CN102003213B - 流体压力行星式旋转活塞动力机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种流体压力行星式旋转活塞动力机构，包括腔体，腔体两侧分别开有进口和出口，腔体一侧端面开口，腔体上沿开口端面安装有壳体，腔体的端面开口处设置有圆盘，圆盘一侧固接有连接盘，圆盘上设置有可转动的行星轴a和行星轴b，行星轴a和行星轴b同时穿过圆盘和连接盘，圆盘上固接有动力轴，动力轴穿过连接盘，行星轴a和行星轴b上分别固接有活塞a和活塞b，腔体内壁上通过弹簧连接有滑块，滑块可在活塞a或活塞b与腔体之间伸缩，行星轴a和行星轴b通过设置在圆盘和连接盘间的行星轮机构进行自转。解决了现有动力机构中存在的机构体积大，转效率低下，不能用于大功率输出及恒定功率输出问题。

Description

流体压力行星式旋转活塞动力机构

技术领域

 本发明属于功能转换装置技术领域，涉及一种流体压力行星式旋转活塞动力机构。

背景技术

流体动力设备主要有两类：活塞式和涡轮式。活塞式是流体在密闭条件下，利用流体的压力或爆炸气体的冲击力推动活塞平移，由于平移有限，需要转动时，必须做往复运动，间歇式做功，通过曲柄连杆机构把平移转变为转动。如内燃机在往复运动的4个行程中只有一个行程做功，3个行程耗功，四个行程集于一室不能兼顾，惯性阻力难以解决，难以用于大功率使用。涡轮式是利用高速流体的冲力推动涡轮叶片旋转，这就必须使流体产生高速定向流冲击叶片，冲击的流体迅速排离，并会出现不可避免的漏泄流，主要用于大功率和超大功率的条件。以水轮机为例，要有足够的水位高度，需要使水流有足够的动能离开，同时有足够的空间道路让其离开，否则阻碍涡轮转动。同时必定有相当一部分水流未冲击到叶片或冲击角度不佳而白白流走，使得利用效率和转换效率下降。

另一方面使流体具有使用条件的设备，有两种类型，是上述的活塞式和涡轮式的逆向运行。活塞式，如高压泵和压缩机同样需要往复运动；涡轮式，如轴流式风机、电风扇和轴流泵，其压力低，需叶轮高速旋转，噪音大，效率低。另外一类是离心式，如离心式水泵，离心式鼓风机，这类结构简单、应用广泛，但是必须叶片高速旋转，噪音大，扬程低，风压小。还有一类旋转活塞式，如齿轮泵、刮片泵、罗茨泵、蜗杆泵等，这类泵共同点是活塞旋转，转轴中心固定，靠活塞体周围的凹区或伸缩的滑板转移流体，空腔利用率很低，转移量很小，主要用于小流量场合。

以上的装置都是活塞往复运动式或高速流体冲击叶片，随着工业发展，这些设备发展很快，但基本上只限于具体设计、用料、制造精度、工艺手段以及具体应用上的提高，而工业发展提出的要求越来越高，应用领域越来越宽，靠现有装置很难满足需求。现有的活塞式或涡轮式均不能胜任，急待一种效率高、利用率高适应性强的动力机来满足不断发展的需求。

活塞式的密封性能，能够有效利用流体能源，克服往复运动直接产生扭转力矩，如专利《旋转活塞发动机》（申请号：200810079763.4，公开号：CN101403335，申请日：2008.11.17，公开日：2009.04.08），使用的是双偏心轮活塞，专利《新型旋转活塞式发动机》（专利号：CN200810030021.2，公开号：CN101333962，申请日：2008.08.05，公开日：2008.12.31），是复杂的活塞组输套在主传动轴上。由于有效工作腔占总腔的比例太小，体积大，所以总效率不高，功率不够大。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体压力行星式旋转活塞动力机构，解决了现有动力机构中存在的机构体积大，转换效率低下，不能用于大功率输出及恒定功率输出的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种流体压力行星式旋转活塞动力机构，包括腔体，腔体两侧分别开有进口和出口，腔体设有端面开口，腔体上沿端面开口安装有壳体，腔体的端面开口处设置有圆盘，圆盘一侧固接有连接盘，圆盘上设置有可转动的行星轴a和行星轴b，行星轴a和行星轴b同时穿过圆盘和连接盘，圆盘上固接有动力轴，动力轴穿过连接盘，行星轴a和行星轴b上分别固接有活塞a和活塞b，腔体内壁上通过弹簧连接有滑块，圆盘和连接盘之间设置有行星轮系机构。

本发明的特点还在于，

其中行星轮系机构包括分别固接在行星轴a和行星轴b上的齿轮a和齿轮b，齿轮a和齿轮b分别与齿轮c和齿轮d啮合，齿轮c和齿轮d同时与齿轮e啮合，齿轮c和齿轮d通过齿轮轴设置在圆盘与连接盘之间，齿轮e套接在动力轴上，齿轮e一端穿过连接盘与壳体固接。

其中活塞a和活塞b是截面为两端尖中间宽的纺锤形的柱体，活塞a和活塞b的尖端处设置有密封条。

其中行星轴a、行星轴b和动力轴位于同一直线上，行星轴a、行星轴b距动力轴的距离相等，

设定行星轴a和行星轴b之间距离为2a，满足活塞a与活塞b两尖端之间距离均为                                               

a，活塞a与活塞b表面圆弧半径均为2a、圆心角为90°。

本发明的有益效果是，采用了活塞式封闭压力推动，但活塞是连续旋转中工作，一边公转，输出旋转动力，同时自转，调整位向，确保工作连续。

附图说明

图1是本发明的流体压力行星式旋转活塞动力机构的结构示意图；

图2是本发明的流体压力行星式旋转活塞动力机构的纵向结构示意图。

图中，1. 圆盘，2. 动力轴，3. 行星轴a，4. 行星轴b，5. 活塞a，6. 活塞b，7. 腔体，8. 滑块，9. 进口，10. 出口，11. 连接盘，12. 齿轮a，13. 齿轮b，14. 齿轮c，15. 齿轮d，16. 齿轮e，17. 壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明是一种流体压力行星式旋转活塞动力机构，如图1、图2所示，包括腔体7，腔体7两侧分别开有进口9和出口10，腔体7设有端面开口，腔体7上沿端面开口安装有壳体17，腔体7的端面开口处设置有圆盘1，圆盘1一侧固接有连接盘11，圆盘1上设置有可转动的行星轴a3和行星轴b4，行星轴a3和行星轴b4同时穿过圆盘1和连接盘11，圆盘1上固接有动力轴2，动力轴2穿过连接盘11，行星轴a3和行星轴b4上分别固接有活塞a5和活塞b6，腔体7内壁上通过弹簧连接有滑块8，圆盘1和连接盘11之间设置有行星轮系机构。

其中行星轮系机构包括分别固接在行星轴a3和行星轴b4上的齿轮a12和齿轮b13，齿轮a12和齿轮b13分别与齿轮c14和齿轮d15啮合，齿轮c14和齿轮d15同时与齿轮e16啮合，齿轮c14和齿轮d15通过齿轮轴设置在圆盘1与连接盘11之间，齿轮e16套接在动力轴2上，齿轮e16一端穿过连接盘11与壳体17固接。

其中活塞a5和活塞b6是截面为两端尖中间宽的纺锤形的柱体，活塞a5和活塞b6的尖端处设置有密封条。

其中行星轴a3、行星轴b4和动力轴2位于同一直线上，行星轴a3、行星轴b4距动力轴2的距离相等，设定行星轴a3和行星轴b4之间距离为2a，满足活塞a5与活塞b6两尖端之间距离均为

a，活塞a5与活塞b6表面圆弧半径均为2a、圆心角为90°。 

本发明的工作原理为，当进口9流体的压力大于出口10时，进口9进入流体，出口10流出流体，流体推动活塞a5移动，即推动圆盘1及动力轴转动。由于齿轮组的联动关系，活塞a5同时发生自转，活塞b6也相应发生公转和自转，同时调整位向，确保腔体7内壁、活塞尖、活塞侧面侧、滑块4之间的接触关系，保证左、右室流体不窜流。当活塞b6的尖端扫过进口9后，进入流体推动活塞b6移动，形成新的左室。接着活塞a5尖端进入出口10处，原来的左室成为新的右室，并与原来右室的剩余部分相通。如此循环旋转轴连续转动输出动力。

由于流体压力是作用在活塞的最大投影面上，占了空腔总截面积的近70%，比所有各类旋转活塞效率高。

机构中除滑块8外，所有运动构件均为中心对称，运动方式均为转动，不存在惯性阻力问题，克服了一般活塞式往复、间歇工作的一系列难题。转速不受限制，也不存在偏心而产生的离心力不利影响。

由于是压力密闭式推动活塞，不要求流体的高速流冲击和快速排流。不存在落差损失和漏泄损失，比涡轮式的利用率和能量转换率高的多。

在结构强度上，关键受力件是纺锤形活塞，这是结构强度最合理的形态，比活塞式的曲柄、连杆、曲轴构件抗力大很多，比涡轮式的悬臂式叶片强度高十数倍，所以本发明为实现大功率及超大功率提供了结构学保障。

在使用条件上，无论大功率、小功率；低压力、高压力；低水头、高水头；低转速、高转速；低粘度、高粘度均能胜任，有很强适应性，效率不减。

本发明的最大特点是逆向使用效率不减，从旋转轴输入动力，迫使左、右室产生压力差，输出流体压力和流量，成为泵或压缩机。

本发明可具有如下具体用途：

1）高压水泵：在本发明的基础上，接上动力和相应配件，就是一台高压水泵。重量、体积、效率比目前用的多级泵，活塞泵等轻得多，小得多，高得多，成本也低。适用于消防车，景观喷泉，高层建筑、高山供用水，高压设备用水，地下注水，水动力源等；

2）计量泵，可调流量泵：因为容腔中每次转移的流体量是一定的，只需配上相关配件即可，调节转速就可调节流量。适用于工业、化工、制药、冶金、现代农业等需要定量用流体的场合，比现有的计量泵结构简单，流量大小均可调；

3）大流量泵：常用的离心式、轴流式、活塞式从结构原理上就不宜用于大流量。本发明无此限制，可用于江、河、湖、水库的排灌水；

4）高粘度流体，污水，泥浆等用泵：离心式，轴流式不宜用，活塞式往复运动效率低。本发明适用于高粘度油、高粘度化工原料、固液混合物、污水、泥浆等的输送；

5）油泵：本发明比齿轮泵、刮片泵、罗茨泵、活塞泵流量大，效率高，体积小。适用于各种油的输送，液压设备的压力源等；

6）压缩机、空气压缩机：本发明比常用活塞式体积小，无噪音，功率大，比涡杆式、螺杆式容量大，效率高，是气动设备的重要组成部分；

7）鼓风机：本发明噪音小，风压高，流量大，特别适用于冶金、化工以及大空间、车间、公共场所的大气量排、送风；

8）真空泵：比常用真空泵，排量相同时，体积小、功率小、效率高；

9）气动马达：目前用的涡轮式转速不能小，力矩小，耗气量大，效率低，本发明转速可大可小，可实现调力矩，调转速，可实现大功率，小体积，耗气少，效率高，在不适宜用电动工具的场合，移动中操作，在潮湿、易燃、易爆等环境中使用。制作气动钻、铣、磨、抛光、上螺丝等；

10）汽轮机：用本发明取代现有的涡轮式汽轮机，可充分利用气体的内能，大幅度提高效率，并减小积体；

11）油马达：目前装置主要为刮片泵，罗茨泵，齿轮泵等的逆向应用，由于效率低，成本高，功率小，所以很少用。本发明克服了这些问题，有很大的应用前景，特别是用于有液压源，运转空间小，需求功率大的场合；

12）水马达：用水代替油，更经济，更安全，更方便。在隧道工程，坑道作业，山区，危险环境施工场地用电不方便的场合；

13）小型水能站：在山区，河谷，偏远边疆，哨所等地方建立小型水能站，是最理想的设备，配上发电机就是小水电。直接作为动力，就是水能站，代替电动机，配上高压水泵就可以为高处供水，浇水；

14）大型水力发动机：本发明的水能利用率，能量转换效率均比现有的水轮机高；

15）低水头、大流量水力发动机：在江、河、湖、水库、入海口等地方，潮汐、海浪存在巨大的低水头，大流量的可再生的水力资源。目前的水轮机及其他类型的水能机设备，由于效率不高，水能利用率低，总效益不高，开发难度大，这些再生能源绝大部分是白白流淌。采用本发明，无论功率大小，效率不减；

16）流量计：本发明是封闭容腔转移流体的连续过程，没有漏泄，流体粘度和密度影响很小，适合作为计量仪器使用，比常用的浮子式和涡轮式更加精准。

本发明还可以进行组合应用，一是本发明的正、逆向组合，二是配合其他通用装置组合，开发出新的应用领域，新型的装置及新的产品。

Claims (3)

1.一种流体压力行星式旋转活塞动力机构，其特征在于，包括腔体(7)，腔体(7)一侧开有进口(9)，腔体(7)另一侧开有出口(10)，腔体(7)设有端面开口，腔体(7)上沿端面开口安装有壳体(17)，腔体(7)的端面开口处设置有圆盘(1)，圆盘(1)一侧固接有连接盘(11)，圆盘(1)上设置有可转动的行星轴a(3)和行星轴b(4)，行星轴a(3)和行星轴b(4)同时穿过圆盘(1)和连接盘(11)，圆盘(1)上固接有动力轴(2)，动力轴(2)穿过连接盘(11)，行星轴a(3)上固接有活塞a(5)，行星轴b(4)上固接有活塞b(6)，腔体(7)内壁上通过弹簧连接有滑块(8)，圆盘(1)和连接盘(11)之间设置有行星轮系机构；

所述的行星轮系机构包括固接在行星轴a(3)上的齿轮a(12)和固接在行星轴b(4)上的齿轮b(13)，齿轮a(12)与齿轮c(14)啮合，齿轮b(13)与齿轮d(15)啮合，齿轮c(14)和齿轮d(15)同时与齿轮e(16)啮合，齿轮c(14)和齿轮d(15)通过齿轮轴设置在圆盘(1)与连接盘(11)之间，齿轮e(16)套接在动力轴(2)上，齿轮e(16)一端穿过连接盘(11)与壳体(17)固接。

2.根据权利要求1所述的动力机构，其特征在于，所述的活塞a(5)和活塞b(6)是截面为两端尖中间宽的纺锤形的柱体，活塞a(5)和活塞b(6)的尖端处设置有密封条。

3.根据权利要求2所述的动力机构，其特征在于，所述行星轴a(3)、行星轴b(4)距动力轴(2)的距离相等，设定行星轴a(3)和行星轴b(4)之间距离为2a，满足活塞a(5)与活塞b(6)两尖端之间距离均为2

a，活塞a(5)与活塞b(6)表面圆弧半径均为2a、圆心角为90°。

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