CN101639064A - 机械运动与流体运动的互转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于旋转活塞式机械技术领域，提出了一种新的机械运动与流体运动的互转换装置，适用于泵、发动机、压缩机、及液压传动。该装置包括基座、定子、转子、隔板、曲轴、端盖；定子内腔为柱形腔体，隔板由基板和两侧的导向轴构成，隔板一侧与转子铰链，另一侧与定子铰链。本发明的优点是去掉了摆轴机构，隔板与转子、定子采用铰链连接，避免了瞬间超负荷状态时易发生卡死楔紧现象。隔板没有固定端，避免了应力应变影响；隔板没有与定子、转子尖部接触端，避免了摩擦损耗；实现了延长变容式机械装置隔板的使用寿命，减轻维修负担，提高装置运行效率的目的。
Description
技术领域
本发明属于旋转活塞式机械技术领域，涉及一种机械运动与流体运动的互转换装置，适用于输入机械能实现输出流体能的泵、压缩机，或输入流体压缩介质输出机械旋转运动的发动机及液压传动。
背景技术
现有技术中，例如《机械工程师手册》(见机械工业出版社2000，5，第二版1178页)和《凸轮泵》的中国专利(见申请号01240882.4，申请日20010327)，都给出了机械运动转换成流体介质运动的装置，这种机械运动转换成流体介质运动，或将流体介质运动转换成机械运动的装置，都属于变容式机械。
《机械工程师手册》给出的《滑阀式真空泵》，如图1所示，该真空泵包括有定子、转子、隔板、摆轴，摆轴卧在定子内。隔板一端插进摆轴，可与摆轴滑动，隔板另一端固定在转子外缘上，隔板有通道，使吸气口与定子、转子间的腔体相通。《滑阀式真空泵》不足之处是：
隔板与摆轴间存在滑动摩擦，当工作瞬间超负荷状态时易发生楔紧卡死故障；隔板的一端固定在动辊外缘，由于工作时隔板长期处于摆动状态，固定的端部存在摆动应变的作用，易造成隔板端部断裂损伤；另外，隔板上下运动长期摩擦下，磨损严重，易造成泄漏，影响密封。
《凸轮泵》专利其结构装置也包括有定子(兼机座)、转子(即动辊)、隔板、曲轴，定子为柱形腔体部件，转子外径小于定子腔体内径，转子装于定子腔体内，定子上设置两个开口，作为流体介质的输入口和输出口，隔板设置定子和转子之间，定子、转子、隔板三件配合，将定子、转子之间的剩余腔体分割成两个互不相通的动态子腔体。工作时，使高压工作流体介质从一个开口进入，从另一个开口流出，带动转子运动，从曲轴的运动获得机械旋转运动输出；或曲轴在外界机械动力的带动下，带动转子运动，迫使流体介质从一个开口进入，从另一个开口流出，获得流体介质运动，或贮压储能。实现了机械运动与流体运动的互转换。
这种方案是隔板一端压在转子外缘，另一端与定子联接。由于隔板端部与转子外缘受运动摩擦作用，易造成隔板外缘端磨损，导致双腔泄漏，降低工作效率，磨损严重时，甚至不能工作；
发明内容
本发明的目的是延长变容式机械装置隔板的使用寿命，减轻维修负担，提高装置的运行效率，提出一种新的机械运动与流体运动的互转换装置。
本发明的机械运动与流体运动的互转换装置是采用下述方案实现的，它包括基座、定子、转子、隔板、曲轴、端盖；定子内腔为柱形腔体，转子位于定子腔体内；定子体内下部开有流体介质输入槽孔通道和流体介质输出槽孔通道，定子固定座在基座上，转子直径小于定子的定子腔体内直径，转子的轴线上有转子轴孔，曲轴由转子轴和及其两侧的边轴构成，两边轴共轴线，转子轴的圆柱面与轴圆柱面相切，该三轴为一体件，两边轴直径相等，且边轴小于转子轴直径，转子轴直径与边轴直径之差等于定子腔体内直径与转子直径之差的二分之一，端盖有两个，端盖有边轴轴孔，每个端盖开有一个流体介质通道孔，流体介质输入槽孔通道和流体介质输出槽孔通道各与端盖的流体介质通道孔相通；所述的隔板为矩形板，隔板由两导向轴和基板构成两导向轴位于隔板长边两侧，且为一体件，一导向轴柱面与基板一侧的板面相切，另一导向轴的柱面与基板另一侧的板面相切，导向轴直径大于基板的板厚，隔板与定子、转子轴向方向同长，隔板板宽大于定子腔直径与转子直径之差；所述的定子腔内柱面轴向方向开有圆柱形的导向轴槽，该向轴槽位于流体介质输入槽孔通道和流体介质输出槽孔通道之间，该导向轴槽的横截面线为大于半圆的圆弧，其缺弧的弦长大于隔板的板厚，而小于导向轴的直径；所述的转子柱面轴向方向也开有圆柱形的导向轴槽，该导向轴槽构型与前述的导向轴槽类同，区别仅是一导向轴槽位于定子上，另一导向轴槽位于转子上。
本发明机械运动与流体运动的互转换装置具有如下优点：
①隔板没有固定端，避免了应力应变影响；
②隔板没有与定子、转子尖部接触端，避免了摩擦损耗。
③去掉了摆轴机构，改进了隔板机构，隔板与转子、定子采用铰链连接，使其不存在摆轴与隔板间的滑动摩擦副，有效的避免了瞬间超负荷状态时易发生楔紧卡死故障楔紧现象；
④隔板使得隔板所受的动力矩远大于阻力矩，使得机构运动更加流畅。
附图说明
图1现有的滑阀式真空泵轴向横截面示意图；
图2本发明机械运动与流体运动的互转换装置轴向横截面示意图；
图3本发明机械运动与流体运动的互转换装置转子示意图；
图4本发明机械运动与流体运动的互转换装置曲轴示意图；
图5本发明图2定子A局部放大示意图；
图6本发明机械运动与流体运动的互转换装置端盖示意图；
图7本发明机械运动与流体运动的互转换装置隔板示意图；
图8本发明机械运动与流体运动的互转换装置外观立体状态示图；
图9本发明机械运动与流体运动的互转换装置转子运动位置四象限示意图；
图10本发明机械运动与流体运动的互转换装置第二实施例示意图；
图11本发明机械运动与流体运动的互转换装置第二实施例隔板示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的机械运动与流体运动的互转换装置做进一步说明。图2给出了本发明机械运动与流体运动的互转换装置的轴向横截面示意图。它包括基座1、定子2、转子3、隔板4、曲轴、端盖5；定子2内腔为柱形腔体，转子3位于定子2腔体内，定子2体内下部开有流体介质输入槽孔通道6和流体介质输出槽孔通道7，固定座在基座1上，基座1和定子2也可为一体件；转子3的转子直径Φ1小于定子2的定子腔体内直径Φ2，转子3的轴线上有转子轴孔8(见图3)；曲轴(见图4)由第一边轴9、转子轴10和第二边轴11构成，第一边轴9和第二边轴11共轴线，位于转子轴10两端，转子轴10的圆柱面与第一边轴9和第二边轴11的圆柱面相切，该三轴为一体件，第一边轴9和第二边轴11的两边轴直径Φ3相等，且边轴直径Φ3小于转子轴10的转子轴直径Φ4，转子轴直径Φ4与边轴直径Φ3之差等于定子腔体内直径Φ2与转子直径Φ1之差的二分之一；端盖5有两个，端盖5有边轴轴孔12(见图6)，每个端盖开有一个流体介质通道孔13，流体介质输入槽孔通道6和流体介质输出槽孔通道7各与端盖的流体介质通道孔13相通；
所述的隔板4为矩形板(见图7)，隔板4由第一导向轴14、基板15、第二导向轴16构成，且为一体件，第一导向轴14和第二导向轴16分别位于基板15长边两侧，第一导向轴14的柱面与基板15一侧的板面相连接，第二导向轴16的柱面与基板15另一侧的板面相连接，第一导向轴14的直径Φ5和第二导向轴16的直径Φ6大于基板15的板厚h，隔板4与定子2、转子3轴向方向同长，隔板4板宽L满足定子腔体内直径Φ2-转子直径Φ1＜隔板4板宽L；
所述的定子2腔内柱面轴向方向开有圆柱形的第一导向轴槽17(见图5)，第一导向轴槽17位于流体介质输入槽孔通道6和流体介质输出槽孔通道7之间，第一导向轴槽17的横截面线为大于半圆的圆弧，其缺弧的弦长大于隔板4的板厚h，而小于第一导向轴14的直径Φ5，第一导向轴槽17直径Φ6-第一导向轴14的直径Φ5＝(0.05～0.3)mm；
所述的转子3柱面轴向方向开有圆柱形的第二导向轴槽18，第二导向轴槽18构型与第一导向轴槽17类同，区别仅是第一导向轴槽17位于定子2上，第二导向轴槽18位于转子3上，其它不再重述；
装配时，转子3位于定子2腔体内，隔板4位于定子2、转子3之间，隔板4的第一导向轴14卧入转子3的第一导向轴槽17，隔板4的第二导向轴16卧入定子2的第二导向轴槽18，形成隔板4一侧与转子3铰链，另一侧与定子2铰链，隔板4将转子3于定子2间形成的腔体分割成左右两个互不相通的空腔；曲轴插进转子轴孔8，转子轴孔8直径Φ5大于转子轴直径Φ40.05～0.3mm，允许转子轴10在转子轴孔8中无约束转动，两个端盖5扣在定子2两侧，第一边轴9和第二边轴11分别插进端盖5的边轴轴孔12，同样，允许第一边轴9和第二边轴11在边轴轴孔12中无约束转动，用螺栓将端盖5与定子2扣紧，图8给出了本发明机械运动与流体运动的互转换装置外观立体状态示图。
本发明的机械运动与流体运动的互转换装置各零部件的用材为钢，或镍铬合金钢、或工程塑料。
下面以本发明机械运动与流体运动的互转换装置作为扬水的升压泵为例描述其工作过程。图9给出了本发明机械运动与流体运动的互转换装置转子运动位置四象限示意图，第一边轴9作为输入轴与拖动马达耦连，马达启动由于第一边轴9、转子轴10、第二边轴11为一体构件，，第一边轴9和第二边轴11自转，又由于转子轴直径Φ4大于边轴直径Φ3，则第一边轴9和第二边轴11自转时，转子轴10的轴线绕第一边轴9和第二边轴11的轴线公转，公转角速度与自转角速度相同。设马达启动时转子轴10初始相位为零，转子3与定子2相接触柱面线处于象限I零位置，转子3由象限I起向象限II运动，左腔19增大，水经流体介质输入槽孔通道6被吸入，进入左腔19，与此同时右腔20减小，右腔20中水被压缩，迫使水从流体介质输出槽孔通道7流出，随着转子3继续转向象限III、象限IV，左腔19继续增大，右腔20继续减小，当转子3与定子2相接触柱面线移动到象限IV结束时，转子3柱面将流体介质输出槽孔通道7封堵，限制了水的倒流，转子3继续移动，新的左腔19生成，原左腔19转换成新的右腔20，由于左腔19和腔20周而复始的转换，使得水从流体介质被吸入输入槽孔通道6进入，从流体介质输出槽孔通道7排出，实现升压扬水功能。
本发明的机械运动与流体运动的互转换装置的第一个实施例为扬水用的升压泵，所述的隔板4为平直隔板，其它部件与上述相同，不再重述。下面对升压泵进行说明。
一、尺寸：
1.定子2内径φ2：124mm；
2.转子3外径φ1：112mm；
3.转子轴10偏心δ：6mm；
4.转子3长度p：168mm；
5.端盖
7：124mm；
6.转速：750转/分
二、单位体积：
三、参数
实例：(由测量定)
1.扬水量：15t；
2.扬程：250米；
3.电机马力：11Kw
本发明的机械运动与流体运动的互转换装置的第二个实施例与第一个实施例除隔板4不同外，其它部件完全相同，本实施例机械运动与流体运动的互转换装置的隔板板体为弧形隔板21(见图10、图11)，板体的内弧面曲率接近于转子3柱面曲率，板体的外弧面曲率接近于定子2腔体柱面曲率。
本实施例机械运动与流体运动的互转换装置的优点：由于弧形隔板21基板面上下面为弧形，使得弧形隔板21与定子2内腔面、转子3外柱面吻和好，有利于转子3移动到第四象限结束时对流体介质输出槽孔通道7的封堵。
本发明的机械运动与流体运动的互转换装置的第二个实施例为输出动力的液压马达。
下面对液压马达进行说明
一、尺寸：
7.定子内径φ2＝2×R2＝155mm；
8.转子外径φ1＝2×R1＝145mm；
9.凸轮轴偏心δ：5mm；
10.转子长度p：40mm；
11.端盖
12.转速：1000转/分
二、单位体积：
V＝πR2 2p-πR1 2p＝πp[R2 2-R1 2]＝4π[(7.75)2-(7.25)2]＝94.24ml
式中R1，R2分别是定子内圆半径和转子外圆半径
减去进出口的角度的容积取值90ml，双边马达：每转180ml。
三、参数
输出功率11Kw。
Claims (3)
1.一种机械运动与流体运动的互转换装置，适用于泵、发动机、压缩机、及液压传动。该装置包括基座(1)、定子(2)、转子(3)、隔板(4)、曲轴、端盖(5)；定子(2)内腔为柱形腔体，定子(2)体内下部开有流体介质输入槽孔通道(6)和流体介质输出槽孔通道(7)，定子(2)位于基座(1)上，转子(3)位于定子(2)腔体内，转子(3)的转子直径(Φ1)小于定子(2)的定子腔体内直径(Φ2)，转子(3)的轴线上有转子轴孔(8)，曲轴由第一边轴(9)、转子轴(10)和第二边轴(11)构成，第一边轴(9)和第二边轴(11)共轴线，位于转子轴(10)两端，转子轴(10)的圆柱面与第一边轴(9)和第二边轴(11)的圆柱面相连接，该三轴为一体件，第一边轴(9)和第二边轴(11)的两边轴直径(Φ3)相等，且边轴直径(Φ3)小于转子轴(10)的转子轴直径(Φ4)，转子轴直径(Φ4)与边轴直径(Φ3)之差等于定子腔体内直径(Φ2)与转子直径(Φ1)之差的二分之一，端盖(5)有两个，端盖(5)有边轴轴孔(12)，每个端盖开有一个流体介质通道孔(13)，流体介质输入槽孔通道(6)和流体介质输出槽孔通道(7)各与端盖的流体介质通道孔(13)相通，其特征是：
所述的隔板(4)为矩形板，隔板(4)由第一导向轴(14)、基板(15)、第二导向轴(16)构成，且为一体件，第一导向轴(14)和第二导向轴(16)分别位于基板(15)长边两侧，第一导向轴(14)的柱面与基板(15)一侧的板面相切，第二导向轴(16)的柱面与基板(15)另一侧的板面相切，第一导向轴(14)的直径(Φ5)和第二导向轴(16)的直径(Φ6)大于基板(15)的板厚(h)，隔板(4)与定子(2)、转子(3)轴向方向同长，隔板(4)板宽(L)满足定子腔体内直径(Φ2)-转子直径(Φ1)＜隔板(4)板宽L；
径(Φ2)-转子直径(Φ1)＜隔板(4)板宽L；
所述的定子(2)腔内柱面轴向方向开有圆柱形的第一导向轴槽(17)，第一导向轴槽(17)位于流体介质输入槽孔通道(6)和流体介质输出槽孔通道(7)之间，第一导向轴槽(17)的横截面弧线为大于半圆的圆弧，其缺弧的弦长大于隔板(4)的板厚h，而小于第一导向轴(14)的直径Φ5；
所述的转子(3)柱面轴向方向开有圆柱形的第二导向轴槽(18)，第二导向轴槽(18)构型与第一导向轴槽(17)类同，区别仅是第一导向轴槽(17)位于定子(2)上，第二导向轴槽(18)位于转子(3)上，其它不再重述。
2.根据权利要求1所述的机械运动与流体运动的互转换装置，其特征是：
所述的隔板(4)为平直隔板。
3.根据权利要求1所述的机械运动与流体运动的互转换装置，其特征是：
所述的隔板(4)为弧形隔板。
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