一种球形滚珠压缩的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种球形滚珠压缩机，包括同心的球体和球壳，球体的外表面设有一条球体凸环和对称的与球体凸环呈90°夹角相交的两条球体弧槽，在相交处球体凸环开有两处凸环缺口；球壳的内表面设有以5～８５°夹角相交的一条球壳凹环和一条球壳环槽，形成两个球壳槽交汇处；球体凸环和球壳凹环相嵌，球体可沿相嵌的环道在球壳内回转。球体弧槽和球壳环槽之间有两个弧环槽交汇处，分别设有一个滚珠，随着球体的旋转，滚珠可在球壳环槽内做回转运动。在每个球壳槽交汇处的两侧，均分别开设有吸气口和排气口，排气口上设有排气阀。球体凸环周期性地分隔球壳环槽、在球壳环槽内形成压缩空间和吸气空间，实现气体的吸入、压缩的排气效果。
【专利说明】一种球形滚珠压缩机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种球形滚珠压缩机，具有回转式压缩机的工作特征，用于对各种气体进行压缩，提高气体压力。
【背景技术】
[0002]压缩机是一种用来压缩气体以提高气体压力或输送气体的机械，广泛应用于动力、制冷、冶金、石油化工等行业。按作用原理分类，压缩机主要可分为容积型和速度型。容积型压缩机分为往复式和回转式，速度型压缩机分为离心式和轴流式。往复式压缩机通过活塞在气缸内的往复运动，周期性地吸气、压缩和排气，完成气体的压缩过程。回转式压缩机是通过活塞的旋转动作使气体体积缩小以提高气体压力的，其工作效率通常高于往复式压缩机。回转式压缩机的种类很多，采用的具体压缩方法各不相同，各有自己的特点。
[0003]目前，回转式压缩机按结构特点可分为滚动转子式、滑片式、螺杆式、涡旋式等，各有其优缺点。滚动转子式压缩机一旦在其轴承、主轴、滚轮或是滑片处发生磨损，间隙增大，将会对其性能产生较明显的不良影响。滑片式压缩机由于滑片与转子及气缸间存在较大的机械摩擦损失，导致其效率相对较低，从而限制了它的使用范围。螺杆式压缩机不适合小的气体流量场合，气体周期性地高速通过吸、排气孔口以及通过缝隙的泄漏等因素会造成很大的噪声，因而需要采取消音减噪措施；另外，螺旋形转子的空间曲面的加工精度要求高，需用专用设备和刀具来加工；由于间隙密封和转子刚度等的限制，目前螺杆式压缩机还不能像往复式压缩机那样达到较高的终了压力。涡旋式制冷压缩机在较小的气体流量的工况下，效率相对比较低，制造成本比较高，需要高精度的加工设备及精确的调心装配技术。
[0004]综上所述，已有的回转式压缩机均存在各种缺陷或局限性。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种球形滚珠压缩机，目的是消除或减轻目前应用的回转式压缩机的缺陷或不足，结构简单、易损件少，且部件加工简单、无需精密的装配技术，同时压缩效率闻。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]一种球形滚珠压缩机，包括同心的球体和球壳，所述球体的外径略小于所述球壳的内径使所述球体可以在球壳内转动；所述球体的外表面设有一条凸起的球体凸环和两条内凹的球体弧槽，所述两条球体弧槽对称地设于所述球体的两端，分别与所述球体凸环呈90°夹角相交，在两个相交处所述球体凸环开有两处凸环缺口，所述球体弧槽的横截面为半圆形；所述球壳的内表面设有一条凹下的球壳凹环和一条凹下的球壳环槽，所述球壳环槽与所述球壳凹环以5?85°夹角相交，形成两个球壳环槽和球壳凹环之间相通的球壳槽交汇处，所述球壳凹环与所述球体凸环相嵌在一起，所述球壳环槽的横截面为与所述球体弧槽的横截面相同尺寸的半圆形；在所述球体上设有两根球体轴，所述球体轴与所述球体凸环垂直，球体绕所述球体轴旋转；在所述球壳上设有轴孔，所述轴孔的轴线与所述球壳凹环垂直，所述球体轴穿过所述轴孔与驱动机械连接；所述球体弧槽和球壳环槽之间有两个弧环槽交汇处，每个所述弧环槽交汇处均设有一个滚珠，所述滚珠的半径与所述球体弧槽的横截面半径一致；在每个所述球壳槽交汇处的两侧，均分别开设有吸气口和排气口，所述吸气口和排气口均与所述球壳环槽相通，所述排气口上设有排气阀。
[0008]本发明其压缩原理在于:随着球体在球壳内的转动，在球体弧槽和球壳环槽的约束下，滚珠在球体弧槽内作往复运动，在球壳环槽内作回转运动；大部分时间所述球壳槽交汇处被所述球体凸环占据，所述球壳环槽内在滚珠前进方向和球体凸环之间形成压缩空间(这时排气阀在弹簧力作用下关闭)，进行气体压缩；所述球壳环槽内在滚珠后方空间与所述吸气口连通，进行吸气过程；当滚珠移动到接近所述球壳槽交汇处时，被压缩的气体大于排气阀弹簧力顶开所述排气阀阀门，实现排气；排气后滚珠将进入球壳槽交汇处，这时所述球体凸环上的凸环缺口正好转入球壳槽交汇处，使得通道打开，滚珠通过。滚珠通过所述球壳槽交汇处后再次产生吸气、压缩、排气效果。球体旋转一周，两个滚珠各产生两次压缩、排气过程。
[0009]其中，所述球体凸环的横截面为矩形，所述球壳凹环的横截面为与所述球体凸环的横截面相同尺寸的矩形。
[0010]其中，所述球壳环槽与所述球壳凹环之间的夹角为5?85° ;所述球壳环槽与所述球壳凹环之间的夹角越大，所述球体弧槽的弧长越长。
[0011]优选地，所述球壳环槽与所述球壳凹环之间的夹角为45°。
[0012]优选地，所述凸环缺口的宽度略大于所述球体弧槽的直径，以便于球体弧槽中的滚珠通过。
[0013]进一步地，为装配方便，所述球壳为两个关于凹环中心对称的部件对接构成。
[0014]由于滚珠在球体弧槽内的往复运动可能会造成弧槽内气体的有害压缩或膨胀，进一步地，在所述球体弧槽的底部开有一条细槽，让滚珠两侧气体导通。
[0015]由于采用了上述技术方案，本发明的优点和积极效果:本发明所述的一种球形滚珠压缩机结构简单、部件加工简单、无吸气阀，易损件少、无需精密的装配技术、制作成本低、适用于各种气体压缩，压缩效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明一种球形滚珠压缩机的一个较优实施例的球体的正面视图。
[0017]图2是图1所示球体的侧面视图。
[0018]图3是图1所示球体的正面剖视图。
[0019]图4是本发明一种球形滚珠压缩机的一个较优实施例的球壳的正面剖视图。
[0020]图5是图4所示球壳的F-F位置侧面剖视图。
[0021]图6是本发明一种球形滚珠压缩机的一个较优实施例的正剖面视图；此图中，滚珠在球体弧槽的左止点位置，在球壳环槽的一端吸气口和另一端排气口的中间位置。
[0022]图7是图6所示球形滚珠压缩机的A-A位置的剖视图，该剖面沿着球壳环槽剖开，与图6所示的剖面相垂直；此图中，滚珠的位置与图6相同，滚珠移动前方压缩气体，后方吸气。
[0023]图8是球体从图6位置旋转一定角度后，沿着球体弧槽位置的剖视图。
[0024]图9是图8所示球形滚珠压缩机的B-B位置的剖视图，该剖面沿着球壳环槽剖开，与图8所示的剖面成一定角度；此图中，滚珠移动前方排气，后方吸气。
[0025]图10是球体从图6位置旋转90°后，沿着球体弧槽位置的剖视图；此图中，滚珠的位置处于球体弧槽中间位置，也即处于凸环缺口位置，同时滚珠也处于球壳的球壳槽交汇处。
[0026]图11是图10所示球形滚珠压缩机的C-C位置的剖视图，该剖面沿着球壳环槽剖开，与图10所示的剖面成45° ;此图中，滚珠的位置与图10相同，此时，既不排气、也不吸气。
[0027]图12是球体从图10位置继续旋转若干角度后，沿着球体弧槽位置的剖视图；此图中，滚珠的位置处于球体弧槽偏右一些的位置。
[0028]图13是图12所示球形滚珠压缩机的D-D位置的剖视图，该剖面沿着球壳环槽剖开，与图12所示的剖面成一定角度；此图中，滚珠移动前方压缩气体，后方吸气。
[0029]图14是球体从图10位置旋转90°后，也即是球体从图6位置旋转180°后，沿着球体弧槽位置的剖视图；此图中，滚珠在球体弧槽的右止点位置，在球壳环槽一端吸气口和另一端排气口的中间位置。由于两个滚珠及两处吸气口和排气口的对称性，此图的效果与图6等同。
[0030]图15是图14所示球形滚珠压缩机的E-E位置的剖视图，该剖面沿着球壳环槽剖开，与图14所示的剖面相垂直；此图中，滚珠的位置与图14相同，滚珠移动前方压缩气体，后方吸气。由于两个滚珠及两处吸气口和排气口的对称性，此图的效果与图7等同。
[0031]其中:1.球体轴，2.球体，3.球体凸环，4.球体弧槽,5.轴孔,6.球壳，7.球壳环槽，8.球壳凹环，9.滚珠，10.吸气口，11.排气阀，12.排气口，13.凸环缺口，14.球壳槽交汇处。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
[0033]一种球形滚珠压缩机，如图1?15所示，包括同心的球体2和球壳6，球体2的外径略小于球壳6的内径使球体2可以在球壳6内转动。
[0034]结合图1?3所示，球体2的外表面设有一条凸起的球体凸环3和两条内凹的球体弧槽4，两条球体弧槽4对称地设于球体2的两端，分别与球体凸环3呈90°夹角相交，在两个相交处球体凸环3开有两处凸环缺口 13。其中球体凸环3的横截面为矩形，球体弧槽4的横截面为半圆形。结合图4?5所示，球壳6的内表面设有一条凹下的球壳凹环8和一条凹下的球壳环槽7，球壳环槽7与球壳凹环8可以以5?85°夹角相交形成两个球壳环槽7和球壳凹环8之间相通的球壳槽交汇处14，其中该夹角优选是45°，本实施例中，采用45°夹角。在每个球壳槽交汇处14的两侧，均分别开设有吸气口 10和排气口 12，吸气口 10和排气口 12均与球壳环槽4相通，排气口 12上设有排气阀11。其中，球壳凹环8的横截面尺寸与球体凸环3的横截面尺寸相匹配，球壳凹环8与球体凸环3相嵌在一起，球体2可沿相嵌的环道在球壳6内回转。球壳环槽7的横截面为与球体弧槽4的横截面相同尺寸的半圆形。
[0035]在球体2上设有两根球体轴I,球体轴I与球体凸环3垂直，球体2绕球体轴I旋转，在球壳6上设有轴孔5，轴孔5的轴线与球壳凹环8垂直，球体轴I穿过轴孔5与驱动机械连接，带动球体2转动。
[0036]球体弧槽4和球壳环槽7之间有两个弧环槽交汇处，每个弧环槽交汇处均设有一个滚珠9，滚珠9的半径与球体弧槽4的横截面半径一致，这样滚珠9的一半在球体弧槽4内，另一半在球壳环槽7内。凸环缺口 13的宽度略大于滚珠9的直径，以便于球体弧槽4中的滚珠9从凸环缺口 13处通过。球壳槽交汇处14的大小可以让滚珠9通过，也可以让球体凸环3通过。
[0037]其中，为装配方便，球壳6可以为两个关于凹环中心对称的部件对接构成。
[0038]由于滚珠9在球体弧槽4内的往复运动可能会造成球体弧槽4内气体的有害压缩或膨胀，进一步地可以在球体弧槽4的底部开一条细槽(图中未示出)，让球体弧槽4内滚珠9两侧气体导通。
[0039]结合图6和7所示，滚珠9在球体弧槽4的左止点位置，球壳槽交汇处14被球体凸环3占据，排气阀11在弹簧力的作用下关闭；在球壳环槽7中，滚珠9在前进方向与球体凸环3之间形成了压缩空间，气体被压缩；同时，通过吸气孔，滚珠9后方空间吸气。
[0040]球体2从图6中位置继续旋转一定角度至图8中位置，此时滚珠9在球体弧槽4的位置接近凸环缺口 13 ;结合图9所示，滚珠9在球壳环槽7中的位置接近球壳槽交汇处14。球壳槽交汇处14被球体凸环3继续占据，排气阀11在压缩气体的压力下(大于弹簧力)打开，滚珠9移动前方排气,后方吸气。
[0041]球体2从图6中位置旋转90°后至图10中位置，此时滚珠9的位置处于球体弧槽4的中间位置，也即处于凸环缺口 13的位置；结合图11所示，凸环缺口 13到达球壳槽交汇处14，也就是球壳槽交汇处14不再被球体凸环3占据，通道处于开通状态，滚珠9也正好处于球壳6的球壳槽交汇处14，可以通过。此时压缩机排气结束，排气阀11关闭，压缩机既不压缩也不吸气。
[0042]球体2从图10中位置继续旋转若干角度后至图12中位置，此时滚珠9的位置处于球体弧槽4偏右一些的位置；结合图13所示，此时球壳槽交汇处14被球体凸环3重新占据，在球壳环槽7中，滚珠9靠近吸气口 10，滚珠9移动前方压缩气体，后方开始吸气。
[0043]球体2从图10中位置旋转90°后至图14中位置，此时滚珠9在球体弧槽4的右止点位置；结合图15所示，此时球壳槽交汇处14被球体凸环3继续占据，排气阀11在弹簧力的作用下关闭；在球壳环槽7中，滚珠9在前进方向与球体凸环3之间形成了压缩空间，气体被压缩；同时，通过吸气孔，滚珠9后方空间吸气。
[0044]如上所述，从图6?图15，展示了球体2在球壳6内旋转180°后，两个滚珠9分别实现一次压缩、吸气、排气过程。在这个过程中，滚珠9在球体弧槽4内从左止点到达右止点，同时在球壳环槽7内旋转180°。由于结构的对称性，球体2继续旋转180°后的结果与前述情形基本相同，只是滚珠9在球体弧槽4内从右止点回到左止点，同时在球壳环槽7内继续旋转180°回到图7所示原点。球体2在球壳6内旋转一周360°后，压缩机实现两次压缩、吸气、排气过程。
【权利要求】
1.一种球形滚珠压缩机，其特征在于:包括同心的球体和球壳，所述球体的外径略小于所述球壳的内径使所述球体可以在球壳内转动； 所述球体的外表面设有一条凸起的球体凸环和两条内凹的球体弧槽，所述两条球体弧槽对称地设于所述球体的两端，分别与所述球体凸环呈90°夹角相交，在两个相交处所述球体凸环开有两处凸环缺口，所述球体弧槽的横截面为半圆形； 所述球壳的内表面设有一条凹下的球壳凹环和一条凹下的球壳环槽，所述球壳环槽与所述球壳凹环以5?85°夹角相交，形成两个球壳环槽和球壳凹环之间相通的球壳槽交汇处，所述球壳凹环与所述球体凸环相嵌在一起，所述球壳环槽的横截面为与所述球体弧槽的横截面相同尺寸的半圆形； 在所述球体上设有两根球体轴，所述球体轴与所述球体凸环垂直，球体绕所述球体轴旋转，在所述球壳上设有轴孔，所述轴孔的轴线与所述球壳凹环垂直，所述球体轴穿过所述轴孔与驱动机械连接； 所述球体弧槽和球壳环槽之间有两个弧环槽交汇处，每个所述弧环槽交汇处均设有一个滚珠，所述滚珠的半径与所述球体弧槽的横截面半径一致； 在每个所述球壳槽交汇处的两侧，均分别开设有吸气口和排气口，所述吸气口和排气口均与所述球壳环槽相通，所述排气口上设有排气阀。
2.如权利要求1所述的球形滚珠压缩机，其特征在于:所述球体凸环的横截面为矩形，所述球壳凹环的横截面为与所述球体凸环的横截面相同尺寸的矩形。
3.如权利要求1所述的球形滚珠压缩机，其特征在于:所述球壳环槽与所述球壳凹环之间的夹角可以在5?85°范围，优选夹角是45°。
4.如权利要求1所述的球形滚珠压缩机，其特征在于:所述球壳环槽与所述球壳凹环之间的夹角越大，所述球体弧槽的弧长越长。
5.如权利要求1所述的球形滚珠压缩机，其特征在于:所述凸环缺口的宽度略大于所述球体弧槽的半圆形横截面的直径。
6.如权利要求1所述的球形滚珠压缩机，其特征在于:所述球壳为两个关于凹环中心对称的部件对接构成。
7.如权利要求1所述的球形滚珠压缩机，其特征在于:所述球体弧槽的底部开有一条细槽。
【文档编号】F04C18/04GK104265630SQ201410489893
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】欧阳新萍 申请人:上海理工大学