CN109915371B - 一种非等角啮合的旋叶式变容机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非等角啮合的旋叶式变容机构，包括中间固定体、圆盘和外围旋转件，所述中间固定体的外壁中轴线设置有机体，且中间固定体上设置有径向槽，所述径向槽的槽壁有转孔，且圆盘的中轴线处开有旋转孔，且转孔内壁通过螺钉穿过旋转孔设置在径向槽中，圆盘通过螺栓安装在径向槽内壁，所述圆盘上径向设置有倾斜的啮合槽，且外围旋转件位于机体的外壁。本发明中当旋叶个数比啮合槽个数多时，变容机构可在较低的转速下保证流体获得需要的轴向运动速度，当旋叶个数比啮合槽个数少时，同样的轴向运动速度下，旋叶更加平缓，流体与旋叶之间的相互作用力在轴向的分力更大，从而降低了切向分力的损失。

Description

一种非等角啮合的旋叶式变容机构

技术领域

本发明涉及流体变容技术领域，尤其涉及一种非等角啮合的旋叶式变容机构。

背景技术

变容机构是利用机械运动实现空间容积周期性变化的基本设备之一，其应用范围较广。根据容积周期性变化的特征，变容机构可用作压缩机、真空机、发动机以及各类需要制造流体定向运动的流体动力机械。旋叶啮合式变容机构为主要对比文件，该专利的叶片连接在外部壳体上而非中间，外部壳体又通过连杆连接到中间的转轴上，转轴穿过中间的固定体部分，中间的固定体上有安装圆盘的槽，圆盘在该槽中可以绕圆盘中心旋转，圆盘上也设置有啮合槽，叶片卡在啮合槽中与圆盘保持啮合，于是电机带动最中间部分的转轴旋转，转轴通过连杆绕过转轴之外叶片之内的固定体和外部壳体连接，带动外部壳体旋转，外部壳体和叶片连接，于是叶片在水平面上旋转，叶片和圆盘啮合，于是圆盘也在垂直面上旋转。这是该技术和现有技术明显不同的地方。但是，该技术叶片数量和圆盘上的啮合槽相同，功能上具有一定的限制。

现有泵主要有以下种类：

1.往复活塞式，利用泵腔内活塞的往复运动实现活塞和泵壳之间密闭空间的周期性变化。

2.旋片式，其最大特点是偏心设置的转子带动旋片在月牙形空间中旋转。

3.滚动活塞式，通过偏心轮在泵体内滚动，同时连接滑阀杆摆动，实现对目标设备的压气或抽真空。

4.爪型转子式，通过两个特殊型式的爪型转子啮合旋转，实现两转子与泵壳之间密闭空间的周期性变化。

5.涡旋式，依靠涡旋型定子和涡旋型转子之间的相对运动，实现密封空间的周期性变化。

6.螺杆式，通过双螺杆或者螺杆与星轮之间的相对运动，实现相互啮合密封的空间容积的周期性变化。

7.旋叶式，转子置于中间，泵腔制成椭圆形，转子旋转过程中带动旋片在椭圆形腔室中旋转，实现旋片与泵壳之间密闭空间的周期性变化。

8.转环式，如公布号CN101251106A所述的变容机构，内滚筒和外滚筒同心设置，一个转环与两滚筒分别内切和外切，滑板与内外滚筒相连，并通过滑槽穿过转环，滑槽可在转环上绕槽心旋转，转环的移动轨道被固定，当内外滚筒匀速旋转时，带动转环变速旋转，实现滚筒、转环与滑板之间密闭空间的周期性变化。

9.凸轮式，依靠转轴上的斜盘等凸轮带动活塞运动，实现密闭空间的周期性变化。

10.交叉转轴式，两转轴呈一定角度分布，连接处通过类似万向连接轴的方式连接，连接处构成一个密闭空间，并设置一些旋转板，两转轴旋转的过程中，连接处的密闭空间发生周期性变化。

现有的技术问题是，圆盘的角速度和叶片的角速度大小相同，在很大程度上限制了变容机构的功能，比如，在需要将旋转动能更大程度的转化成轴向水平运动动能的应用场景中，该变容机构的速度转化上限受角速度大小相同的限制，若依靠提高旋转速度大小的方式来获得更大轴向水平运动速度，那么圆盘和叶片的旋转速度都会增大，相应的摩擦损失也会更大，能量利用率也会更低。又如，在需要获得较大轴向水平推力的应用场景，该变容机构也会受到角速度大小相同的限制，叶片在轴向的分力大小也会受到限制。

其中泵体的主要缺点：

1.结构复杂、稳定性差、容积变化量小。

2.结构复杂、往复运动振动大。

3.旋尖磨损较大、密封困难。

4.偏心振动较大、质量平衡困难。

5.密封困难。

6.制造精度高、冷却困难、容积变化量较小。

7.不适用于高压场合。

8.磨损较大、密封困难。

9.转环与滚筒的切线处密封困难。

10.振动较大。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种非等角啮合的旋叶式变容机构。

本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构，包括中间固定体、圆盘和外围旋转件，所述中间固定体的外壁中轴线设置有机体，且中间固定体上设置有径向槽，所述径向槽的槽壁有转孔，且圆盘的中轴线处开有旋转孔，且转孔内壁通过螺钉穿过旋转孔设置在径向槽中，圆盘通过螺栓安装在径向槽内壁，所述圆盘上径向设置有倾斜的啮合槽，且外围旋转件位于机体的外壁，所述外围旋转体的外壁设置有旋叶，且旋叶的个数与啮合槽个数不等，所述旋叶通过啮合槽与圆盘形成啮合配合，所述旋叶和圆盘之间通过啮合旋转，且旋叶和圆盘之间留有可变型空腔。

优选地，所述圆盘呈圆片状，且圆盘通过径向设置的啮合槽沿距离旋转孔一定间隔处延伸至圆盘的外边沿，并倾斜贯通圆盘，圆盘外边沿呈球面状。

优选地，所述中间固定体的上下两平面为圆平面，且其中一个中间固定体的圆平面的中心设置有一根固定轴，所述固定轴中心有一个贯通上下两平面的转轴孔，且中间固定体的上下两圆平面的外边沿分别倾斜设置有绕固定轴旋转形成的上端盖和下端盖，所述圆平面上径向设置的圆盘槽从距离固定轴一定间隔的位置处延伸至距离上下端盖的边沿一定间隔的位置，且垂直圆平面穿过整个中间固定体，所述圆盘槽的宽度和圆盘厚度相等，且圆盘可安装在圆盘槽中，并圆盘与各接触面保持密封，所述中间固定体在圆盘槽中心位置的两边设置有销钉孔，且销钉孔的底端中心平面上设置有螺钉孔，所述圆盘的旋转孔和螺钉孔位于同一水平线上，且上端盖的任意两圆盘槽之间均设置有一个进气孔，下端盖上圆盘槽后侧的紧贴圆盘槽处均设置有一个排气孔，所述中间固定体的上下两圆平面之间设置有鼓状的内弧面。

优选地，所述中间固定体的上下两平面为圆平面，且其中一个圆平面的中心设置有一根固定轴，固定轴中心有一个贯通上下两平面的转轴孔，所述圆平面上的径向槽从距离固定轴一定间隔的位置处延伸至中间固定体外边缘，且垂直圆平面穿透整个中间固定体，所述径向槽的宽度和圆盘厚度相等，且圆盘可安装在径向槽中，圆盘和各接触面保持密封，所述径向槽中心位置的两边设置有销钉孔，且销钉孔的底端的中心平面上设置有螺钉孔，所述圆盘的旋转孔和螺钉孔在一条直线上，且上下两圆平面之间设置有鼓状的圆弧面。

优选地，所述外围旋转件的中心设置有一根可安装于转轴孔之中的转轴，且外围旋转件的外周为圆弧形的旋转壳，转轴和旋转壳通过连杆连接，旋叶连接在旋转壳的内部，所述旋转壳内表面与圆盘外边沿接触并保持密封，且旋叶内边沿与中间固定体的内弧面接触并保持密封。

本发明中的有益效果为：

1.当旋叶个数比啮合槽个数多时，圆盘的角速度大于转轴的角速度，变容机构可以在保证较低的转轴速度下，使变容机构中间的流体获得较大的轴向运动速度，从而减少了机械运动会的摩擦损失，同时，流体在获得较大轴向运动速度时，其跟随叶片的水平旋转速度速度也会更低，更容易获得稳定的流场，降低了流体运动过程中的能量损失。

2.当旋叶个数比啮合槽个数少时，同样的轴向运动速度下，旋叶更加平缓，流体与旋叶之间的相互作用力在轴向的分力更大，从而降低了切向分力的损失。

附图说明

图1为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的零件分解图；

图2为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的整体外观正面轴测图；

图3为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的整体外观正面正视图；

图4为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的整体外观背面轴测图；

图5为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的整体外观背面正视图；

图6为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的中间固定体的正面轴测图；

图7为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的中间固定体的背面轴测图；

图8为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的中间固定体的剖面视图；

图9为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的圆盘示意图；

图10为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的外围旋转体的正面轴测图；

图11为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的外围旋转体的背面轴测图；

图12为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的工作原理步骤一；

图13为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的工作原理步骤二；

图14为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的工作原理步骤三；

图15为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的工作原理步骤四；

图16为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的工作原理步骤五；

图17为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的工作原理步骤六；

图18为本发明提出的一种非等角啮合的旋叶式变容机构的工作原理步骤七。

图中：1中间固定体、2圆盘、3外围旋转体、4销钉、5螺钉、6固定轴、7转轴孔、8上端盖、9下端盖、10圆盘槽、11排气孔、12进气孔、13内弧面、14销钉孔、15螺钉孔、16旋叶啮合槽、17圆盘外边沿、18旋转孔、19旋叶、20转轴、21连杆、22旋转壳、23A腔室、24B旋叶、25A1腔室、26A2腔室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种非等角啮合的旋叶式变容机构是适用于将其它能量转化为流体能量的结构，通过旋叶19和圆盘2的啮合，在上端盖8和下端盖9的适当位置处分别设置进气孔12和排气孔11，以实现对目标设备的抽真空或压气。图1至图18主要以真空机且旋叶个数大于啮合槽个数为例进行说明，若要改装成压缩机，需将固定轴6设置在中间固定体1的另一面，连杆21设置在外围旋转体3的另一面，使进气孔12一侧由连杆21带动旋转壳22旋转，排气孔11一侧固定，并连接到需要压气的目标设备当中。为便于清楚的说明本实施例，以包含固定轴6的一侧记为正面，相对的另一侧记为背面。

如图1所示，本实施例的变容机构主要由中间固定体1、圆盘2、外围旋转体3、销钉4和螺钉5构成，结构简单，零部件极少。作为优选的其中一种方式，本实施例的中间固定体1上设置有四个圆盘槽10，圆盘2上设置有六个旋叶啮合槽16，相应的旋转壳22内表面设置有六片旋叶19。转轴20穿过转轴孔7，将外围旋转体3与中间固定体1组装在一起。螺钉5穿过旋转孔18，并用销钉4将四个圆盘2安装于圆盘槽10中，使圆盘2可以在中间固定体1中绕自身中心自由旋转。旋叶19通过旋叶啮合槽16与圆盘2啮合在一起，其上边沿与上端盖8保持密封，下边沿与下端盖9保持密封，内边沿与内弧面13保持密封。上端盖8和下端盖9与旋转壳22的边沿接触并保持密封。旋叶19、上端盖8、下端盖9、旋转壳22、内弧面13以及圆盘2等可构成密闭空间。上端盖8设置有四个进气孔12，下端盖9设置有四个排气孔11。驱动装置带动转轴20旋转，转轴20通过连杆21带动旋转壳22及旋叶19旋转，旋叶19通过旋叶啮合槽16带动圆盘2绕自身中心旋转。旋叶19和圆盘2在连续旋转的过程中迫使其中的密闭空间连续周期性变化，从而导致进气孔不断吸气，排气孔不断排气。将进气孔12接入目标设备，便可实现抽真空。

如图2、图3所示，为本实施例的整体外观正面图。转轴20从固定轴6中心穿过，在变容机构背面通过连杆21与旋转壳22相连，四个圆盘2安装在旋转槽10中，并关于转轴20对称。上端盖8的四个圆盘槽10之间设置有四个进气孔12，每个圆盘2的两边安装有销钉4，用于固定圆盘2。

如图4、图5所示，为本实施例的整体外观背面图，可以清楚的看出连杆21与旋转壳22连接的样式。四个排气孔11紧贴圆盘2设置在下端盖9上。

零部件构造

如图6所示，为本实施例的中间固定体的正面轴测图。中间固定体1的上下两平面为圆平面，正面的圆平面中心设置有一根固定轴6，用于固定中间固定体1。固定轴6中心有一个贯通上下两圆平面的转轴孔7，用于安装转轴20。上下两圆平面的外边沿分别倾斜设置有绕固定轴6旋转形成的上端盖8和下端盖9。圆平面上径向设置的四个圆盘槽10从距离固定轴6一定间隔的位置处延伸至距离上下端盖外边沿一定间隔的位置，并垂直圆平面穿透整个中间固定体1。圆盘槽10的宽度和圆盘2的厚度相等，圆盘2可安装在圆盘槽10中，并与各接触面保持密封。在圆盘槽10中心位置的两边设置有销钉孔14，用于安装销钉4。销钉孔14之下的中心平面上设置有螺钉孔15，用于安装螺钉5。经过安装后，圆盘2的旋转孔18和螺钉孔15在一条直线上。上端盖8的任意两圆盘槽10之间均设置有一个进气孔12，用于连接目标设备进行抽真空。下端盖9上位于圆盘槽10后侧的紧贴圆盘槽10处设置有排气孔11。上下两圆平面之间设置有鼓状的内弧面13，在变容机构工作过程中与旋叶19的内边沿保持密封。

如图7所示，为本实施例的中间固定体的背面轴测图，可以清楚的看出圆盘槽10及转轴孔7穿透中间固定体1的样式。如图8所示，为本实施例的中间固定体的剖面视图。销钉孔14和螺钉孔15连成一体，螺钉5安装在螺钉孔15中，销钉4安装在销钉孔14中。如图9所示，为圆盘示意图。圆盘2呈圆片状，中心设置有一个旋转孔18，螺钉5穿过旋转孔18并安装在螺钉孔15中，使圆盘2可以在圆盘槽10中绕螺钉5自由旋转。距圆盘2中心一定位置处径向对称分布有六个旋叶啮合槽16，所述槽具有一定倾度，能在旋转过程中与旋叶19保持啮合。圆盘外边沿17为球面状，可与旋转壳22的内表面保持密封。

如图10、图11所示，为本实施例的外围旋转体的正面和背面轴测图。转轴20置于外围旋转体3的中心，六根连杆21连接转轴20和圆弧形旋转壳22。旋转壳22呈圆鼓状，工作过程中旋转壳22的内表面与圆盘外边沿17接触并保持密封，其上下两边沿分别与上下两端盖接触并保持密封。旋转壳22上对称设置有六片旋叶19，经过安装后，其上边沿与上端盖8接触并保持密封，下边沿与下端盖9接触并保持密封，内边沿与中间固定体1的内弧面13接触并保持密封。旋叶19的任一旋线都保持固定倾度，在工作过程中一直与旋叶啮合槽16保持啮合。在旋转平面上观察，任意相邻两旋叶之间有重叠的部分，可使前一旋叶离开同一圆盘的旋叶啮合槽16之前，后一旋叶已经与该圆盘啮合，以保证旋叶19和圆盘2持续稳定的啮合。

本非等角啮合的旋叶式变容机构在作业时，去掉旋转壳22的外层，观察旋叶19的旋转过程，可以清楚的了解到本实施例的变容机构进行抽真空的原理。

如图12-18所示，取某两个圆盘之间的工作腔记为A腔室23，其中某片旋叶19记为B旋叶24。B旋叶24旋转经过A腔室23的过程中，将A腔室23分成上下两侧，下侧记为A1腔室25，上侧记为A2腔室26。如图12所示，B旋叶24刚进入A腔室23，A1腔室25与进气孔12相连，保持吸气，A2腔室26体积较小，属于密闭真空空间。如图13所示，B旋叶24接近进气孔12，A1腔室25仍与进气孔12相连，继续吸气，A2腔室26体积增大，但仍然是密闭真空空间。如图14所示，B旋叶24转过进气孔12，A1腔室25开始压缩气体，A2腔室26开始吸气。如图15所示，B旋叶24上边沿即将移出A腔室23，A1腔室25继续压缩气体，A2腔室26继续吸气。

如图16所示，B旋叶24上边沿移出A腔室23，A1腔室25与排气孔11相连，开始排气，A2腔室26保持密闭，开始压缩气体。如图17所示，B旋叶24即将全部移出A腔室23，A1腔室25继续排气，A2腔室26继续压缩。

如图18所示，B旋叶24全部移出A腔室23，A1腔室25消失，A2腔室26开始排气。由此可见，B旋叶24从开始进入A腔室23到全部移出的过程中，B旋叶24下侧和上侧的工作腔先后经历吸气、压缩和排气的过程。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非等角啮合的旋叶式变容机构，包括中间固定体(1)、圆盘(2)和外围旋转件(3)，其特征在于，所述中间固定体(1)的外壁中轴线设置有机体，且中间固定体(1)上设置有径向槽，所述径向槽的槽壁有转孔，且圆盘(2)的中轴线处开有旋转孔(18)，且转孔内壁通过螺钉(5)穿过旋转孔(18)设置在径向槽中，圆盘(2)通过螺栓安装在径向槽内壁，所述圆盘(2)的上径向设置有倾斜的啮合槽，且外围旋转件(3)位于机体的外壁，所述外围旋转件(3)的外壁设置有旋叶(19)，且旋叶(19)的个数与啮合槽个数不等，所述旋叶(19)通过啮合槽与圆盘(2)形成啮合配合，所述旋叶(19)和圆盘(2)之间通过啮合旋转，且旋叶(19)和圆盘(2)之间留有可变型空腔。

2.根据权利要求1所述的一种非等角啮合的旋叶式变容机构，其特征在于，所述圆盘(2)呈圆片状，且圆盘(2)通过径向设置的啮合槽沿距离旋转孔(18)一定间隔处延伸至圆盘(2)的外边沿，并倾斜贯通圆盘(2)，圆盘(2)外边沿呈球面状。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种非等角啮合的旋叶式变容机构，其特征在于，所述中间固定体(1)的上下两平面为圆平面，且其中一个中间固定体(1)的圆平面的中心设置有一根固定轴(6)，所述固定轴(6)中心有一个贯通上下两平面的转轴孔(7)，且中间固定体(1)的上下两圆平面的外边沿分别倾斜设置有绕固定轴(6)旋转形成的上端盖(8)和下端盖(9)，所述圆平面上径向设置的圆盘槽(10)从距离固定轴一定间隔的位置处延伸至距离上下端盖的

边沿一定间隔的位置，且垂直圆平面穿过整个中间固定体(1)，所述圆盘槽(10)的宽度和圆盘(2)厚度相等，且圆盘(2)可安装在圆盘槽(10)中，并圆盘(2)与各接触面保持密封，所述中间固定体(1)在圆盘槽(10)中心位置的两边设置有销钉孔(14)，且销钉孔(14)的底端中心平面上设置有螺钉孔(15)，所述圆盘(2)的旋转孔(18)和螺钉孔(15)位于同一水平线上，且上端盖(8)的任意两圆盘槽(10)之间均设置有一个进气孔(12)，下端盖(9)上圆盘槽后侧的紧贴圆盘槽(10)处均设置有一个排气孔(11)，所述中间固定体(1)的上下两圆平面之间设置有鼓状的内弧面(13)。

4.根据权利要求1所述的一种非等角啮合的旋叶式变容机构，其特征在于，所述中间固定体(1)的上下两平面为圆平面，且其中一个圆平面的中心设置有一根固定轴(6)，固定轴(6)中心有一个贯通上下两平面的转轴孔(7)，所述圆平面上的径向槽从距离固定轴一定间隔的位置处延伸至中间固定体(1)外边缘，且垂直圆平面穿透整个中间固定体(1)，所述径向槽的宽度和圆盘(2)厚度相等，且圆盘(2)可安装在径向槽中，圆盘(2)和各接触面保持密封，所述径向槽中心位置的两边设置有销钉孔(14)，且销钉孔(14)的底端的中心平面上设置有螺钉孔(15)，所述圆盘(2)的旋转孔(18)和螺钉孔(15)在一条直线上，且上下两圆平面之间设置有鼓状的圆弧面。

5.根据权利要求3所述的一种非等角啮合的旋叶式变容机构，其特征在于，所述外围旋转件(3)的中心设置有一根可安装于转轴孔(7)之中的转轴，且外围旋转件(3)的外周为圆弧形的旋转壳(22)，转轴和旋转壳通过连杆(21)连接，旋叶(19)连接在旋转壳(22)的内部，所述旋转壳(22)内表面与圆盘(2)外边沿接触并保持密封，且旋叶内边沿与中间固定体(1)的内弧面(13)接触并保持密封。

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