CN101530980B - 气动涡轮式高速手持磨机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动涡轮式高速手持磨机，包括小旋转导流轮(1)、大旋转导流轮(2)、反冲涡轮(3)、转轴(4)、喷气嘴(5)。本发明采用二级旋转导流轮、反冲涡轮，利用气流喷射的反作用力作功，将压缩空气的压力势能转换为旋转动能的技术方案，克服了现有技术的叶轮式手持磨机存在的能量转换效率低、机体大而重、转速难以提高的问题与不足，所提供的一种气动涡轮式高速手持磨机，提高了气动手持磨机的转速、能量转换效率，达到了高速、高效、轻便小巧的目的。

Description

气动涡轮式高速手持磨机

技术领域

本发明涉及一种手持式气动工具，具体是指利用压缩空气驱动涡轮高速旋转，带动磨头用于打磨抛光器物的一种气动涡轮式高速手持磨机。

背景技术

现有技术的气动手持磨机，是利用压缩空气高速射流冲击轴流叶轮的方式，将气流的部分动能转为叶轮轴的旋转动能，气流的流速和方向发生了改变，叶轮轴因此获得了旋转动能带动磨头工作，这个过程为动能的交换过程。现有技术的叶轮式气动手持磨机在动能交换过程中，由于叶轮圆周旋转的线速度要低于气流的尾速，为了提高叶轮轴的转速，冲击叶轮的气流流速就要足够大，而冲击流速越大，尾气的剩余流速动能损失就越多，使得动能交换效率较低。另外，为了交换到足够的能量，叶轮和气道的直径就要足够大，气道足够长，致使机体比较大而笨重。因此，现有技术存在能量转换效率低、机体大而重、转速难以提高的问题与不足。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明采用二级旋转导流轮、反冲涡轮，利用气流喷射的反作用力作功，将压缩空气的压力势能转换为旋转动能的技术方案，提供一种气动涡轮式高速手持磨机，旨在提高气动手持磨机的转速、能量转换效率，使之达到高速、高效、轻便小巧的目的。

本发明的目的是这样实现的：气动涡轮式高速手持磨机，包括小旋转导流轮、大旋转导流轮、反冲涡轮、转轴、喷气嘴，其中：所述的小旋转导流轮为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽凸面方向与反冲涡轮相同，与大旋转导流轮相反，轮缘外径与反冲涡轮相同，中心轴孔与转轴滑动旋转配合；所述的大旋转导流轮为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽的数目、宽度和根径与小旋转导流轮相同，叶槽凸面方向与小旋转导流轮和反冲涡轮相反，轮缘外径大于小旋转导流轮和反冲涡轮，中心轴孔与转轴滑动旋转配合；所述的反冲涡轮为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽的数目、宽度和根径与小旋转导流轮相同，轮缘外径与小旋转导流轮相同，中心轴孔与转轴固定配合；所述的转轴为台阶圆柱形的不锈钢轴件，前端中心设有锥口盲孔，前部台阶柱面设有夹持缺口；所述的喷气嘴为铝合金制圆柱中空台阶套形构件，其外大台阶柱面设有沿径向对称的，与轴线夹有斜角的二个斜槽，斜槽的根径与小旋转导流轮相同，斜角方向与小旋转导流轮的流线型叶槽的切线方向相同。

组装(各部件相互位置及配合关系)

机芯总成的各部件的相互位置关系，由转轴的前部台阶端面至后端分别为，前轴承、尾流锥、反冲涡轮、大旋转导流轮、小旋转导流轮外套衬环、喷气嘴内装后轴承串套在转轴上；机芯总成的转轴前端朝前，整体插入气道壳，转轴前部台阶穿出气道壳的前端孔，铜网垫垫在气道壳的前端，前壳后端的内螺纹旋紧在气道壳前端的外螺纹上，铜网垫夹在二者之间，分流套抵在后轴承的后端面，后壳套上阀芯总成旋紧在气道壳后端的内螺纹上，后壳的后端装上旋阀壳。

相互配合关系分别为，前轴承、尾流锥、反冲涡轮与转轴静配合，尾流锥的小头朝前；大旋转导流轮、小旋转导流轮与转轴滑动转动配合；大旋转导流轮、反冲涡轮的外缘与气道壳内壁滑动配合；衬环的内壁与小旋转导流轮的外缘滑动配合，外壁与气道壳内壁静配合；喷气嘴的大台阶端朝前，后端中空内台阶壁套在后轴承的外缘上，后轴承中心孔与转轴静配合；喷气嘴、小旋转导流轮、大旋转导流轮、反冲涡轮的相邻端面相互滑动配合。

工作原理

工作时，压缩空气沿阀芯总成进入磨机内，经分流套、喷气嘴的斜槽、小旋转导流轮的叶槽、大旋转导流轮的叶槽、反冲涡轮的叶槽、尾流锥室的气道壳前端的排气孔、铜网垫向前冲出磨机外，压缩空气气流在到达位于磨机前部的尾流锥室之前处于高压状态，在射出反冲涡轮的叶槽口时压力迅速释放，反冲涡轮的叶槽在高速气流反作用力的作用下，沿着气流射出相反的方向旋转，即，在反冲涡轮叶槽喷射口处，气体的压力势能直接转换为反冲涡轮的旋转动能，从而带动转轴高速旋转，若忽略排气孔、铜网垫产生的一点压力阻尼，几乎所有气体压力势能都可转换为射流动能，牛顿力学定律可知，作用力与反作用力的大小相等方向相反，空载时，若忽略反冲涡轮及转轴的摩擦阻尼，理论上反冲涡轮圆周旋转的线速度可等于喷射口的射流速度，这就是反冲涡轮式的能量转换优于冲击叶轮式的能量转换的原理。

工作中，高速旋转反冲涡轮会对其进气端一侧向前运动的压力气体产生强烈的涡流，即在进气端一侧构成一道旋涡壁垒，涡流消耗气体的部分能量阻滞反冲涡轮的高速旋转，且反冲涡轮的转速越快则阻滞越强，涡损呈指数增大，直至反冲涡轮进出气二端压差与转速达到平衡，转速再也法提高；因此，设置喷气嘴与二级旋转导流轮来消除涡流的产生，工作中，小旋转导流轮的旋向与大旋转导流轮相反，而与反冲涡轮相同；静态时，由小旋转导流轮、大旋转导流轮、反冲涡轮构成的气流通道是弯曲的，动态时，叶槽因相互反向旋转而切变合成的气流质点动态通道却是一条直线，所以，反冲涡轮在高速旋转运动时，流线型的叶槽设计和从动的，旋向相反的旋转导流轮，将高压流动气体以接近层流和直流的方式均分到反冲涡轮的各个叶槽，经槽口喷射作功，从而最大限度地消除了涡流的形成；大旋转导流轮的另一种作用，是向高速旋转运动的反冲涡轮的叶槽外缘均衡气体压力密度，这是因为高速旋转的叶槽外缘与根径处的气体压力密度是不同的。

综上所述，本发明采用二级旋转导流轮、反冲涡轮，利用气流喷射的反作用力作功，将压缩空气的压力势能转换为旋转动能的技术方案，克服了现有技术的叶轮式手持磨机存在的能量转换效率低、机体大而重、转速难以提高的问题与不足，所提供的一种气动涡轮式高速手持磨机，提高了气动手持磨机的转速、能量转换效率，达到了高速、高效、轻便小巧的目的。

附图说明

图1是本发明的气动涡轮式高速手持磨机的结构原理剖视图；

图2是本发明的气动涡轮式高速手持磨机的外观轴测图；

图3是本发明的气动涡轮式高速手持磨机的机芯总成结构示意图；

图4是图3的外观轴测图；

图5是本发明的气动涡轮式高速手持磨机的各个部件沿轴线分解的轴测示意图。

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的任何限制。

图中：小旋转导流轮1、大旋转导流轮2、反冲涡轮3、转轴4、喷气嘴5、后轴承01、旋阀壳02、后壳03、阀芯总成04、分流套07、衬环08、尾流锥09、前轴承011、气道壳012、排气孔013、铜网垫014、前壳015。

具体实施方式

参阅图1～图5，本发明的一种气动涡轮式高速手持磨机，包括小旋转导流轮1、大旋转导流轮2、反冲涡轮3、转轴4、喷气嘴5，其中：所述的小旋转导流轮1为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽凸面方向与反冲涡轮3相同，与大旋转导流轮2相反，轮缘外径与反冲涡轮3相同，中心轴孔与转轴4滑动旋转配合；所述的大旋转导流轮2为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽的数目、宽度和根径与小旋转导流轮1相同，叶槽凸面方向与小旋转导流轮1和反冲涡轮3相反，轮缘外径大于小旋转导流轮1和反冲涡轮3，中心轴孔与转轴4滑动旋转配合；所述的反冲涡轮3为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽的数目、宽度和根径与小旋转导流轮1相同，轮缘外径与小旋转导流轮1相同，中心轴孔与转轴4固定配合；所述的转轴4为台阶圆柱形的不锈钢轴件，前端中心设有锥口盲孔，前部台阶柱面设有夹持缺口；所述的喷气嘴5为铝合金制圆柱中空台阶套形构件，其外大台阶柱面设有沿径向对称的，与轴线夹有斜角的二个斜槽，斜槽的根径与小旋转导流轮1相同，斜角方向与小旋转导流轮1的流线型叶槽的切线方向相同。

组装(各部件相互位置及配合关系)

机芯总成的各部件的相互位置关系，由转轴4的前部台阶端面至后端分别为，前轴承011、尾流锥09、反冲涡轮3、大旋转导流轮2、小旋转导流轮1外套衬环08、喷气嘴5内装后轴承01串套在转轴4上，尾流锥09的小头朝前；机芯总成的转轴4前端朝前，整体插入气道壳012，转轴4前部台阶穿出气道壳012的前端孔，铜网垫014垫在气道壳012的前端，前壳015后端的内螺纹旋紧在气道壳012前端的外螺纹上，铜网垫014夹在二者之间，分流套07抵在后轴承01的后端面，后壳03套上阀芯总成04旋紧在气道壳012后端的内螺纹上，后壳03的后端装上旋阀壳02。

相互配合关系分别为，前轴承011、尾流锥09、反冲涡轮3与转轴4静配合；大旋转导流轮2、小旋转导流轮1与转轴4滑动转动配合；大旋转导流轮2、反冲涡轮3的外缘与气道壳012内壁滑动配合；衬环08的内壁与小旋转导流轮1的外缘滑动配合，外壁与气道壳012内壁静配合；喷气嘴5的大台阶端朝前，后端中空内台阶壁套在后轴承01的外缘上，后轴承01中心孔与转轴4静配合；喷气嘴5、小旋转导流轮1、大旋转导流轮2、反冲涡轮3的相邻端面相互滑动配合。

工作原理

工作时，压缩空气沿阀芯总成04进入磨机内，经分流套07、喷气嘴5的斜槽、小旋转导流轮1的叶槽、大旋转导流轮2的叶槽、反冲涡轮3的叶槽、尾流锥09室的气道壳012前端的排气孔013、铜网垫014向前冲出磨机外，压缩空气气流在到达位于磨机前部的尾流锥09室之前处于高压状态，在射出反冲涡轮3的叶槽口时压力迅速释放，反冲涡轮3的叶槽在高速气流反作用力的作用下，沿着气流射出相反的方向旋转，即，在反冲涡轮3叶槽喷射口处，气体的压力势能直接转换为反冲涡轮3的旋转动能，从而带动转轴4高速旋转，若忽略排气孔013、铜网垫014产生的一点压力阻尼，几乎所有气体压力势能都可转换为射流动能，牛顿力学定律可知，作用力与反作用力的大小相等方向相反，空载时，若忽略反冲涡轮3及转轴4的摩擦阻尼，理论上反冲涡轮3圆周旋转的线速度可等于喷射口的射流速度，这就是反冲涡轮式的能量转换优于冲击叶轮式的能量转换的原理。

工作中，高速旋转反冲涡轮3会对其进气端一侧向前运动的压力气体产生强烈的涡流，即在进气端一侧构成一道旋涡壁垒，涡流消耗气体的部分能量阻滞反冲涡轮3的高速旋转，且反冲涡轮3的转速越快则阻滞越强，涡损呈指数增大，直至反冲涡轮3进出气二端压差与转速达到平衡，转速再也法提高；因此，设置喷气嘴5与二级旋转导流轮来消除涡流的产生，工作中，小旋转导流轮1的旋向与大旋转导流轮2相反，而与反冲涡轮3相同；静态时，由小旋转导流轮1、大旋转导流轮2、反冲涡轮3构成的气流通道是弯曲的，动态时，叶槽因相互反向旋转而切变合成的气流质点动态通道却是一条直线，所以，反冲涡轮3在高速旋转运动时，流线型的叶槽设计和从动的，旋向相反的旋转导流轮，将高压流动气体以接近层流和直流的方式均分到反冲涡轮3的各个叶槽，经槽口喷射作功，从而最大限度地消除了涡流的形成；大旋转导流轮2的另一种作用，是向高速旋转运动的反冲涡轮3的叶槽外缘均衡气体压力密度，这是因为高速旋转的叶槽外缘与根径处的气体压力密度是不同的。

Claims (3)

1.气动涡轮式高速手持磨机，包括小旋转导流轮(1)、大旋转导流轮(2)、反冲涡轮(3)、转轴(4)、喷气嘴(5)，其特征在于：所述的小旋转导流轮(1)为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽凸面方向与反冲涡轮(3)相同，与大旋转导流轮(2)相反，轮缘外径与反冲涡轮(3)相同；所述的大旋转导流轮(2)为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽的数目、宽度和根径与小旋转导流轮(1)相同，叶槽凸面方向与小旋转导流轮(1)和反冲涡轮(3)相反，轮缘外径大于小旋转导流轮(1)和反冲涡轮(3)；所述的反冲涡轮(3)为圆柱形的铝合金叶轮，轮缘沿圆周呈放射状等分设有断面为流线型的叶槽，叶槽的数目、宽度和根径与小旋转导流轮(1)相同，轮缘外径与小旋转导流轮(1)相同；所述的转轴(4)为台阶圆柱形的不锈钢轴件，前端中心设有锥口盲孔，前部台阶柱面设有夹持缺口；所述的喷气嘴(5)为铝合金制圆柱中空台阶套形构件，其外大台阶柱面设有沿径向对称的、与轴线夹有斜角的二个斜槽，斜槽的根径与小旋转导流轮(1)相同，斜角方向与小旋转导流轮(1)的流线型叶槽的切线方向相同。

2.根据权利要求1所述的气动涡轮式高速手持磨机，其特征在于：其中各部件相互位置关系为；机芯总成由转轴(4)的前部台阶端面至后端分别为前轴承(011)、尾流锥(09)、反冲涡轮(3)、大旋转导流轮(2)、小旋转导流轮(1)外面套装的衬环(08)、喷气嘴(5)内装后轴承(01)串套在转轴(4)上，尾流锥(09)的小头朝前；机芯总成的转轴(4)前端朝前，整体插入气道壳(012)，转轴(4)前部台阶穿出气道壳(012)的前端孔，铜网垫(014)垫在气道壳(012)的前端，前壳(015)后端的内螺纹旋紧在气道壳(012)前端的外螺纹上，铜网垫(014)夹在二者之间，分流套(07)抵在后轴承(01)的后端面，后壳(03)套上阀芯总成(04)旋紧在气道壳(012)后端的内螺纹上，后壳(03)的后端装上旋阀壳(02)。

3.根据权利要求1所述的气动涡轮式高速手持磨机，其特征在于：其中各部件相互配合关系为；前轴承(011)、尾流锥(09)、反冲涡轮(3)与转轴4静配合；大旋转导流轮(2)、小旋转导流轮(1)与转轴(4)滑动转动配合；大旋转导流轮(2)、反冲涡轮(3)的外缘与气道壳(012)内壁滑动配合；衬环(08)的内壁与小旋转导流轮(1)的外缘滑动配合，外壁与气道壳(012)内壁静配合；喷气嘴(5)的大台阶端朝前，后端中空内台阶壁套在后轴承(01)的外缘上，后轴承(01)中心孔与转轴(4)静配合；喷气嘴(5)、小旋转导流轮(1)、大旋转导流轮(2)、反冲涡轮(3)的相邻端面相互滑动配合。

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