CN105822889A - 圆缺转子变容技术及其油泵、马达 - Google Patents

Abstract

圆缺转子变容技术及其油泵、马达；本发明属机械制造领域。确切的讲：是一种同步圆缺转子的变容结构及技术。本技术及装置采用了同步圆缺轮方法，所生成的变容技术依赖于元缺轮与配流孔的遮挡配合，在2个圆缺轮同步的支配下，实现长程线性的间歇工作方式，使用多组并联工作并错开各自的线性工作窗口及相互之间融合切换模式，具有流量大，工作寿命长优点；可以广泛应用于工业设备中。

Description

圆缺转子变容技术及其油泵、马达

所属领域：

本发明属机械制造领域。确切的讲：是一种同步圆缺转子与半月转子同步密闭配合的变容结构及技术。

生成的变容技术依赖于元缺轮与配流孔的遮挡配合，在2个圆缺轮同步的支配下，实现长程线性的间歇工作方式，使用多组并联工作并错开各自的线性工作窗口及相互之间融合切换模式，具有流量大，工作寿命长优点；可以广泛应用于工业设备中

技术背景：

各种机油泵用在众多车辆中，发动机怠速运转时，机油泵的转速一般也只有600-1000r/min左右。由于转子泵的转子，通常只有4个齿(齿间的变容空间较小)，因此，当机油泵处于低速旋转时，因转子齿数较少，一部分机油泄漏回到进油膛的时间相对就多，泵出的油量相对就少，机油压力也就较低。这是转子式机油泵的特点。尤其当机油泵用旧之后，各部分因磨损而间隙增大，泵油时泄漏量就大，机油压力往往就会低于0.08PMa这时仪表板上的机油压力过低警报灯就会。遇有此种情况，可将发动机转速提高，当转速达到1000r/min以上时，警报灯熄灭，说明机油压力随机油泵转速提高而提高，发动机能正常运转，因不是轴承间隙过大引起的油压过低，不会引起烧轴承的危险。目前所使用的各种机油泵；其大致的性能及优缺点如下：

叶片泵：叶片泵的结构较齿轮泵复杂,但其工作压力较高,且流量脉动小,工作平稳,噪声较小,寿命较长.所以它被广泛应用于机械制造中的专用机床,自动线等中低液压系统中,但其结构复杂,吸油特性不太好,对油液的污染也比较敏感；,结构经改进的高压叶片泵最大的工作压力可达16.0～21.0Mpa。叶片泵由转子,定子,叶片和端盖等组成.定子具有圆柱形内表面,定子和转子间有偏心距.叶片装在转子槽中,并可在槽内滑动,当转子回转时,由于离心力的作用,使叶片紧靠在定子内壁,这样在定子,转子,叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作空间,当转子回转时,叶片逐渐伸缩,叶片间的工作空间逐渐改变,叶片泵在转子每转一周,每个工作空间完成一次吸油和压油,因此称为单作用叶片泵.转子不停地旋转,泵就不断地吸油和排油。

特点：工作压力较高,脉动小,噪声较小,寿命较长。

缺点：转速较低，流量中等。

离心泵：离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力(大气压)的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。

特点：转速较高，脉动极小,噪声较小,寿命较长。

缺点：输出压力较低，流量中等。

普通齿轮泵：齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。

特点：工作压力较中等,脉动较大,寿命较长，转速较高。

缺点：脉动较大，流量较小。

内啮合齿轮泵(转子泵)：内啮合齿轮泵有许多优点,结构紧凑,体积小,零件少,转速可高达10000r/mim,运动平稳,噪声低,容积效率较高等.缺点是流量脉动大,转子的制造工艺复杂等,目前已采用粉末冶金压制成型.随着工业技术的发展,摆线齿轮泵的应用将会愈来愈广泛内啮合齿轮泵可正,反转,可作液压马达用.

特点：工作转速较低,脉动小,噪声较小，转速较高。

缺点：流量中等，,寿命一般。

活塞泵：活塞泵适用于高压、小流量的场合，特别是流量小于100米3/小时，排出压力大于9.8兆帕时，更显示出它较高的效率和良好的运行性能。它吸入性能好，能抽吸各种不同介质、不同粘度的液体。因此，在石油化学工业、机械制造工业、造纸、食品加工、医药生产等方面应用很广。低中速活塞泵速度低，可用人力操作和畜力拖动，适用于农村给水和小型灌溉。活塞泵的流量Q＝0.71～6000米3/小时，排出压力P2≤39.2兆帕，大多数情况下P2≤24.5兆帕。

特点：工作压力很高,脉动较小,寿命较长。

缺点：流量大，转速中等，体积大,噪声较大。

技术方案：

本发明的目的是解决已有技术的不足之处：给出优化的技术原理设计：在最大压力、工作寿命、供油油量及低脉动性上等综合性能全面占优的技术路线。

本发明的特点：绝对线性：融合过度：并联同步：驱动，工作区间绝对线性。

技术关键归为以下几点：

第一点：在8字型的腔体内，圆缺转子与半月转子的阶段性无滑动驱动，圆缺转子的突出部分可以在半月转子的缺口通过。

第二点：多级等相位角度差值并联工作模式。

第三点：融合切换工作模式：在半月转子的尖端柱面区域或与该尖端相互接触的圆缺转子的区域可以选择加工有泄流槽，该槽在半月转子的扇形构造的尖端部位加工有沿着圆周方向的泄流槽(30)，泄流槽(30)所涉及的范围可以在1-5度的圆周范围上；泄流槽(30)的特点是越靠近圆缺的开口截面积越大，越是远离圆缺的开口位置，截面积越小，直至减少为零，产生压力及流量的线性渐变。

第四点：圆缺转子与半月转子的阶段性无滑动的相互驱动，可以通过光滑表面在一定压力下的摩擦力来实现，也可以通过加工齿牙进行齿轮的齿合。

第五点：所有圆缺转子与半月转子的同步驱动，它们同轴刚性连接，在任意时刻，至少一组工作腔体的圆缺转子与半月转子保持驱动状态，因而保证其它腔体脱离接触的圆缺转子与半月转子保持同步转动。

技术方案要点补充为：

圆缺转子变容技术该技术；该变容的主体是；在油泵腔体A上加工有：进油孔或排油孔(1)及(2)，(9)为腔体底部，(10)为腔体柱面壁，(7)为圆缺转子轴孔，(8)为半月转子轴孔；圆缺转子构件C是由：圆缺转子(3)是由2个扇形组成，所对应的半径分别为：R1及R2，小圆柱面表面可以加工成光滑表面或是齿轮状；半月转子(5)可以看成是1个较大的扇形构造，其圆柱面表面也可以加工成光滑表面或是齿轮状；其扇形的角度略大于240度，对于3级腔体单元的并联工作模式；半月转子构件B构造：(6)为半月转子轴，(4)为圆缺转子轴；油泵端盖D构造：(11)为油泵端盖，(12)为端盖圆缺转子轴孔，(13)为端盖半月转子轴孔，对于多级腔体单元的并联工作模式，油泵端盖只需要1个，下面1级腔体单元可以共用上1级的为腔体底部(9)作为油泵端盖；油泵/马达整体装配图E：为1个单独的腔体单元，当多级腔体单元的并联工作时；是将其各自的半月转子轴(6)及各自圆缺转子轴(4)刚性对接或使用统一的一体化轴；各组的圆缺转子(3)与各组半月转子(5)之间相位关系，按等角度间距关系排列；达成稳定工作需要满足条件：H＝2R2；算式中：H为圆心间距；R1大于R2；R1/R2越接近1，腔体的有效工作时间越长，半月转子的圆面R2部分是用于与圆缺转子的小圆R2面无滑动切合或齿合，在此期间处于隔离进/排油孔状态，亦工作状态；其特征就在于：在8字型的腔体内，圆缺转子与半月转子是阶段性无滑动驱动，圆缺转子的突出部分可以在半月转子的缺口通过；腔体可以单一工作，也可以是多级腔体等相位角度差值的并联工作模式，在多级腔体的并联工作模式下各半月转子轴及圆缺转子轴是刚性连接或使用统一的一体化轴，且2轴是同步转动的；融合切换工作模式可以通过：在半月转子的尖端柱面区域或与该尖端相互接触的圆缺转子的区域加工有泄流槽，该槽在半月转子的扇形构造的尖端部位加工有沿着圆周方向的泄流槽(30)，泄流槽所涉及的范围可以在1-10度的圆周范围上；泄流槽的特点是越靠近圆缺的开口截面积越大，越是远离圆缺的开口位置，截面积越小，直至减少为零，产生压力及流量的线性渐变；融合切换工作模式也可以通过：对进油孔或排油孔的渐变收窄化处理，使得未被遮挡的油孔面积渐变减少直至为0或渐渐增加直至最大，通过油孔面积的减小的节流作用控制流量及压力的渐变过渡；融合切换工作模式还也可以通过：采取以上的运动部件的泄流槽方式及对进油孔或排油孔的渐变收窄化处理的结合方案，综合作用；圆缺转子与半月转子的阶段性无滑动的相互驱动，可以通过光滑表面在一定压力下的摩擦力来实现，也可以通过在2接触表面上加工齿牙进行齿轮的齿合，或者使用外同步齿轮来实现；所有圆缺转子与半月转子的同步驱动，它们同轴刚性连接，在任意时刻，至少一组工作腔体的圆缺转子与半月转子保持驱动状态，因而保证其它腔体脱离接触的圆缺转子与半月转子保持同步转动；达成稳定工作需要满足条件：H＝2R2，即圆缺转子的小圆部分的半径与半月转子的圆周部分的半径相等。

圆缺转子变容技术该技术的泄流槽(30)的特征是：当1个单独的腔体单元单独运行时，如果对于2/3工作圆周的半月转子的构造扇形角度是略大于240度(此时应该是最少3个腔体并联工作，每个腔体中转子的相位角度相差120度)，如果对于1/2工作圆周的半月转子的构造扇形角度是略大于180度(此时应该是最少2个腔体并联工作，每个腔体中转子的相位角度相差180度)，半月转子的工作圆周的接近整数比设计有利于多级腔体的融合并联叠加驱动的脉动减弱；可以在半月转子的扇形构造的尖端部位加工有沿着圆周方向的泄流槽(30)，泄流槽(30)所涉及的范围可以在1-10度的圆周范围上；泄流槽(30)的特点是越靠近圆缺的开口截面积越大，越是远离圆缺的开口位置，截面积越小，直至减少为零；液体最大压力或流量的平顶宽度要略小于240度，最小压力或流量的底部宽度要略大于240度；对于3腔体单元的并联工作，每一个腔体圆缺转子的转动角度相差120度，任何时刻都有2个腔体处于工作状态中，在2个腔体的工作/间歇过度区间，严格的讲：3个腔体都在工作，1个处于完全正常工作状态中，另外2个处于过度工作状态中，其总的流量或压力之和保持不变稳定；保持流量/力矩的稳定性，减少脉动；因而相邻的2级腔体单元的并联工作模式是：圆缺转子的相位夹角为120度，在正常工作到接近交叠区间时，由于泄流槽(30)的作用，流量或压力开始下降，另一级腔体单元也是由于泄流槽的作用，流量或压力开始由零渐渐变大，很快达到稳定数值，但2级腔体单元的的流量或压力之和保持不变，实现平稳切换，极大的减小脉动；(33)为工作曲线，(34)为融合叠加后的脉动曲线，接近于直线。P为压力或流量坐标值，T为时间坐标轴。

实施案例：

图1圆缺转子变容技术原理示意图。

图2圆缺转子变容泵结构运行示意图。

图3多级并联工作下的融合切换过度过程示意图。

附图说明：

以下结合附图就较佳实施例对本发明作进一步说明：

附图标注说明：

A–油泵腔体

B–半月转子构件

C–圆缺转子构件

D–油泵端盖

E–油泵整体装配图

a–0-60度油泵运行图

b–60-120度油泵运行图

c–120-180度油泵运行图

d–180-240度油泵运行图

e–240-300度油泵运行图

f–300-360度油泵运行图

g–360度密封切换瞬间运行图

(1)进油孔或排油孔

(2)进油孔或排油孔

(3)圆缺转子

(4)圆缺转子轴

(5)半月转子

(6)半月转子轴

(7)圆缺转子轴孔

(8)半月转子轴孔

(9)腔体底部

(10)腔体柱面壁

(11)油泵端盖

(12)端盖圆缺转子轴孔

(13)端盖半月转子轴孔

(21)吸油腔

(22)排油腔

(23)啮合或压合线

(24)工作区结束点

(25)间歇贯通区间

(26)工作区开始点

(30)泄流槽

(33)工作曲线

(34)融合叠加后的脉动

如图1所示：

油泵腔体A上加工有：进油孔或排油孔(1)及(2)，(9)为腔体底部，(10)为腔体柱面壁，(7)为圆缺转子轴孔，(8)为半月转子轴孔。

圆缺转子构件C是由：圆缺转子(3)是由2个扇形组成，所对应的半径分别为：R1及R2，小圆柱面表面可以加工成光滑表面或是齿轮状；半月转子(5)可以看成是1个较大的扇形构造，其圆柱面表面也可以加工成光滑表面或是齿轮状；其扇形的角度略大于240度(对于3级腔体单元的并联工作模式)。

半月转子构件B构造：(6)为半月转子轴，(4)为圆缺转子轴。

油泵端盖D构造：(11)为油泵端盖，(12)为端盖圆缺转子轴孔，(13)为端盖半月转子轴孔，对于多级腔体单元的并联工作模式，油泵端盖只需要1个，下面1级腔体单元可以共用上1级的为腔体底部(9)作为油泵端盖。

油泵/马达整体装配图E：为1个单独的腔体单元，当多级腔体单元的并联工作时；是将其各自的半月转子轴(6)及各自圆缺转子轴(4)刚性对接或使用统一的一体化轴；各组的圆缺转子(3)与各组半月转子(5)之间相位关系，按等角度间距关系排列。

达成稳定工作需要满足条件：

H＝2R2

算式中：H为圆心间距；R1大于R2；R1/R2越接近1，腔体的有效工作时间越长。

Q为半月转子缺口的开角，对于3个腔体组合工作的情况来说：约为略大于120度，R1/R2可以接近5/3.

如图2所示：

间歇性工作原理：当圆缺转子逆时针转动时，(21)将作为吸油腔，(22)将作为排油腔；当圆缺转子顺时针转动时，(22)将作为吸油腔，(21)将作为排油腔。啮合或压合线(23)是圆缺转子与半月转子的接触区域，接触方式有2种：光滑面的压力密和及齿合，齿合时需要在所有半径为R2柱面上加工上拟合齿。

当圆缺转子与半月转子的接触区密闭区间时，油泵或马达是处于工作状态中，此时：圆缺转子的突出的R1部分作为活塞，来改变其与2个油孔的距离，起到2个油腔的变容作用，且绝对线性(在光滑压合密和的条件下)。

(24)为工作区结束点，之后，圆缺转子与半月转子的接触区域完毕，圆缺转子与半月转子开始停止接触，此区间也称作为：间歇贯通区间(25)；一直到工作区开始点(26)位置，圆缺转子与半月转子又开始接触密和，间歇贯通状态结束。

工作区间：a–b–c–d；转过角度为0----240度；e–f为间歇贯通区间，变容过程结束，在此区间内，圆缺转子的突出的R1部分始终至少遮挡进油孔、排油孔中的1个孔，或同时遮蔽这2个孔；使得这2个孔始终不能贯通；这一点无论是作为油泵还是马达都是必须的。

图中：a为：0-60度油泵运行图，b为60-120度油泵运行图，c为120-180度油泵运行图，d为180-240度油泵运行图，e为240-300度油泵运行图，f为300-360度油泵运行图。

g为360度密封切换瞬间运行图，对于间歇贯通区间(25)，工作区开始点(26)与工作区结束点(24)的工作开启/停止切过度状态模式换极为重要！严格的做到瞬间突变切换是不可能的，但是如果因势利导，导引圆缺转子与半月转子的接触区域的泄流状态，就可以线性展宽过度期间的液体压力及流量变化，与另外一个并联工作的腔体单元做到融合切换：

具体方式为：对于3腔体单元的每2个之间的融合切换，对于每一个腔体单元的工作区间要略微超过240度，液体最大压力或流量的平顶宽度要略小于240度，最小压力或流量的底部宽度要略大于240度。

如图3所示：

当1个单独的腔体单元单独运行时，(对于3级腔体单元的并联工作模式)如果半月转子的构造扇形角度略大于240度，可以在半月转子的扇形构造的尖端部位加工有沿着圆周方向的泄流槽(30)，泄流槽(30)所涉及的范围可以在1-5度的圆周范围上；泄流槽(30)的特点是越靠近圆缺的开口截面积越大，越是远离圆缺的开口位置，截面积越小，直至减少为零.

液体最大压力或流量的平顶宽度要略小于240度，最小压力或流量的底部宽度要略大于240度；对于3腔体单元的并联工作，每一个腔体圆缺转子的转动角度相差120度，任何时刻都有2个腔体处于工作状态中，在2个腔体的工作/间歇过度区间，严格的讲：3个腔体都在工作，1个处于完全正常工作状态中，另外2个处于过度工作状态中，其总的流量或压力之和保持不变稳定；保持流量/力矩的稳定性，减少脉动。

因而相邻的2级腔体单元的并联工作模式是：圆缺转子的相位夹角为120度，在正常工作到接近交叠区间时，由于泄流槽(30)的作用，流量或压力开始下降，另一级腔体单元也是由于泄流槽的作用，流量或压力开始由零渐渐变大，很快达到稳定数值，但2级腔体单元的的流量或压力之和保持不变，实现平稳切换，极大的减小脉动。

(33)为工作曲线，(34)为融合叠加后的脉动曲线，接近于直线。P为压力或流量坐标值，T为时间坐标轴。

Claims (3)

1.圆缺转子变容技术该技术；该变容的主体是；在油泵腔体A上加工有：进油孔或排油孔(1)及(2)，(9)为腔体底部，(10)为腔体柱面壁，(7)为圆缺转子轴孔，(8)为半月转子轴孔；圆缺转子构件C是由：圆缺转子(3)是由2个扇形组成，所对应的半径分别为：R1及R2，小圆柱面表面可以加工成光滑表面或是齿轮状；半月转子(5)可以看成是1个较大的扇形构造，其圆柱面表面也可以加工成光滑表面或是齿轮状；其扇形的角度略大于240度，对于3级腔体单元的并联工作模式；半月转子构件B构造：(6)为半月转子轴，(4)为圆缺转子轴；油泵端盖D构造：(11)为油泵端盖，(12)为端盖圆缺转子轴孔，(13)为端盖半月转子轴孔，对于多级腔体单元的并联工作模式，油泵端盖只需要1个，下面1级腔体单元可以共用上1级的为腔体底部(9)作为油泵端盖；油泵/马达整体装配图E：为1个单独的腔体单元，当多级腔体单元的并联工作时；是将其各自的半月转子轴(6)及各自圆缺转子轴(4)刚性对接或使用统一的一体化轴；各组的圆缺转子(3)与各组半月转子(5)之间相位关系，按等角度间距关系排列；达成稳定工作需要满足条件：H＝2R2；算式中：H为圆心间距；R1大于R2；R1/R2越接近1，腔体的有效工作时间越长；其特征就在于：在8字型的腔体内，圆缺转子与半月转子是阶段性无滑动驱动，圆缺转子的突出部分可以在半月转子的缺口通过；腔体可以单一工作，也可以是多级腔体等相位角度差值的并联工作模式，在多级腔体的并联工作模式下各半月转子轴及圆缺转子轴是刚性连接或使用统一的一体化轴，且2轴是同步转动的；融合切换工作模式可以通过：在半月转子的尖端柱面区域或与该尖端相互接触的圆缺转子的区域加工有泄流槽，该槽在半月转子的扇形构造的尖端部位加工有沿着圆周方向的泄流槽(30)，泄流槽所涉及的范围可以在1-10度的圆周范围上；泄流槽的特点是越靠近圆缺的开口截面积越大，越是远离圆缺的开口位置，截面积越小，直至减少为零，产生压力及流量的线性渐变；融合切换工作模式也可以通过：对进油孔或排油孔的渐变收窄化处理，使得未被遮挡的油孔面积渐变减少直至为0或渐渐增加直至最大，通过油孔面积的减小的节流作用控制流量及压力的渐变过渡；融合切换工作模式还也可以通过：采取以上的运动部件的泄流槽方式及对进油孔或排油孔的渐变收窄化处理的结合方案，综合作用；圆缺转子与半月转子的阶段性无滑动的相互驱动，可以通过光滑表面在一定压力下的摩擦力来实现，也可以通过在2接触表面上加工齿牙进行齿轮的齿合，或者使用外同步齿轮来实现；所有圆缺转子与半月转子的同步驱动，它们同轴刚性连接，在任意时刻，至少一组工作腔体的圆缺转子与半月转子保持驱动状态，因而保证其它腔体脱离接触的圆缺转子与半月转子保持同步转动；达成稳定工作需要满足条件：H＝2R2，即圆缺转子的小圆部分的半径与半月转子的圆周部分的半径相等。

2.圆缺转子变容油泵、马达；基本工作过程为：其特征就在于：在圆缺转子变容油泵、马达中，使用了本文献中的圆缺转子变容技术。

3.如权利要求1圆缺转子变容技术该技术的泄流槽(30)的特征是：当1个单独的腔体单元单独运行时，如果对于2/3工作圆周的半月转子的构造扇形角度是略大于240度，如果对于1/2工作圆周的半月转子的构造扇形角度是略大于180度，半月转子的工作圆周的接近整数比设计有利于多级腔体的融合并联叠加驱动的脉动减弱；可以在半月转子的扇形构造的尖端部位加工有沿着圆周方向的泄流槽(30)，泄流槽(30)所涉及的范围可以在1-10度的圆周范围上；泄流槽(30)的特点是越靠近圆缺的开口截面积越大，越是远离圆缺的开口位置，截面积越小，直至减少为零；液体最大压力或流量的平顶宽度要略小于240度，最小压力或流量的底部宽度要略大于240度；对于3腔体单元的并联工作，每一个腔体圆缺转子的转动角度相差120度，任何时刻都有2个腔体处于工作状态中，在2个腔体的工作/间歇过度区间，严格的讲：3个腔体都在工作，1个处于完全正常工作状态中，另外2个处于过度工作状态中，其总的流量或压力之和保持不变稳定；保持流量/力矩的稳定性，减少脉动；因而相邻的2级腔体单元的并联工作模式是：圆缺转子的相位夹角为120度，在正常工作到接近交叠区间时，由于泄流槽(30)的作用，流量或压力开始下降，另一级腔体单元也是由于泄流槽的作用，流量或压力开始由零渐渐变大，很快达到稳定数值，但2级腔体单元的的流量或压力之和保持不变，实现平稳切换，极大的减小脉动；(33)为工作曲线，(34)为融合叠加后的脉动曲线，接近于直线。P为压力或流量坐标值，T为时间坐标轴。