CN100408810C - 旋转活塞装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转活塞装置，尤其是压缩机、泵或马达，其包括一旋转活塞，该活塞限定了具有可变容积的工作腔室并位于一个缸体(1)内，该缸体带有两个侧壁和一个曲线的壳体。所述活塞可以绕着两个相互平行的旋转轴(7、8)旋转，该两旋转轴垂直于缸体的侧壁，所述活塞可以在两个方向上移动，该两个方向相互垂直，并垂直于两相互平行的旋转轴。为此，活塞(2)带有两个传动轴(71、81)，该两传动轴的旋转轴线相互平行，所述传动轴(71、81)在垂直于旋转轴(7、8)的方向上带有传动结构(5、6)，优选为滑块或沟槽，借助于优选为沟槽或套筒的滑动件(3、4)，活塞(2)可移动地定位在旋转轴上。

Description

旋转活塞装置

本发明涉及一种旋转活塞装置(例如压缩机、泵或马达)，其具有一旋转活塞，借助于该活塞限定了具有可变容积的工作腔，这种装置的活塞设置在由两个侧壁和弯曲壳体形成的缸体内，该壳体的曲线限定了活塞旋转运动中顶端的位置，活塞设置在支撑轴上，或者可垂直于其轴线移动，或者可借助于一个与支撑轴连接的凸轮旋转，该活塞与至少一个支撑在侧壁上，或者在侧壁中可旋转，同时也可相对于支撑轴在垂直于其轴线的方向上移动地支撑的传动环连接，该传动环可在垂直于旋转轴的方向上移动。

许多其活塞能够进行简单的旋转运动的结构已经是公知的了。活塞通过延伸出的密封件偏心地设置在一个环形壳体内，该密封件填充活塞与环形空间之间的变化的距离，同时限定了活塞与缸体壳体之间的变化的工作腔。这样的结构不能承受高压和高温。因此，这样的装置只能用作风机。另一种公知的结构为其活塞进行一种复合旋转运动，即，一种滚动运动。在此，首先借助于齿轮通过内部齿轮连接，一个大的圆(例如一个内齿轮的中心圆)在一个不运动的小圆(例如一个外齿轮的中心圆)上滚动。两圆直径之比决定了活塞顶端的数量，该活塞的运动形成一协调的曲线，所谓摆线。两圆直径之比还决定了由活塞限定的工作腔的数量。当这一比例为2∶1时，活塞具有两个顶端，并形成两个工作腔，当此比为3∶2时，活塞有三个顶端，并形成三个工作腔。这种结构的缺点是，如果活塞顶端多于两个，则壳体曲线的形状对于燃烧室是十分不利的，而且从原理上讲，最大与最小工作腔容积之间的比受到很大限制。然而，具有两个顶端的装置可以提供一个有利的燃烧室和一个较好的最大最小工作腔比，但是，同样从原理上讲，活塞面积的比却是不利的，使得活塞所在的轴上的最大可能的临界直径上承受负荷。这样的装置不适合于马达，仅适合于工作压力较小的风机或泵和压缩机。

还有另一种公知的两个顶端的活塞的运动方式，其中两个顶端沿一条曲线，所谓摆线运动。活塞同时绕两个旋转轴旋转，并在垂直于两旋转轴的方向上移动。在这种结构中，活塞支撑在两个平行轴上，可垂直于其旋转轴移动。活塞移动的方向相对于各轴在相反的方向上垂直。一个轴用作支撑轴，而另一个轴作为传动轴，每个轴只能支撑在一个侧壁中。为了使两个轴可以支撑在两个侧壁上，在一个实施例中，两轴中的一个是空的，为一个套筒，第二个轴穿过该轴。按照另一种公知的结构，传动轴由一个或多个从侧壁延伸出的销替代，活塞在销上滑动或旋转。在其它结构中，活塞可移动地安装在其上的支撑轴也可以由一个带有曲柄销的轴代替，活塞可旋转地安装在该曲柄销上，而传导轴如上所述由销替代。所有这些螺旋线式结构的实施例中也都有共同的缺点，首先，支撑轴的支撑力不够，而且好的传导既不精准又对磨损敏感，因此，尽管这些结构即使20多年来早已公知，但并没有广泛应用，只保留在一种理念状态。

迄今的现有技术的缺点通过一种具有一个支撑在缸体内的旋转活塞的装置得到克服。这种装置的特征在于，活塞设置在支撑轴上，或者可垂直于其轴线移动，或者可借助于一个与支撑轴连接的凸轮旋转，该活塞与至少一个支撑在侧壁上，或者在侧壁中可旋转，同时也可相对于支撑轴在垂直于其轴线的方向上移动地支撑的传动环连接，该传动环可在垂直于旋转轴的方向上移动。本发明的另一个特征是，传动环背离活塞的前侧设有一辅滑块，该辅滑块的移动方向垂直于传动环与活塞可移动连接的方向，该滑块可旋转地装在一个传动凸轮上，该传动凸轮装在一个支撑轴上，平行于支撑凸轮，并可旋转180度。按照最后一个特征，本发明的特征在于，滑动件或辅滑块与传动结构之间的空间被封闭，留有润滑剂入口和出口，上述滑动件优选为销或凸块，上述传动结构优选为套筒或沟槽。

图1和2示意性地示出了螺旋线式结构；

图3示出了按照本发明的实施例，其中活塞穿过传动环，支撑在与支撑轴连接着的凸轮上；

图4和5中示意性地示出本发明的其它实施例；以及

图6中以截面示出。

下面结合附图详细地描述本发明，如图1所示，活塞2设置在缸体的弯曲的壳体1内，活塞2上带有相互垂直的沟槽3、4，二者构成了活塞2上的滑动结构。通过沟槽3和4，活塞2设置在两个传动件5和6上，该两传动件各与一个轴71和81固定连接，该两轴与轴线7和8平行。从图2可以看出，缸体的壳体1在两侧由侧壁11封闭，轴71和81分别可在该两侧壁内旋转。从图4和5中可以看出，滑动结构3、4和传动件5、6设置在活塞的相对的两侧并在轴71、81上。随着轴71和81中的一个的旋转，与其固定的传动件5、6也旋转(图4和图5)，于是，借助于配合的滑动结构3、4(例如沟槽)，带动活塞旋转。而且，借助于传动件6、5中的另一个的滑动结构4、3中的另一个和轴81、71中的另一个绕轴线8、7中的另一个旋转。当顶端离活塞的中心点的距离都相同时，两顶端都沿壳体1中相同的壳体曲线前进。于是，该曲线与两顶端的接合点一同构成两个相互分离的腔室。活塞2绕两个平行的轴7和8的同时旋转运动导致在其沿着壳体1运动时活塞2与壳体1的一个接合点远离壳体1，而另一个接合点接近壳体1。当轴旋转时，活塞2的顶端与壳体1之间的接合点与壳体1之间的腔室从最小达到最大，而另一个接合点与壳体之间的腔室从最大缩小到最小。如果缸体的壳体1和/或侧壁11在一侧配有一液体或气体介质的入口，而在另一侧配有一液体或气体介质出口，则只要两轴中的一个旋转，这些介质就开始在一侧抽吸到壳体1与活塞2之间的腔室中，而在另一侧从该腔室中排出。在这种情况下，所述装置以泵或压缩机的方式工作。如果在缸体的一侧向壳体1与活塞2之间的腔室内送入一种压力介质，则该压力使得顶端的接合点与活塞1的宽度所限定的平面上出现一个力，该力的作用线位于旋转轴71之外，因此产生一个力矩。该力矩使轴71旋转，并从而使活塞2和轴81旋转。

在一种按照本发明的装置中，轴71、81中只有一个用作支撑件，并嵌在两侧壁11内，另一个由一个传动环72、82替代，该传动环也是可旋转地嵌在侧壁11内，并且也通过与活塞2中的滑动件31、41相连接的传动件51、61安装。在本发明的另一个实施形式中，活塞自身可旋转地(例如借助于一个轴承)嵌在支撑凸轮10上(图3)，该支撑凸轮设置在支撑轴91上，该支撑轴优选可旋转地嵌在两侧壁11中。支撑轴91穿过传动环72、82，其旋转轴位于传动环72、82的轴线7、8所在的平面内，并位于二者的中间位置。支撑凸轮10的偏心度等于轴线7、8之间距离的一半。当穿过传动环72、82的活塞2旋转时，支撑凸轮10的中点沿着与活塞2的中点一致的路径移动。于是，活塞2的负荷完全通过支撑凸轮10和支撑轴91传递，传动环72、82没有受到活塞压力的负荷。在按照图3的实施例中，可以在活塞上施加很大的压力。

按照本发明，在前面已经描述过的作为支撑轴的传动轴71的实施例中，传动环72、82可旋转地嵌入在侧壁11中或侧壁11内，并且同时相对于作为支撑轴的传动轴71可滑动。刚刚提到的滑动设计可以或者发生在侧壁11内，或者在该侧壁上，或者与该侧壁共同。在这种情况下，既不用支撑轴91，又不用凸轮10，活塞的负荷通过尺寸足够并且两侧嵌入的轴71传递。通过改变传动环72、82的旋转轴与作为支撑轴的传动轴71之间的距离，在机器运行时不仅可以连续地改变顶端的接合点与弧形的壳体之间的腔室的最大值与最小值之间的比，而且可以因此连续地改变吸入该腔室或膨胀并从该腔室中挤出的介质的量，而且还可以无级地改变旋转轴71的转矩的大小。如果将至少两台按照本发明的(例如一台为泵，另一台为气体或液体介质的马达)装置一个接一个地设置，则当传动环72、82与轴71相当运动时，无级地改变的不仅是转数，而且是两个连接着的机器的转矩比。

在具有支撑凸轮10和支撑轴91的实施例中，本发明的另一个特征在于，两个传动环的连接功能为，传动环72、82只装在活塞2的一侧，并按照图6这样来改进，除了设置在活塞一侧的传动结构51、61以外，在背向活塞一侧也有一个辅传动件52、62，在辅凸轮15内有一个以滑动方式嵌入的滑块14。该辅凸轮15的偏心度与支撑凸轮10的相同，并且固定在支撑轴91上，相对于支撑凸轮10转过180°。这样，在其嵌入位置两传动环几乎可以合并为一个。显而易见，对于制造来说有利的是，将合并传动环装在传动环82的位置，使得其传动件61以滑动方式嵌在活塞2的滑动件41中，并垂直于活塞2的两个顶端之间的连线。

所有带有运动部件的装置都有很多需要润滑和冷却的位置。然而，按照本发明的装置无须使用单独的泵装置，因为按照本发明的一个特征，通过封闭下述可变空间以使其带有所引入的介质的入口和出口，特定的相对运动的部件之间(例如位于滑动件3、4、31、41和传动件5、6、51、61、52、62之间或优选地滑块14和传动件5、6、51、61、52、62之间)的可变空间被用作润滑剂和/或冷却剂的泵装置。这样，不仅不需要昂贵而又笨重的泵装置，而且可以在将介质泵入装置时以负压将润滑剂和/或冷却剂引入到润滑和/或冷却位置，因此，介质的需要量非常小。

与迄今公知的活塞装置相比，本发明的旋转活塞装置具有的优点是，它比移动活塞式的机器小、重量轻、完美，比齿轮装置负荷大，噪音小，与活塞在齿轮上滚动的机器相比，力的传递好，需要的润滑剂少，与其它的螺旋线式装置相比，力传递好，并且具有活塞传动，与所提到的所有装置相比，可以无级地改变最大工作腔室的容积。而且轴径与负荷活塞面积之间没有关系，这样就可以用于高压，例如内燃机，或非常高压，例如液压泵的情况，不仅实施例是这样，权利要求书中的其他实施方式也是如此。

Claims (3)

1. 旋转活塞装置，其具有一旋转活塞，借助于该旋转活塞限定了具有可变容积的工作腔室，该活塞设置在一由两个侧壁和一个弯曲的壳体构成的缸体内，一方面可绕两个彼此平行并垂直于缸体侧壁的旋转轴旋转，另一方面可在两个方向上移动，该两方向不仅相互垂直，而且垂直于两平行的旋转轴，其特征在于：至少一个传动环(72、82)以旋转方式和/或以在垂直于支撑轴(91)的旋转轴的方向上相对于支撑轴(91)滑动的方式嵌在侧壁(11)上或侧壁(11)内，该传动环以滑动方式连接活塞(2)，该活塞(2)以垂直于支撑轴(91)滑动的方式嵌在支撑轴(91)，或者通过一个与支撑轴(91)连接的凸轮(10)旋转。

2. 根据权利要求1的旋转活塞装置，其特征在于：传动环(72、82)在其背离活塞(2)的前侧与一辅滑块(14)以垂直于传动环与活塞(2)滑动连接的方向滑动的方式连接，滑块(14)可旋转地嵌在传动凸轮(15)上，该传动凸轮嵌在支撑轴(91)上，相对于支撑凸轮(10)平行并转过180度。

3. 根据权利要求1和2的旋转活塞装置，其特征在于：滑动件(3、4、31、41、)及辅滑块(14)与传动件(5、6、51、61、52、62)之间的腔室是封闭的，只留有润滑剂入口和出口。

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