专利名称：一种旋转式流体泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流体变容式机械，特别是涉及一种旋转活塞或摆动活塞的变容式泵。
流体泵分为往复式、离心式和轴流式三类，往复式适用于高压力差和较小流量；离心式因受离心力的限制，适用于中等压力差和中等流量；轴流式适用于较小压力差和特大流量。离心式和轴流式用于液体时，转速受气蚀限制不能太高，并且要达到较高压力必须采用多级，结构更加复杂，制造成本大增。往复式的活塞-曲轴结构不能动力平衡，噪音特大，与同流量的离心式和轴流式流体泵比较，体积庞大，十分笨重。
本发明的目的是为了克服上述往复式泵的缺点，减小活塞的加速度和活塞-曲轴结构的动力不平衡，设计出一种旋转式流体泵，其运动机构所受的静力、动力及流体作用到机件上的压力均能随时完全平衡，噪音较小，体积也较小，振动甚微而效率高。
本实用新型的目的按下述技术方案实现的，旋转式流体泵包括一个固定的壳体(1)固定在壳体上的环状缸(3)和一根可旋转的支承在壳体上且与环状缸同轴心的主轴(8)，还包括三圆环(6)、(7)，数组隔板(4)、(5)，装在主轴上带动三圆环旋转和相对摆动的传动装置，环状缸上的适当位置处开有流体的进口(10)和出口(11)。
所说的环状缸具有冂形的横断面，中环(6)和两侧环(7)封闭其冂形的横断面的敞开的内圆口，三圆环(6)、(7)的外圆周上均匀装有数组扇面形隔板(4)、(5)，每组中的前隔板(4)固定在两侧环(7)上，它们结成一体同步绕轴心转动，每组中的后隔板(5)固装在中环(6)上，也结成一体同步绕轴心转动，故此环状缸(3)、三圆环(6)、(7)和隔板限定了容积可变的可用空间，当前后隔板之间的距离改变时，配合流体进、排开口，可完成流体进、排过程。
所说的传动装置是由行星齿轮组和四联对称四连杆组构成。四连杆组包括与主轴用花键固连的长臂，在主轴上可旋转的摆杆，各摆杆的外端分别与中环(6)和二侧环(7)相连，长臂的外端用轴承支承弓形曲轴(20)，曲轴的外端都固装行星齿轮(18)，行星齿轮(18)与固定在壳体上的太阳齿轮(19)相啮合，各连杆分别连接曲轴(20)和各摆杆。行星齿轮组中的太阳齿轮(19)与行星齿轮(18)的齿轮比必须为大于1的整数比，本实施方案中的太阳齿轮(19)与行星齿轮(18)的齿轮比优选为4∶1。
所说的三圆环(6)、(7)上装有与行星齿轮组齿轮比相等的组数的扇形隔板，每组中的前隔板(4)须能遮蔽流体进入口(10)，每组中的后隔板须能遮蔽流体排出口(11)，各排出口外装有单向阀。
当主轴被带动等速旋转，行星齿轮带动曲轴公转和自转，并由四连杆机构带动中环和侧环旋转，且使中环和侧环产生相对摆动，因此使隔板在环状缸内旋转的同时也作相对摆动，而改变前后隔板之间的容积，这样起到吸入与排出的作用。
以下结合附图和实施例，对本实用新型的旋转式流体泵作详细的描述齿数轮4∶1，八个可用空间A、A′、B、B′、C、C′、D、D′。
图1和图2本实用新型旋转式流体泵结构的正视与剖视示意图，可用空间A、B、C、D处于最小容积，A′、B′、C′、D′处于最大容积，其中号码和标记与对应件名称如下(1)固定的壳体，(2)圆环形端盖，(3)整体环状缸，(4)前隔板，(5)后隔板，(6)中间圆环，(7)两侧圆环，(8)动力输入轴即主轴。(9)固定在壳体上的轴承，(10)流体进口，(11)流体出口，(17)辅助支承，(18)行星齿轮，(19)固定的太阳齿轮；长臂A1OA2、A1′OA2′、二曲轴B1A1B2B2′A1′B2′和B3A2B4′B3′A2′B4′，摆杆C1OC3、C2OC4，整体连杆B1C1、B1′C1′、B2C2、B2′C2′、B3C3、B3′C3′、B4C4、B4′C4′。
图3本实用新型旋转式流体泵的运动机构作机械动力解析，必须用向主轴OO垂面上的投影图，其中号码和标记与对应机件名称如下(6)中间圆环，(7)两侧圆环，(8)动力输入轴即主轴，(9)固定在壳体上的轴承，(18)行星齿轮，(19)太阳齿轮；长臂A1OA2，装组曲轴B1A1B2和B3A2B4、摆杆C1OC3和C2OC4，整体连杆B1C1、B2C2，B3C3、B4C4。
图4和图5本实用新型旋转式流体泵所用装组曲轴的示意图，其中号码与对应机件名称如下(12)曲轴的主轴，(13)中间曲柄枢轴、(14)两侧曲柄枢轴，(15)两侧曲柄均重圆盘，(16)中间曲柄均重圆盘。
图6本实用新型旋转式流体泵的行星齿轮(18)滚进180°，长臂A1OA2转进45°，与
图1对比，摆杆C1OC3和C2OC4，连杆B1C1、B2C2、B3C3、B4C4以及可用空间A、A′、B、B′、C、C′、D、D′的相对位置和容积变化的示意图。其中号杩和对应件名称与
图1的完全相同。
本实用新型的旋转式流体泵的工作原理如下1、运动机构图3中，A1和A2、B1和B3、B2和B4、C1和C3、C2和C4都是关于轴线O的对称点，按对称定义知A1OA2、B1OB3、B2OB4，C1OC3、C2OC4都是直线，并且OA1＝OA2、OB1＝OB3、OB2＝OB4、OC1＝OC3、OC2＝OC4；应用全等三角形定理，并设A1B1＝A1B2、B1C1＝B2C2、OC1＝OC2，甚易证明A1B1＝A1B2＝A2B3＝A2B4、B1C1＝B2C2＝B3C3＝B4C4、OC1＝OC2＝OC3＝OC4，与A2B3平行于A1B1且超前180°。直线A1OA2为一整体件称为长臂，其中间孔内有花键装在主轴(8)上，其轴线为OO，直线C1OC3和C2OC4各为一整体件，其中间孔都用轴承装在主轴上，均称为摆杆；A1B1、A1B2、A2B3、A2B4为曲柄构成形状相同的B1A1B2和B3A2B4二弓形曲轴，如图2、4所示，其主轴(12)分别用轴承装在长臂的两端A1和A2、能完全平衡地旋转。B1C1、B2C2、B3C3、B4C4为四只连杆，分别用轴承装在二曲轴B1A1B2、B3A2B4和二摆杆C1OC3、C2OC4的枢轴上，则形成四个四连杆组(包括臂、曲柄、连杆和摆杆四构件)，四连杆组OA1B1C1与OA1B2C2共用长臂的OA1段臂，并与四连杆组OA2B3C3共用长臂A1OA2和摆杆C1OC3。而相互对称于轴线O；四连杆组OA2B4C4与四连杆组OA2B3C3共用长臂的OA2段，并与四连杆组OA1B2C2共用长臂A1OA2和摆杆C2OC4，而相对称于轴线O，如此双双对称于轴线O且互相关联的四组连杆组，可称为四联杆对称四连杆组。当然，此四连杆对称四连杆组的诸机件并未在同一平面内，图3所示是在主轴轴线O的任一垂面上的投影，实际上长臂A1OA2占一平面；曲柄A1B1、A2B3、连杆B1C1、B2C3和摆杆C1OC3占一平面；曲柄A1B2、A2B4、连杆B2C2、B4C4和摆杆C2OC4占另一平面。二曲轴不能仅支承一端运转，必须在主轴左端装置另一四联对称四连杆组，左右二组须对称于动力输入轴的中垂面YY，如图2所示。二曲轴左端的主轴由左端长襞A1′OA2′支承；二曲轴的中间曲柄枢轴(13)长为两侧曲柄枢轴(14)长的二倍；中间曲柄枢轴的中垂面(AA)在动力输入轴轴线OO的中垂面YY内，故左右两端的四联对称四连杆组关于中垂面YY相对称。各曲轴是两个主轴(12)、两个侧枢轴(14)、一个中间枢轴(13)和两个侧曲柄均重圆盘(15)及两个中间枢轴均重圆盘(16)均用花键紧密装配而成，可称为装组曲轴，如图4所示。两个与长臂相似的辅助支承(17)也用花键装在动力输入轴上，并用轴承支承二中间曲柄均重圆盘(16)，以防曲轴受力弯曲。为了对称于中垂面YY，形状都相同的摆杆C1OC3和C1′OC3′须对着曲轴的中间曲柄枢轴，并用轴承装在主轴的中部；摆杆C2OC4和C2′OC4′分别对着曲轴的两个侧曲柄枢轴，也都用轴承装在主轴上。左右共有八只连杆，都是形状相同的整体件。中垂面YY右侧的连杆B1C1和B3C3分别用轴承装在二曲轴的中间曲柄枢轴(13)上和摆杆C1OC3的C1和C3二枢轴上；连杆B2C2和B4C4分别用轴承装在曲轴的外侧曲柄枢轴(14)上和摆杆C2OC4的C2和C4二枢轴上；中垂面YY左侧的机构也有同样的装置。如此已将左右四联对称四连杆组结合成一体，对称于主轴的轴线OO和中垂面YY。如固定长臂，先仅看四连杆组OA1B1C1已知有一个自由度，结合四连杆组OA1B2C2不影响自由度数，再增加对称于主轴轴线OO的另两个四连杆组，仍是仅有一个自由度；左右两个四联对称四连杆组因是对称结合成一体，故仅有一个自由度；解除固定长臂的约束，增加行星齿轮组(包括臂、行星齿轮、太阳齿轮或环形齿轮三构件)的约束，自由度数不变，即二曲轴的四个外端各用花键加装形状相同的二行星齿轮(18)和形状相同的飞轮(图中未绘)，中垂面YY右侧的二行星齿轮都与固定在机架上的太阳齿轮(19)(或环形齿轮)啮合，即二行星齿轮共用太阳齿轮(或环形齿轮)，并且二行星齿轮组因与四联对称四连杆组共用长臂A1OA2已结合成一体；中垂面左侧的机构也有同样的装置。全部运动机构虽增加四个行星齿轮组，仍然对称于主轴的轴线OO和中垂面YY，且仅有一个自由度，能传递力和力矩。驱动主轴转动，左右二长臂一同转动，使四个行星齿轮在左右两个固定的太阳齿轮(或环形齿轮)上一同滚转，二曲轴也与行星齿轮一同转动，经连杆带动摆杆C1OC3和C1′OC3′(二者同步)、C2OC4和C2′2OC4′(二者同步)都旋转且有相对摆动，即行星齿轮组使全部传动机构旋转；四连杆组使摆杆C1OC3和C2OC4相对摆动，此摆动与曲柄活塞的往复运动一样，可以制成流体泵。行星齿轮组的齿数比必须为整数，今为使流体作用到各部件的压力也对称于轴线OO和中垂面YY，选用齿数比为4∶1。隔板组数必须等于齿轮比数，如
图1所示。全部运动机构似甚复杂。如与十六缸活塞式流体泵相比，实已简化许多，并且运动机构聚集在一起，所占空间较小即体积较小；以任何角速度和角加速度旋转时，运动机构的任一机件上的任一质点都有其对称的质点，二质点的离心力和惯性力随时都大小相等方向相反，经机件传递终相抵消，而无垂直轴线OO的力作用到动力输入轴上，故静力和动力均能随时完全平衡，致使振动极其轻微。
2、流体泵的运作前已说明环状缸由装着数组扇面形隔板的三圆环封闭其内径开口，三圆环内连接四联对称四连杆组的摆杆，实际制造时是将摆杆C1OC3和C1′OC3-1，作为轮辐与中环模铸成一体；摆杆C2OC4与侧环模铸成一体，二侧环形状相同，制作二件即可。行星齿轮组的齿数比已选定为4∶1，隔板须有四组，每组有前后二扇面形隔板，四个后隔板每隔90°用燕尾榫装在中环上结成一体同步运动；四个前隔板也每隔90°用燕尾榫装在二侧环上结成一体同步运动。各扇面形隔板都制成中空，以减小其质量和转动惯量。所需相对摆角(即最大∠C1OC4与最小∠C1OC4之差)选定后，即可用解析法求得四连杆组的杆长比，也可证明曲柄A1B1垂直于长臂A1OA2，并且枢轴B1和C1在长臂同侧时，∠C1OC4为极小，∠C1OC2为极大；在两侧时，∠C1OC4为极大，∠C1OC2为极小，且与杆长比无关。今为便于说明，特将长臂A1OA2画在Y轴上，曲柄A1B1垂直于长臂，枢轴B1和C1在长臂同侧，四组隔板的容积A、B、C、D为极小，画在XY轴上；A组扇面形后隔板的后面与B组扇面形前隔板的前面为一极大可用空间A′，其中分面平分第I象限，即与x轴成45°角；依序类推，极大可用空间B′、C′、D′的中分面均平分所占象限，如附
图1所示。图示是用为液体的情况，即液体泵，各组扇面形前隔板正遮蔽着环状缸圆筒上的液体进口(10)；各组扇面形后隔板正遮蔽着液体出口(11)，进口和出口是分开的。扇面形隔板间的最小容积A、B、C、D应尽量减小，最大容积A′、B′、C′、D′应尽量增大，但不可使进出口太小，以免严重影响液体的流进流出。行星齿轮(18)在太阳齿轮(19)上稍有反时针滚转，各组的前隔板的后边缘就开放液体进口(10)，后隔板的后边缘开放液体出口(11)，容积A、B、C、D均渐增大，液体经进口流入；容积A′、B′、C′、D′均渐减小，其中液体受压力经出口和单流阀流至预定高度。行星齿轮在太阳齿轮上滚转180°，长臂、三圆环和各组隔板均转进45°(＝180°/4)，曲柄A1B1垂直于长臂，枢轴B1和C在长臂的两侧，容积A、B、C、D均增至极大，并转进45°至容积D′、A′、B′、C′原占位置，其中充满低压液体；容积A′、B′、C′、D′均减至极小，也转进45°至容积A、B、C、D原占位置，其中液体受电动机驱动运动机构传至扇面形隔板产生的压力，都经流出口和单流阀升至预定高度流出如图5所示。因液体不能膨胀，并且液体出口外有单流阀不需顾虑液体倒流。
如流体泵用为气体压缩机，容积A′、B′、C′、D′内的气体需要压缩至大于预定的压缩比，须将各气体出口向反时针方向缩短；气体进入时，残留在容积A、B、C、D内的高压气体须膨胀至低于进气压力，故须将各气体进口向反时针方向缩短，与液体泵仅此差别，其他部分结构均相同，用于抽气机也如此。
权利要求1.本发明是一种旋转式流体泵，它包括一个固定在壳体上的整体环状缸、装有数组隔板的三圆环、一根用轴承支承在壳体上且与环状缸和三圆环同轴线的动力输入轴即主轴、主轴上装有带动三圆环旋转和相对摆动的传动装置、环状缸上的适当位置开有流体的进口和出口；其特征在于还具有(1)整体环状缸是由固定在壳体上的圆筒内表面和固装在圆筒两端的二端盖构成，其横断面为形；与环状缸同轴线的三圆环封闭环状缸的内圆口，三圆环的外圆周上均匀装有数组扇面形隔板，每组的各前隔板固装在二侧环上结成一体同步运动，各后隔板固装在中环上结成一体同步运动；整体环状缸、三圆环和各组隔板限定可用空间A、B、C、D和A′、B′、C′、D′等，其容积有极大极小变化，能吸进和排出流体；(2)传动装置是由行星齿轮组和四联对称四连杆组构成，装在主轴上，将驱动扭力传递至三圆环的扇面形隔板组；四组相同的四连杆组共用一个长臂和两根用轴承装在主轴上的摆杆，将各连杆组组成对称于主轴轴线的四联对称四连杆组，共两组，分别固装在主轴左右两端而结成一体，且对称于主轴的中垂面；二长臂外端各用轴承支承一弓形曲轴，每个曲轴上装有四只相同的连杆，二曲轴的四个外端都用花键各装一只飞轮和一只行星齿轮，分在中垂面左右，各侧二行星齿轮分别与固定在机架壳体上的左右太阳齿轮啮合。二共用长臂将行星齿轮组与四联对称四连杆组接合在一起；(3)三圆环上装有与行星齿轮组齿数比相等组数的隔板，每组的各前隔板须能遮蔽流体的进口，各后隔板须能遮蔽流体的出口，各流出口外装有单向阀。
2.如权利要求1所说的旋转式流体泵，其特征在于所说的太阳齿轮与行星齿轮的齿轮比必须为大于1的整数倍，所说的隔板组数与之相同。
专利摘要本发明是一种旋转式流体泵，它包括一个具有圆筒形内表面的固定壳体(1)与固装在两端的环形端盖(2)构成的整体环状缸(3)；一根支承在壳体上的动力输入轴(8)；轴上装有由行星齿轮组和四联对称四连杆组构成的能静力和动力完全平衡的传动机构，连接着装有数组扇面形隔板(4、5)的三圆环(6，7)封闭环状缸的内圆口，且能旋转和相对摆动地吸进与排出流体；壳体圆筒上的适宜位置开有流体进口和出口。流体泵用于压缩气体时为压缩机，用于抽真空时为抽气机，用于液体时为液泵，其特点是体积小、重量轻、效率高、振动甚微。
文档编号F04C2/00GK2229554SQ95224029
公开日1996年6月19日 申请日期1995年10月19日 优先权日1995年10月19日
发明者张善仿, 查睿梵 申请人:查睿梵, 张善仿