A剖面图图3为工作腔A为0°位时四个工作腔位置图图4为工作腔A为90°位时四个工作腔位置图图5为工作腔A为180°位时四个工作腔位置图图6为工作腔A为270°位时四个工作腔位置图实施例
图1为本发明球式转子泵、机的原理结构图，它由五个基本零件所组成(即不包括活塞密封、轴密封及标准件等)，
图1中(1)为左叉轴，(2)为右叉轴，(3)为球转子，(4)为左外壳，(5)为右外壳。球转子(3)上设有两条空间互相垂直、在空间相交而又各不相通的沟槽，槽内装配有起活塞及传动作用的活塞部分，它系由左、右叉轴(1)、(2)的叉头部分所构成。令叉头活塞的弧长均小于球转子上沟槽的弧长，叉头活塞的断面形状与由转子沟槽轮廓曲线和外壳的内球曲面所包容断面形状完全一致。由于叉头的两端与球转子的垂直沟槽端面间形成一定的空间，在受到具有内球面外壳的包容后，就形成该旋转活塞机的四个工作腔。叉头活塞部分与球转子沟槽之间的接触为曲面接触，叉头活塞部分与外壳内球面之间为球面接触。叉轴(1)、(2)的轴线设在同一空间平面内，其轴间交角δ为30°～42°，叉头活塞两端面的夹角为θ，工作腔的行程角为γ，γ＝2δ，球转子上沟槽端面间总夹角为β，β≥θ＋γ。两轴交点和球转子的球心0重合，左外壳(4)、右外壳(5)均为一个有一定厚度的半球壳体，壳体的内表面的球形应与叉头活塞上的对应表面及球转子的球面均相配合，叉头活塞与球转子沟槽间的接触面亦相配合，壳体内表面上设有可通过流体的导槽d、c和进、出流体的通道a和b，导槽d和c分别与通道a、b相连通。
如前所述，按照万向联轴器的工作原理当以任一轴为主动并旋转一周时，四个工作腔中的每个工作腔将以其当时所处的状态为起点产生一次工作容积从大到小(或从小到大)再从小到大(或从大到小)的容积变化。如图3～6所示，四个工作腔分别为A、B、C、D。图3中A腔为0°位，容积代表符号V，此时VA＝Vmin，VB＝VD，VC＝Vmax；图4为A腔为90°位，此时VA＝VC，VB＝Vmin，VD＝Vmax；图5为A腔由0°位旋转180°后，此时VA＝Vmax，VB＝VD，VC＝Vmin；图6为A腔由0°位旋转270°后，此时VA＝VC，VB＝Vmax，VD＝Vmin。当A腔旋转到360°，A腔重新回到原位，再现图3所示的情景。由此可见，主轴旋转一周，整个泵机有四次工作腔的容积变化，亦即有四个工作容积的工作流体输出(或输入)。流体的进出通过壳体导槽c、d和通道a、b来进行。由图2所示的A－A剖面图可见，a为流体排出通道，b为流体进入通道，如在壳体上对应于工作腔容积由最小到最大的一段(设转子逆时针旋转)，使导槽c与进入通道b相连通。而在壳体上对应于工作腔容积由最大到最小的一段，使导槽d与排出通道a相连通，且在工作腔容积分别达到最大及最小时所对应壳体上部位，再使壳体上导槽间的相隔间距H不小于球转子上沟槽宽长，这就从结构上保证流体进入的阻力小、高低压部分切换准确和流体排出彻底，从而使本发明具有良好的使用性能。
上述实施例所述的球式转子泵、机，可以是一个输入和输出对称性的机构，因而如用于泵类机械，当需改变主轴的旋转方向，则可用对调流体进入和排出的进出口关系实现；反之如用于作为马达类机械，则一旦对调流体的进出口关系则就可改变主轴的旋转方向，使机械的旋转方向具有可逆转的性质。由此可见本发明有较多的功能并使其具有适用范围广的优点。
权利要求1.由一个球形转子、外壳、二个转动轴、工作腔组成的球式转泵、机，其特征在于所述的球形转子，其上设有两条空间互相垂直、在空间相交而又各不相通的沟槽。沟槽内配有起活塞及传动作用的活塞部分，它由转动轴左、右叉轴的叉头部分所构成，叉头活塞的弧长小于球转子上沟槽的弧长，叉头活塞的断面形状与由球转子沟槽轮廓曲线和外壳的内球面所包容的断面形状完全一致。叉头活塞与球转子沟槽间的接触面为配合表面。两转动叉轴的轴线设在同一空间平面内，其轴间夹角为δ，δ不大于45°，叉头活塞两端面的夹角为θ，球转子上沟槽端面间的总夹角为β，两轴的交点和球转子的球心O相重合。所述的工作腔是由叉头的两端与球转子的两互相垂直沟槽的端面间形成一定的空间，在受到具有内球面的外壳包容后形成的有四个腔的工作腔。工作腔的行程角为γ，γ=2δ，β≥θ+γ。所述的外壳为一内表面为球形且具有一定厚度的壳体，此内表面的球形与叉头活塞部分上的对应表面及球转子的球面相吻合，且均为曲面接触的配合表面。外壳内表面上设有可通过流体的导槽(d)、(c)和进、出流体的通道(a)和(b)，导槽(d)和(c)分别与通道(a)和(b)相连通。
2.根据权利要求1所述的球式转子泵、机，其特征在于所述的二叉轴轴间夹角δ为30°～42°。
3.根据权利要求1所述的球式转子泵、机，其特征在于在工作腔分别达到最大、最小容积其对应外壳上的部位，使壳体上导槽间的相隔间距H不小于球转子上的沟槽宽度。
专利摘要本实用新型的球式转子泵、机，属于旋转活塞机领域。它由一个球形转子、壳体、二个转动轴及工作腔所组成，其特征在于球转子上设有二条在空间互相垂直、在空间相交而又各不相通的沟槽，二个转动轴的端部的叉头活塞部分分别装于球转子沟槽内，叉头活塞的两端与沟槽端面间及外壳的内球面形成四个工作腔，当主轴旋转一周，即有四个工作腔容积变化。本装置可用于泵、马达等多种领域，它结构简单、密封性好，工作平稳，价格便宜。
文档编号F01C3/00GK2059456SQ8920385
公开日1990年7月18日 申请日期1989年4月5日 优先权日1989年4月5日
发明者莫兆麒 申请人:莫兆麒