CN102116294B - 一种用于恒力矩压缩机和气体发动机的球形缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种恒力矩压缩机和气体发动机球形缸，包括缸体和中轴，缸体内设置有斜孔轴承座、中轴、中盘和中叶，上端盖和下端盖镜像对称处开有两个中叶安装槽，中盘设有中叶槽口，中叶槽口内设中叶滑块，中叶滑块两侧各设置一个弹簧管，弹簧管与中叶滑块连接，中叶滑块压紧中叶，上端盖和下端盖的中叶同一侧相对于上端盖和下端盖中心面对称处各设有线型闸阀，线型闸阀相对于中叶的另一侧设置外缸接口，线型闸阀与安装在中轴上的凸轮结构连接，中盘两面中心设置内缸壁与密封环，密封环的底部设置有弹簧，斜孔轴承座上安装滚柱轴承，滚柱轴承上安装中盘。本发明结构简洁效率高，输出力矩相对恒定，球缸压缩机余隙比小，电动机的负荷扭力变化小等。

Description

一种用于恒力矩压缩机和气体发动机的球形缸

技术领域

本发明涉及一种流体动力机械的球型缸，它主要用于把汽体的压力能转化成动能，把动能转化成气体的压力能。 

背景技术

泵以其功能可分为：水泵、油泵、压缩泵、真空泵、计量泵等。以其结构分典型的有活塞泵、离心泵、齿轮泵刮片泵等。以气体为动力的机械常见的如：汽轮机、风轮机、喷气发动机等。按结构分有：活塞机、涡轮机。但是同时具有气体发动机又是一台高压气体压缩机的未见报道。本发明在专利号为200520102684.2，名称“多功能旋转球形缸”的基础上进行了改进。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种用于恒力矩压缩机和气体发动机的球形缸。 

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该用于恒力矩压缩机和气体发动机的球形缸，包括缸体和中轴，所述缸体由球形外缸壁、球型内缸壁和锥形端盖组成，锥形端盖包括上端盖和下端盖，缸体内设置有斜孔轴承座、中轴、中盘和中叶，中轴两端安装在锥形端盖上，球型外缸壁上开一中叶座槽，中叶座槽内设置中叶座，中叶卡在中叶座上，中叶弧面与球形内缸壁球面相切滑动配合，中盘与锥形端盖锥面相切滚动配合，上端盖和下端盖镜像对称处（即上端盖和下端盖中心面对称）开有两个中叶安装槽，中叶上、下端置于中叶安装槽内，中盘设有中叶槽口，中叶槽口内设中叶滑块，其特征是中叶滑块两侧各设置一个弹簧管，弹簧管与中叶滑块连接，中叶滑块压紧中叶，上端盖和下端盖的中叶同一侧相对于上端盖和下端盖中心面对称处各设有线型闸阀，线型闸阀相对于中叶的另一侧设置外缸接口，线型闸阀与安装在中轴上的凸轮结构连接，中盘两面中心设置内缸壁与密封环，密封环的底部设置有弹簧，斜孔轴承座上安装滚柱轴承，滚柱轴承上安装中盘。

本发明所述线形闸阀包括阀床、阀盖和阀舌，阀盖与阀床共同构成闸阀的外壳，阀舌与阀床、阀盖均配合，阀舌与凸轮结构连接。 

本发明还设置有定位片，定位片安装在斜孔轴承座上。 

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：1、力矩相对恒定；2、球缸压缩机余隙比可缩到很小； 3、集气体发动机与高压气体压缩机功能于一身。4、有无级变速功能和各种泵的功能，具有广泛的实用面。 

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图； 

图2为本发明实施例斜孔轴承座的结构示意图；

图3为本发明实施例内缸密封环的结构示意图；

图4为本发明实施例中叶的结构示意图；

图5为本发明实施例中叶滑块的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明实施例中叶座的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为本发明实施例线型闸阀的结构示意图；

图10为本发明实施例线型闸阀阀床的结构示意图；

图11为本发明实施例线型闸阀阀盖的结构示意图；

图12为本发明实施例线型闸阀阀舌的结构示意图；

图13为本发明实施例定位片的结构示意图；

图14为本发明实施例中盘的结构示意图；

图15为图14的俯视图；

图16为本发明实施例中盘密封环的工作状态俯视图；

图17为本发明实施例球型内缸壁的结构示意图；

图18为本发明实施例锥形端盖的结构示意图；

图19为图18的右视图；

图20为本发明实施例球型外缸壁的结构示意图；

图21为图20的右视图。

具体实施方式

参见图1～图21，本实施例包括缸体和中轴1，中轴1两端安装在锥形端盖11的轴承内，在它中间附设一斜孔轴承座2。斜孔轴承座2的斜孔与斜孔轴承座2外圆有设定斜角，外圆上安装滚柱轴承。滚柱轴承外安装中盘5，这是一套由中轴1的旋转变成中盘5的摆动，由中盘5的摆动变为中轴1旋转的装置。同时，中盘5的水平面与中轴1轴线成设定的斜角。中盘5是一个圆盘，一端设有中叶槽口51，两面安置球型内缸壁4如图17示。球型内缸壁4是两个半球组成，球腔内安置的是滚柱轴承。球型内缸壁4的功能是组成环状鼓形腔的一部分，防止气体向中心扩散，引导气体正确的流向。相对球型内缸壁4是球型外缸壁13。在球型外缸壁13上开一中叶座槽28，是安装中盘5的必经之路，在中叶座槽28内安置中叶座如图7，填补中叶6厚度不足留下的空隙。在球型外缸壁13上中叶座槽28一侧开一外缸接口14。球型外缸壁13两端是锥形端盖11，锥形端盖11与球型外缸壁13、球型内缸壁4组成鼓形球腔。锥形端盖11的锥面斜度要与斜孔轴承座2斜孔斜度完全吻合，使中盘5上下的两面能在锥形端盖11的两个锥面上相切滚动且气密。上端盖和下端盖的锥面上各开有中叶安装槽7，中盘5的中间圆腔内设置内缸壁与内缸密封环8，内缸密封环8如图3，两密封环8的底部各放一弹簧，使两密封环8紧紧扣住球型内缸壁4之球面滑配且气密,阻断鼓形环腔中的气体向中心泄漏。中叶6如图4示，它的球形弧面和球形内缸壁4的球面滑配相切，且要求气密。中叶6与中叶安装槽7滑配且要气密。中叶滑块如图5,相当于一组轴瓦，通过设置在中叶槽口51两侧（即图9两个弹簧管安装处9）的两个弹簧管的弹性，将镶嵌在中叶槽口51的中叶6紧紧地夹在两块中叶滑块15中间，使得中盘5在中叶6上下摆动时，中盘5上下面保证气密。中盘5把鼓形环腔分成上下两层，中叶6又将鼓形环腔分成左右两边。中盘5在摆动时它的圆周将与球型外缸壁13发生滑动摩擦，所以必须设计中盘密封环如图16所示。中盘密封环16的作用类似于活塞环。方可保证中盘5与外缸壁面运动中的气密性。线型闸阀3如图9，线型闸阀3可以有不同外形但必须具有线形出气孔33、34，线型闸阀3通过安装在中轴1上的凸轮结构来周期性地控制线型闸阀3的开闭。线型闸阀3分三个部分：字形的阀床31如图10，供阀舌33在其中上下滑动,它字三面与阀舌33三个面滑配且必须气密；7字形阀盖32如图11示，与阀床31共同构成闸阀的外壳，阀床31、阀盖32固定在锥形端盖上。7字形的阀盖32在头部有一斜面，斜面朝向阀芯；阀舌33朝阀盖32方向的头部有与阀盖32头部配合的阀舌斜面，阀舌33与凸轮结构连接，当阀舌33向上推移过程中在该阀舌斜面的作用下，阀舌33紧贴阀床31，其阀舌斜面与阀盖斜面吻合，闸阀被关闭。相反当阀舌33向下移动时，阀舌33与阀盖32的斜面分开，闸阀打开。为防止滚柱轴承在斜孔轴承上滑出，设计图13所示定位片。 

工作原理： 

为了便于说明，设定当球型缸中轴1垂直于地面时，中盘5上面部分称为上层，中盘5下面部分称为下层，中盘5安装有中叶6部分叫做前面。相对中叶6反面部分叫做后面，中叶6的右手部位叫做右边，左手部位叫做左边。

在球型缸作为压缩机功能时：当中盘5在鼓形缸体处于前面高，后面低的顶端时，鼓形缸腔被中盘5分为上下两层，中盘5与上端盖的切线正好处在前面中叶6处，中盘5下面与下端盖的下切线处在中叶6相对的后面下层，把整个鼓形缸腔分成三室，中盘5上面容积最大的上室，中盘5下面左边下室与右边下室，两下室以下切线为界。当中轴1作顺时针旋转时，上切线就会向左移出中叶6正上方，在上切线与中叶6之间产生新的上室，原最大上室因此变小，室内气体受到压缩。同时由于下切线的右移左边下室变大。因为外缸接口14进口贯通吸入气体，右边下室变小气体受到压缩。中轴1继续作顺时针旋转，当下切线顺时针从右移到中叶6的正下方时，中盘5在鼓形球缸中的位置是前低后高。前面所述的室容最大原上室变小，成为右边上室，室内气体得到进一步的压缩，左上层新生的左边上室室容继续扩大,在外缸接口14处得以继续充气。同时原右边下层的右边下室气体压缩到设定值，装在下端盖中叶安装槽7右边的线形闸阀3开启,压缩空气经闸阀输出，原右边下室随即消失。左边下层的左边下室扩大变成室容最大的下室,并在外缸进口孔得到气体补充。如果中轴1继续作顺时针旋转，该最大的下室也会变小终将成为右边下室，气体进一步压缩，右边上室变小气体压缩。继而上端盖线形闸阀3打开，输出压缩气体，中盘5在球型缸鼓形腔中的位置将恢复到初始阶段。其中，当中盘5在左高右低，或右高左低时，左边的左边上室、左边下室都与外缸接口14共通的，这一过程要到左边上室、左边下室容积变成最大，变成最大上室或下室时结束。 

当球型缸作为气动机械时，我们同样用中盘5在球缸中第一种位置为例；中盘5前高后低，此时的上切线在中叶6顶端，中盘5上层最大上室还没有与外缸接口14贯通,下层左边下室和外缸接口14贯通。右边下室因起始，所以右边下室中没有可供作功的压缩空气，球缸是静止的，如果此时突然开启右边下室的线形闸阀3，使储气罐内的压缩空气通过闸阀进入右边下室，那该压缩气体就能膨胀作功将中盘5与下端盖锥体相切的下切线向逆时针方向推进，随即右边下室变大，中盘5上层最大上室变小成左边上室，与外缸接口14贯通排出气体,左边下室也变小继续做排气功能。同时上切线向右移出中叶6顶端，中盘5上层中叶6右侧产生一新的右边上室，稍后关闭右边下室的线形闸阀3，继后开启右边上室闸阀，下切线仍会继续做逆时针移动。在中盘5滚柱轴承、斜孔轴承座2的共同作用下，中轴1做逆时针方向旋转。当中盘5在鼓形球腔中处在第二中位置，即前低后高的情况下右边下室已变成最大的下室，在还没有与外缸接口14贯通前，但室内尚有经膨胀作功后较低压力的气体，使中盘5在这部位有上抬的力，右边上室不管此时右边上室线形闸阀3关闭与否，右边上室内压缩气体的压力大于最大下室都会将中盘5的该部位往下压，迫使中盘5上下切线继续作逆时针方向移动而作功 。当下切线离开中叶6底部中叶6与下切线之间，中盘5下层生成新的右边下室，同时原最大下室变小成左下室与外缸出口贯通排气，左边上室继续变小，排出气体。继后右边上室线形闸阀3关闭，右边下室稍后线形闸阀3开启，至此右边下室内压力大于右边上室内该部的压力，中盘5在右边下室该部位产生上抬的力，中盘5右边上室的其余部分仍是向下按的力，其结果是中盘5上、下切线继续做逆时针方向移动迫使中轴1也做逆时针方向旋转。中盘5在鼓形缸体中的位置会回到了初始状态。 

本发明的优越性： 

本发明球缸结构的摆式运动造就压缩机所持有的优越性能，近乎不变的力矩“恒力矩”结构基础，如果再以线型闸阀3相匹配，把球缸压缩机百分之十几的余隙比有可能缩小到千分之一以下，这样的指标，现有的所有压缩机都是不易做到的。如果这样还不算什么，那么要是把它安装在任何一种形式的交通工具上，作为用压缩空气驱动的车或船上又会是什么结果呢。现在各种新能源汽车呼声雀起，但都存在难以逾越的困难。用压缩空气来驱动汽车，国外一百多年前就试行过，之所以没成气候主要有下列问题; 过去各国对环境要求都没现在这么重视当时石油资源丰富廉价所带储气瓶是钢做的很重且有安全隐患。车开不远充气不便。现在旧的一页历史翻过，制约压缩空气作为新能源唯一不足，充气难的问题，由于恒力矩球型缸的发明将会得到彻底的解决。少带气瓶，开的更远，就要求气瓶的压力要高，这对压缩机的动力要求更高。例如压缩机是活塞式的活塞的截面是三十平方厘米，在一个大气压下，要是压三百公斤的压缩气体那活塞上受力将达到九千公斤，这万把公斤的扭力，电动机将会是何等的大，要随车携带就很不方便了。如果使用恒力矩球缸，那么起始扭力是三十公斤的话，当压缩程序终止，即使气体被压到五百公斤，电动机的负荷扭力也不会发生大的变化。这样一来选配压缩机的电动机就主要取决于你对充气时间的忍耐极限。综上所述，只要有市电的地方，均可方便快速充能。

Claims (3)

1.一种用于恒力矩压缩机和气体发动机的球形缸，包括缸体和中轴，所述缸体由球形外缸壁、球型内缸壁和锥形端盖组成，锥形端盖包括上端盖和下端盖，缸体内设置有斜孔轴承座、中轴、中盘和中叶，中轴两端安装在锥形端盖上，球型外缸壁上开一中叶座槽，中叶座槽内设置中叶座，中叶卡在中叶座上，中叶弧面与球形内缸壁球面相切滑动配合，中盘与锥形端盖锥面相切滚动配合，上端盖和下端盖镜像对称处开有两个中叶安装槽，中叶上、下端置于中叶安装槽内，中盘设有中叶槽口，中叶槽口内设中叶滑块，其特征是：中叶滑块两侧各设置一个弹簧管，弹簧管与中叶滑块连接，中叶滑块压紧中叶，上端盖和下端盖的中叶同一侧相对于上端盖和下端盖中心面对称处各设有线型闸阀，线型闸阀相对于中叶的另一侧设置外缸接口，线型闸阀与安装在中轴上的凸轮结构连接，中盘两面中心设置内缸壁与密封环，密封环的底部设置有弹簧，斜孔轴承座上安装滚柱轴承，滚柱轴承上安装中盘。

2.根据权利要求1所述的球形缸，其特征是：所述线形闸阀包括阀床、阀盖和阀舌，阀盖与阀床共同构成闸阀的外壳，阀舌与阀床、阀盖均配合，阀舌与凸轮结构连接。

3.根据权利要求1或2所述的球形缸，其特征是：还设置有定位片，定位片安装在斜孔轴承座上。

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