专利名称：气动马达的制作方法
技术领域：
本发明总的说是关于气动马达，更具体地说，是一种改进型的气动马达，它包含一个在活塞室中运动的活塞和至少两个三通阀，每个阀装在一个阀室中且有一个阀芯在阀室中运动，以将加压流体交替地送入和排出活塞气缸的两头。
气动马达用来驱动活塞在气缸中作往复运动，以将滑脂或油之类的流体从储存槽或鼓中抽到轿车或载重卡车一类装置中去。
为了实现活塞的往复运动，要将一种加压流体(例如空气)交替地送入活塞气缸室的两头。当加压流体进入气缸室的一头时，另一头的流体则从气缸室中排出。例如，向活塞室的一头送入空气将把活塞推向另一头，而将空气送入另一头并将气缸室这一头的空气排出，则活塞被推向气缸室的这一头。只要向马达提供加压流体，这种送入一排出过程就交替地重复着。
这种交替的送入一排出过程一般是通过改变一个四通阀构件的方向来实现的。改变四通阀的方向，气缸两头就交替地与加压端式排出端连接。四通阀的运动方向可以通过一个机构的气动或机械方式或二者相结合的方式来改变。
但是，现有的这类换向机构都相当复杂，而且可能要用诸如操纵杆或销或提升阀和弹簧构件来使四通阀换向。即使气动致动换向机构，换向机构亦需要信号来使阀复位。上面描述了这种装置和方法中存在的缺陷。因此，需要有一种能克服上述一种或几种缺陷的新方法，下面就要详细介绍这种方法及其特点。
本发明的气动马达包括一个具有分成两边的活塞室的马达本体，至少两个阀室，一个加压流体流入活塞室和每个阀室的进气口，几个加压流体从活塞室和每个阀室排出的出气口(位于壳体内)。该马达还包括一个三通阀构件(位于至少两个阀室的每一个中)，它至少有一个开放端和一个沿阀室体开出的孔口。在上述一个阀室中装有一个阀芯构件，其一端做成适于装入阀体构件的开放端。阀芯构件做得适于相对阀体构件在一个方向运动以将加压流体送入活塞室，同时也适于相对于阀体构件在另一个方向运动以将加压流体从活塞室中排出。活塞根据阀芯相对于三通阀的运动情况在主室中作往复运动。
下面借助附图对本发明所作的详细说明，上述以及其它方面更加清楚。
图1是沿本发明马达的纵向轴线的剖面图，表示三通阀在第一工位；图2是沿本发明马达的纵向轴线的剖面图，表示马达活塞在第一工位；图3是图1所示的一个三通阀的放大剖面图；图4是沿图2中4-4线的马达本体的横剖面图；图5是沿图1中5-5线的马达本体的横剖面图；图6是沿图1中6-6线的马达本体的横剖面图；图7是装在每个阀的一端的阀套侧视图；图8a和8b是如图1和图2的剖面图，表示活塞和三通阀在第二工位；图9a和9b是如图1和图2的剖面图，表示活塞和三通阀在第三工位。
现在参照所附各图，图中相同的数字表示同一零件。图1和图2是本发明的气动马达，一般以数字10标明。此马达包括一个主体12，通常是(但不限于)通过挤压，机加工可铸造等任意一种现有的工艺来制造的。马达主体包括一个活塞孔14，其圆柱形壁构成活塞室16，一直贯通整个主体12。
同活塞主体做成一体的四个肋18，20，22和24在纵向沿着主体12的方向延伸。如图4所示，各肋沿活塞孔等距分布，因此每个肋与相邻的肋相隔约90°。另外，沿着每个肋有一个通道25贯通整个肋，一根细长的普通连接杆26从中通过。
马达主体12包括一个阀体28，它在肋22和24之间与主体做成一体(参见图1和图4)。象肋18，20，22和24一样，阀体在肋间也是纵向延伸的，且含有第一和第二圆柱孔30和32，其圆柱形壁分别构成第一和第二阀室34和36。两个阀室沿阀体28的方向延伸且彼此靠在一起。也可以是一个阀室位于肋22和24之间，另一个阀室位于肋18和20之间。
主进气口38开在阀体28中且横向通过阀室34和36的壁。如图2所示，进气口大约位于阀体纵向长度的中间。加压流体(例如压缩空气)从压缩机通过进气口流入阀室。主进气口的壁上有一部分设有螺纹，以使供气软管或其它普通的供气接头能与进气口可拆连接。活塞室供气口40把主进气口和活塞室16连通。如图1所示，活塞室供气口40不比进气口38宽。
图4中用虚线标明的第一和第二通道42和44开在活塞室16的壁上，它将室16和34连通。第一通道42开在靠近顶盖58进气口38上方的室壁上部，而第二通道44开在靠近底盖60进气口38下方的室壁底部。在图1中用虚线标出了通道44，通道42则是图8b中标出。第三通道46通过肋22将室34和主体12的外部相连。第三通道46是将加压流体从室16中排出的排气通道。通道42和44用作将加压流体送到阀室的活塞室的两个供气道，也用作排气道。
第四、第五、第六通道48，50和52也和42，44，46三个通道一样开在主体12中。第四通道48和通道42一样，也开在靠近底盖60完壁16的底部，而第五通道50的通道44一样，也开在靠近顶盖58室壁的上部。通道50在图1中以虚线标明。第六通道52和第三通道46一样，也通过肋24。因此，通道48和50将活塞室16和阀室36连通，第六通道52则将阀室36与主体12的外部连通。如通道42，44和46相似，通道48和50用作进气道和排气道，而通道52主要只用作排气道。图1中标明了通道52。
主体12的上端由顶盖58封闭，而下端主要由底盖60封闭。顶盖80底盖上都开有四个孔，用来接纳当连接杆26插入肋通道25时的一端。将普通螺母拧紧在连接杆的自由端以使顶盖和底盖固定不动。顶盖58和底盖60都带凸台62，它位于盖的中心之外某个要求的位置。当顶盖处在马达的上端时，其上的凸台处在阀室34的上部，而当底盖60处在马达下端时，其上的凸台处在阀室36的下部(参见图1)。凸台能防止马达工作时阀室34和36中的阀芯被阻塞。为使马达两端密封，在每个端盖和主体12之间夹有普通的密封垫(图中未示)。
底盖60还带有一个整体毂68，当底盖处在主体12的下端时，毂68处在活塞室16的下部。有一台阶形的开口70从毂68伸出，其上放置的普通“O”形密封圈72被夹在衬套74和毂之间。
活塞76在活塞室16中沿轴线77所限定的途径运动，它把整个室16分隔为上室17和下室19。活塞为圆柱形，在其两端附近在活塞的外缘开有环形槽78。每个槽中放上“O”形密封圈80和81，与活塞室16的壁密封接触。如图2所示，在活塞体外缘两个槽78之间开有一个环形活塞槽82。活塞槽大体为U形并与活塞壁16的壁形成一个环形室84，它在马达工作期间在活塞运动通过室时不断从进气口40接收流体。活塞上开有一中心孔86，用以安装阶梯形活塞杆88的一端。活塞杆的小端通过孔86并被一个普通卡环90固定，其凸肩则紧靠在活塞的端面上。如图2所示，活塞杆的大端通过盖60的孔70并由密封圈72密封。将择与一个泵或其它装置(图中未示)连起来，则马达10的往复运动就可以用来将流体抽到需要的地方。
沿活塞杆88的小端开有两个槽，每个槽内放上一个密封圈92，与孔壁86密封接触，因而将上活塞室17和下活塞室19密封隔开。
两根细长的圆柱形第一和第二阀芯96和98装在阀室34和36中，各沿轴线97和99在阀室中运动。阀芯至少需要两根，虽然可以采用任意适当的数目。如图1所示，阀芯的结构是相同的，但相互转过180°使其相应的端部与两个相对的端盖接近。由于阀芯相同，以下将只对一个阀芯作说明。但当涉及到马达10的运行时，将会对两个阀芯的相对运动进行讨论。
阀芯98有一个封闭端91和一个基本上封闭端93。第一流体通道100位于第二端93附近沿阀芯直径的方位，并穿过阀芯本体。第二流体通道102沿着纵轴99的方位，并基本上与第一流体通道100相垂直。这个内部通道使得排气区的空气保持一定温度以减少马达工作过程中冰块的形成。流体通道102在第二端部93处形成一个开口，将第一通道100与阀芯的外表相连。
第一个阀芯密封圈104位于沿阀芯的端部91附近，它与阀室36的壁密封并处在沿阀芯的某个位置上，因此工作时它总是位于开口40和第四开口48之间。密封圈104，底盖60和阀室36构成第一阀芯室105。与阀芯96相关的室是由密封圈104，顶盖58和阀室34构成的。工作时阀芯室中的加压流体象一个弹簧支撑着相应的阀芯。马达工作时阀芯室105的体积是变化的。
现在来看阀芯一端的详细结构(图3)，阀芯98在靠近第一流体通道100处还有一个整体环形凸肩106和一个环形槽，后者装有第二密封图108与阀室壁形成密封。在凸肩106和第一阀芯密封圈104之间的阀芯外缘开有一个环形阀芯槽109。由第一阀芯密封圈104，阀室壁和凸肩106及阀芯槽109构成的环形室110与进气口38相通。这样，加压流体就可从环形室110进入阀室。
在阀芯的第二端93处有第二个环形凸肩112和一个槽，槽中装有第三个阀芯密封件114。两个凸肩和位于凸肩之间的那部分阀芯形成一个环形阀芯排气腔116，它通过通道46和52与大气相通。
一个两端开口的空心柱形套筒120(见图1和图7)装在阀室34的端部，阀芯98的第二端93装在空心套筒内。密封圈114在马达工作时与套筒相接触。套筒两端的圆柱面上开有环形槽122和124(见图7)，槽122和124中装有第一和第二密封圈126和128与阀室壁形成密封。
套筒的两个槽122和124之间开有第三个环形槽129，槽中沿套筒开有多个环形通气口130。在优选实施例中，开有12个通气口。当然，也可以开其他任意适当数目的通气口。当把套筒装在各自的阀室中时，这些通气口就与第二和第二通道44和50对准，见图3中用虚线圈出的通道50。第三和第六通道46和52位于远离端盖的套筒开口端附近。在马达10工作的过程中，第三密封圈114重复地经过通气口130。当密封圈114处在通气口远离端盖58的一边时，通气口与阀芯室105相通；而当密封圈处在通气口靠近端盖58的一边时，通气口130则与阀芯腔116相通。因而套筒起到一个三通阀的作用。
现在来说明马达的工作过程。参见图1和图2，被压缩的流体(如空气)通过主进气口38进入与阀芯96和98相连的环形室110，并通过通道40进入活塞环形室84中。室110中的空气流入第一流体通道100，第二流体通道102并接近每个阀芯的第二端93。空气流入阀芯第二端93下方的室内后经通气口130，第二和第五通道44和50进入活塞室16。结果，阀芯96就向上运动，使其端部91紧贴在顶盖58的凸台62上；同时阀芯98则向下运动，使其第一端部91紧贴在底盖60的凸台62上。活塞体76在室16中的位置更接近于底盖60而远离顶盖58。
空气经第二通道44进入活塞室19，又经第五通道50进入活塞上方的室。当下室充满空气时，空气就从第四通道48流出并进入阀芯98第一端91下方的室105中，使得阀芯98向上朝端盖58运动。阀芯98的第二端93则紧贴在端盖58上，同时活塞上方室内的空气经第五通道50，套筒通气口130，腔116，并经第六通道52排出活塞体12，最后排出马达。空气排出后，活塞就被活塞室19内的压缩空气推着向上朝顶盖58运动。
当活塞向上运动时，活塞密封圈80经过第一通道42，于是环形活塞室84中的空气就进入室105中，使阀芯向下朝底盖60运动。在下活塞室内的空气经过第二通道44排出活塞室，经套筒通气口130和套筒120，腔116，并经第三通道46排出主体12。此时阀芯和活塞的位置如图8a和8b所示。如上所述，空气经第三通道46排出第四通道48，且当空气向外排出时，阀芯98则向下移动直至其端部紧贴在底盖60的凸台上。于是空气就按上面所述的方式通过通道100和102流入活塞上方的活塞室16中。
当空气流入活塞的上部并从下活塞室排出时，活塞就向下朝着端盖60运动；当活塞密封圈81经过第四通道48时，空气流过第四通道48并使阀芯98向上朝着端盖58运动，使活塞上方的空气按前述方式从第五通道50和第六通道52排出。空气还经过第一通道42排出，这时环形室110内的空气使阀芯96向上朝着凸台62运动。
进气口来的空气是经通道100和102进入活塞下方的室。整个过程就这样重复着。活塞的快速往复运动一直持续到供气停止为止。
虽然上面我们举例说明了本发明的一种优选实施方案，但可以对它进行改动。因此，我们希望不要仅仅局限于以上提到的各种细节，而可以在下面提出的权利要求书的范围内作种种修改。
权利要求
1.一种气动马达，包括a)一个马达本体，包含分相对两边的活塞室，至少两个阀室，使加压流体流入活塞室和每个阀室的进气口，装在壳体中用来从活塞室和每个阀室排出加压流体的出气口；b)装在每个阀室中的三通阀体，它至少有一端是开放的，且沿阀体至少有一个开口；c)装在上述阀室中的至少一个阀芯，每个阀芯有第一端装在阀体的开放端，阀芯相对阀体朝一个方向运动时使加压流体进入活塞室，而朝另一个方向运动时则使活塞室内的加压流体从室内排出；d)一个活塞，它根据阀芯相对于三通阀体的运动情况在主室中作往复运动。
2.按照权利要求1所述的气动马达，其特征在于，马达本体有第一和第二两端，马达中有两个阀室和两个阀芯体，每个阀芯体有一第二阀芯端，一个阀芯体的第一端位于靠近本体第一端处，其第二端位于靠近本体第二端处；另一个阀芯体的第一端位于靠近本体第二端处，其第二端位于靠近本体第一端处。
3.按照权利要求2所述的气动马达，其特征在于，每个阀芯在靠近第一阀芯端处有一个第一阀芯密封圈，在靠近第二阀芯端处有一个第二阀芯密封圈，在这两个密封圈之间沿阀芯体外缘开有一个环形阀芯槽，该槽与活塞室一起构成阀芯室。
4.按照权利要求3所述的气动马达，其特征在于，每个阀芯体上有一条流体通道，从阀芯室通到阀芯体的第二端。
5.按照权利要求4所述的气动马达，其特征在于，流体通道由一个基本上是横向伸展的部分和一个基本上是纵向伸展的部分组成。
6.按照权利要求2所述的气动马达，其特征在于，马达主体外缘有几个肋，两个阀室各位于两个肋之间。
7.按照权利要求2所述的气动马达，其特征在于，每个阀室有一个套筒，装在靠近第二阀芯端的阀室中，该套筒上有一个第一套筒密封圈和一个第二套筒密封圈，在二者之间为流体通路。
8.按照权利要求7所述的气动马达，其特征在于，还包含一个位于第二阀芯端处的第三阀芯密封圈，该圈用于与套筒体的密封接触。
9.按照权利要求5所述的气动马达，其特征在于，每个阀芯上有一第一凸肩和一第二凸肩，它们与阀芯一起构成一个阀芯腔。
10.按照权利要求1所述的气动马达，其特征在于，活塞体上有第一和第二两个密封圈，用作活塞和室壁之间的密封；在两个密封圈之间的活塞体外缘开有一环形槽，它与室壁一起构成可动的活塞室。
11.按照权利要求1所述的气动马达，其特征在于，马达本体有一第一端和一第二端，前者由第一端盖封闭，后者由第二端盖封闭。
12.按照权利要求10所述的气动马达，其特征在于，有两个阀室，每个端盖上有一凸台；当端盖装到本体两端时，凸台正好位于一个阀室中。
全文摘要
本发明的气动马达(10)包括一个马达本体(12),它包含分上下两边的活塞室(16),至少两个阀室(34,36),一个使加压流体流入活塞室(16)和每个阀室(34,36)的进气口(38),几个装在壳体中用来从活塞室(16)和每个阀室排出加压流体的出气口。马达还包括一个三通阀(120),装在至少两个阀室(34,36)的每一个中。阀体至少有一个开放端且在阀体上至少有一个开口。阀室中装有阀芯,其一端位于阀体的开放端。阀芯相对于阀体向一个方向运动时使加压流体进入活塞室,向另一方向运动时则将活塞室中的加压流体排出室外。活塞(76)根据阀芯(96,98)相对于三通阀体(120)的运动情况在主室(16)中作往复运动。
文档编号F01B11/00GK1209185SQ96180054
公开日1999年2月24日 申请日期1996年12月23日 优先权日1996年2月20日
发明者R·K·加德纳 申请人:英格索尔-兰德公司