CN1105224C - 旋转活塞构造的容积式活塞机构 - Google Patents

Abstract

与主轴(6)构成一体的小叶轮(7)偏心地配置在大叶轮(8)内，该大叶轮设在轴承罩(9)内，是由保持轴承的环形筒构成的，在该大叶轮(8)与小叶轮(7)的相向部等分点处刻有相互按规定朝向倾斜的1对滑槽(12)、(13)，在该滑槽(12)、(13)内呈架桥状地嵌插着具有规定弯曲角度的弯曲叶片(14)，在侧罩(10)的规定部位配设有吸入口和排出口(16)、(17)，而以往的叶片式旋转机构必须将叶片压靠在凸轮环上间隔成容积逐渐变化的室，由于是这种结构，故存在着下述问题，即叶片前端易磨损、难以构成对叶片进行合适的推压动作的机构，难以同时具备相互矛盾的两种功能，这两种功能是在确保密封性的前提下顺利地进行旋转滑动的功能和密封功能，而本发明机构则解决了这一难题。

Description

旋转活塞构造的容积式活塞机构

技术领域

本发明涉及一种新型的旋转活塞构造的容积式活塞机构。

背景技术

在与泵、鼓风机、压缩机等内燃机有着可逆关系的容积式活塞机械的领域内，旋转活塞构造的所谓叶片式旋转机构早就在工业上应用了。

例如旋转鼓风机，如图8所示，在框体1的圆形室部2内设有叶片5，该叶片可在偏心安装的叶轮3的辐射状的槽4内自由滑动，由于离心力的作用，叶片5的端部边压靠在圆形室部2的周面上、边在高速旋转着的叶轮3的槽4内滑动，在叶片5的作用下，将空气及其他流体从吸入侧压送到排出侧。

在上述叶片式旋转机构上，必须将叶片(叶片5)压靠在凸轮环(圆形室部2)上，分隔成容积逐渐变化的室，由于是这种构造，必然存在着下述难题，即叶片前端部易磨损，难以构成对叶片进行合适推压动作的机构，难以同时确保相互矛盾的两种功能，这两种功能是在确保密封性的前提下顺利地进行旋转滑动的功能和密封功能。

目前，只不过是通过战术性研究解决了上述各课题，其效果有限。

本发明鉴于上述情况，战略性地改变叶片式旋转机构，解决了全部应解决的上述课题，其目的在于提供一种不必仅依靠叶片的前端来改变容积大小的新型机构，从而解决了起因于将改变容积的负担只加在叶片的前端上的上述各种难点的机构。

发明的公开

为了达到上述目的，本发明的旋转活塞构造的容积式活塞机构包括：小叶轮，该小叶轮与主轴构成一体，偏心地配置在保持轴承罩的筒状大叶轮内；在该大叶轮与小叶轮的相向部上等分地形成的倾斜滑槽；滑动地安装到所述滑槽中的叶片，每个叶片被弯曲成k角度；以及，设置在侧罩上的吸入口和排出口，其中倾斜滑槽形成在小叶轮和大叶轮的等分位置处，小叶轮上的每个槽以相对通过相应的等分位置的径向成第一倾斜角α地形成，大叶轮上的每个槽以相对通过相应的等分位置的径向成第二倾斜角β地形成，每个叶片的宽度由

h＝2·r·sin(ε/2)·cos(α-ε/2)和

d＝2·1·sin(ε/2)·cos(β+ε/2)其中之一限定，其中h和d是每个叶片的宽度，r是小叶轮的半径，ε是与通过小叶轮外表面上两个交叉点的小叶轮的弦相对应的圆心角，所述交叉点在其中一个叶片的相对侧上，1为大叶轮的半径，而且，

0°＜α＜90°，0°＜β＜90°，以及α+β+ε＝180°。

小叶轮和大叶轮通过架桥的弯曲叶片在平衡点一同旋转，其间容积的变化是弯曲叶片在滑槽内滑动而实现的，不影响旋转的顺利性和密封效果。

结果，彻底地解决了以往单臂伸出的叶片前端承担极大负担的构造方面的特殊情况而存在的难点。

附图的简单说明

图1是本发明机构在叶片泵上的应用说明正视图。

图2是本发明机构在叶片泵上的应用说明侧视图。

图3是本发明机构成立的几何学说明图。

图4是本发明机构成立的几何学说明图。

图5是本发明机构成立的几何学说明图。

图6是本发明机构在叶片式液压马达上的应用说明正视图。

图7是本发明机构在热机上的应用说明正视图。

图8是以往的机构、即旋转鼓风机之正视图。

实施发明的最佳方式

根据图1、图2对本发明实施形态进行说明。

与主轴6成为一体的小叶轮7偏心地配置在由环状筒构成的大叶轮8内。

该大叶轮8设在轴承罩9内，对轴承进行保持。

当然，上述小叶轮7、大叶轮8是用螺栓11等夹装在组装的侧罩10、10′之间。

在小叶轮7与大叶轮8的相向部上，刻有相互按规定朝向倾斜的成对的滑槽12，…13，…，而且在该滑槽12、13之间架桥状地嵌插着具有规定弯曲角度的弯曲叶片14，…。

于是，可提供一种独特的旋转机构，该机构的作用是：随着小叶轮7的旋转，大叶轮8通过经常求平衡架桥点的弯曲叶片14而一同旋转。

该旋转机构通过弯曲叶片14而形成分区室15，…，这些分区室的容积随着旋转而变化。

该弯曲叶片14只在滑槽12，13内滑动。

这里可以提供与以往的叶片旋转机构完全不同的，具有同样功能的机构，以往的叶片式旋转机构是这样改变容积的，即边将悬臂叶片前端推压在固定的凸轮上、边滑动而改变容积。

下面根据图3-图5，从几何学的角度来探讨上述机构的成立。

图3中，O是半径为r的小圆的中心点，O′是半径为1的大圆的中心点。半径OA与半径O′B边保持平行、边旋转。

保持平行地旋转的半径OA和半径O′B处于任意旋转位置时，对该状态进行下述作图。

通过半径OA的点A画1条与半径OA构成定角α的直线AC，假设角α右转的角为锐角。下面，通过半径O′B的点B画1条与半径O′B构成定角β的直线BC，假设角β左转的角为锐角。假设直线AC与直线BC的交点为C，交角为K。

在上述作图中，由于OA//O′B，故∠CDA＝∠CBE＝β。

在ΔCAD中，∠CAD＝α∠CDA ＝β∠ACD＝K，∠CAD+∠CDA+∠ACD＝α+β+K＝180°，K＝180°-(α+β)，由于α和β为定角，故K也为定角。

下面，根据图4说明。

预先，在0°＜α＜90°、0°＜β＜90°、α+β+K＝180°的条件下，适当地决定3个角α、β及K，再用这些角进行下述作图。

适当地决定偏心量O′O，画半径为OA的小圆和半径为O′B的大圆。然后在半径OA的任意旋转位置，通过点A画1条与半径OA构成角α的直线AC，设角α为右旋转的角。接着，将点F定在直线AC上的适当位置上，通过点F画1条与直线AC构成角K的直线FG，假设角K为右旋转角。将点G定在直线FG上的适当位置上，通过点G画1条与直线FG构成角β的直线GH，假设角β为右旋转角。接着，再画出与直线GH平行的大圆的半径O′B。然后，再通过点B画1条与直线FG平行的直线BC。在上述图中，下述关系成立。

因为FG//CI、GH//O′B，所以∠ACD＝∠HCI＝∠HFG＝K、∠CBE＝∠CIH＝∠FGH＝β关系成立。

因此，

∠CAD+∠CBE+∠ACD＝α+β+k＝180°

在ΔCAD中

∠CAD+∠CDA+∠ACD＝180°

从以上关系可知∠CDA＝∠CBE

·因为OD//O′B，所以半径OA与半径O′B平行。

于是，以图4为基础可以制造下述机构。

在点(C将直线HC和直线IC结合起来，做成弯曲的线，假设这条线为曲线HCI。进而将曲线HCI看作弯曲的细棒，假设该细棒是弯曲角为K的弯曲棒HCI。

将半径为OA的小圆看作小圆板a，在小圆板a上刻1条与线AH相当的细槽。

将半径O′B′的圆当作大圆板B，假设半径O′B的大圆是在大圆板b内画出的图形。

以半径O′B与半径O′B′之差BB′为宽度制作环形板C，环形板C的厚度与小圆板a的厚度相等，在该环形板C上刻1条与线BI相当的细槽。将该环形板C与大圆板b的圆周相一致地重合起来，并固定在大圆板b上。

将具有上述形状的弯曲棒与大圆板b、小圆板a像下述那样组合起来。

也就是说，设大圆板b与小圆板a的偏心量为O′O，将小圆板a重合在大圆板b上。大圆板b以点O′为中心旋转，小圆板a以点O为中心旋转。接着，将弯曲棒HCI插入小圆板a的细槽和环形板c的细槽内，弯曲棒HCI在细槽内滑动。

因此，利用动力使小圆板a旋转时，小圆板a的旋转力以弯曲棒HCI为媒介物使大圆板b旋转。这时，在大圆板b上画出的大圆的半径O′B，使与小圆板a的小圆之半径OA保持平行地进行旋转，即小圆板a和大圆板b进行等角速度旋转。即使改变偏心量O′O，上述动作也成立。

根据图5来说明对曲线HCI定宽度的方法。

首先，在小圆板a的半径OA处于任意位置的状态下画出曲线HCI。在0°＜α＜90°、0°＜β＜90°、α+β+K＝180°的条件下，适当地决定α、β及K，用该α、β及K值画出曲线HCI，制图方法采用和上述画曲线HCI的方法一样制图方法进行。在该图形上，与曲线HCI相对应的位置上的小圆板a的半径OA与大圆板b的半径O′B平行。

接着，通过曲线HCI与小圆板A的交点A画出弦AJ，假设弦AJ的长度一定。画通过J点的半径OJ。假设与弦AJ相对的中心角为q。

平行于半径OJ画出O′K线。画出通过K点的弦BK。假设与弦BK相对的中心角为ρ。

通过J点，画出1条平行于直线AH的直线JP。通过K点，画出1条平行于直线CI的直线KQ。

假设直线JP与直线KQ的交点为L。在L点将直线PL和直线LQ结合起来划曲线。假设该线为曲线PLQ。

从上述图形可知下述关系成立。

在∠BO′K和∠AOJ中，因为边OA与边O′B、边OJ与边O′K都是朝相同方向平行，所以，∠BO′K＝∠AOJ，ρ＝ε，因为二等边三角形BO′K和二等边三角形AOJ为相似三角形，所以下式成立。 $\stackrel{\‾}{\mathrm{BK}}=\frac{\stackrel{\‾}{O^{\′}B}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{OA}}}\stackrel{\‾}{\mathrm{AJ}}=\frac{1}{r}\stackrel{\‾}{\mathrm{AJ}}$

因为弦AJ的长度一定，所以弦BK的长度也一定。

因此，在曲线HCI和曲线PLQ上，边HC与边PL是按一定间隔平行的，边IC与边QL也是按一定间隔平行的。

这里，进行下述作图。

通过A点画出垂直于直线CH的线段AM，假设线段AM的长度为h。通过点B画出垂直于直线CI的线段BN，假设线段BN的长度为d。

从上述作图可知下述式子成立。 $\∠\mathrm{JAM}=\∠\mathrm{OAJ}-\∠\mathrm{OAM}=\∠\mathrm{OAJ}-$

$\∠\mathrm{KBN}=\∠\mathrm{RBN}-\∠\mathrm{RBK}=\∠\mathrm{RBN}-$

$-\mathrm{\ρ})-\mathrm{\β}\}=\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\ρ}}{2}=\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{2}$ $\stackrel{\‾}{\mathrm{AJ}}=2\stackrel{\‾}{\mathrm{OA}}\sin \frac{\mathrm{\ϵ}}{2}=2r\sin \frac{\mathrm{\ϵ}}{2}$ $\stackrel{\‾}{\mathrm{BK}}=2\stackrel{\‾}{O^{\′}B}\sin \frac{\mathrm{\ρ}}{2}=2l\sin \frac{\mathrm{\ϵ}}{2}$ $h=\stackrel{\‾}{\mathrm{AJ}}\cos \∠\mathrm{JAM}=2r\sin \frac{\mathrm{\ϵ}}{2}\cos$ $(\mathrm{\α}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{2})=r2\cos (\mathrm{\α}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{2})\sin \frac{\mathrm{\ϵ}}{2}$ $=r\{\sin (\mathrm{\α}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{2}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{2})-\sin (\mathrm{\α}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{2}$ $-\frac{\mathrm{\ϵ}}{2}\left)\right\}=r\{\sin \mathrm{\α}-\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\ϵ})\}$ $d=\stackrel{\‾}{\mathrm{BK}}\cos \∠\mathrm{KBN}=2l\sin \frac{\mathrm{\ϵ}}{2}\cos$ $(\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{2})=l2\cos (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{2})\sin \frac{\mathrm{\ϵ}}{2}$ $=l\{\sin (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{2}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{2})-\sin (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\ϵ}}{2}$ $-\frac{\mathrm{\ϵ}}{2}\left)\right\}=l\{\sin (\mathrm{\β}+\mathrm{\ϵ})-\sin \mathrm{\β}\}$

因此，h和d为一定长度。

这里，假设用线段AM和线段BN将曲线HCI和曲线PLQ结合成一体，则可把它看作在曲线HCI上具有h和d宽度的形状。

把在曲线HCI上设有宽度、并且还设有厚度的机构称作弯曲叶片。

于是，可以证明上述图1、图2中的旋转机构成立(也可以假设不用边罩10、10′进行闭塞)。

因此，如图1、图2所示，如果根据用途在边罩10、10′的规定部位上设例如吸入口及排出口16、17，便可作为旋转活塞构造的容积式活塞机构运转。

如上所述，由于本发明可以成立，故在容积变化时，分区室构成的弯曲叶片所要求的动作通过桥脚部在滑动槽内滑动即可，因此，可望能大大提高驱动的平稳性和密封性。

工业上应用的可能性

下面对本发明在工业上应用的各种例子进行说明。

在上述图1、图2中，上述要领的基础是在泵的情况下设定吸入口、排出口16、17。

即，将小叶轮7的外侧之内周分成n等分(n的值适当决定)。在该几个等分点的各个位置上设间隔为h的滑槽12，…。该槽内做成倾斜状，对于通过等分点的半径r的倾斜角度为α。

下面，将大叶轮8的内侧之内周同样分成n等分。在该n个等分点的各个位置上设间隔为d的滑槽13、…。该滑槽13做成倾斜状，对于通过等分点的半径1的倾斜角度为β。

只要把成为上述要领的弯曲叶片14、…组装起来即可，图中的各定角设定如下。

α＝32°，β＝43°，K＝105°，ε＝8°。

该结构中，由于用n个弯曲叶片14将大叶轮8与小叶轮7之间的环状间隙隔开，故可形成几个分区室15、…。

因此，当该机械的主轴6和固定在主轴6上的小叶轮7向左旋转时，弯曲叶片14便成为媒介体，使大叶轮8向左旋转，几个分区室15、…也向左旋转移动。

各分区室15向左旋转1转时，各分区室15的容积便加大和减小1次。分区室15的容积增大时，从吸入口16往分区室15内吸入流体，分区室15的容积减小时，分区室15内的流体从排出口17往分区室15外部排出，这样就使泵运转。

该泵的流体排出量根据大小叶轮8、7的偏心量的变化而增减。

下面，将应用于叶片式液压马达上的情况示于图6。

这是在图1的叶片泵上，把流体排出口17作为流体入口18，把流体吸入口16改造为流体流出口19，因此是成立的。可制造这种机械装置，即把产生高压流体的装置22组合在经过上述改造的旋转构造体上的机械装置。

因此，可以从流入口18不断地将从产生高压流体的装置流出的高压流体供给经过改造的弯曲叶片泵的分区室15′内。流入分区室15′内的流体的压力作用于弯曲叶片14′，作用于该弯曲叶片14′的压力使主轴6′向右旋转。分区室15′也向右旋转移动。分区室15′旋转移动到流出口19的位置时，分区室15′内的流体便从流出口19排出到分区室15′外面。

因此，作为流体压力旋转马达工作。

另外，对在热机上应用弯曲叶片式液压马达的例子进行说明。

如图7所示，在上述弯曲叶片式液压马达上，取消流体流入口18，设流入孔20来代替，该流入孔是流入热气体用的小孔。流入孔20的设置位置是当马达的分区室15′向右旋转移动时，分区室15′的容积开始增加时的位置。接着，将弯曲叶片式液压马达的流体流出口19作为排出热气体的排气口21。把经过改造的弯曲叶片式液压马达当作热气体弯曲叶片式液压马达。

将产生高温高压气体的装置23组合在热气体弯曲叶片式液压马达上。其动作如下述。

从热气体弯曲式液压马达的几个分区室15′、…中选择位于热气体流入孔20处的1个分区室15′，对该分区室15′的动作进行说明。

首先，使来自高温高压气体发生装置23的高温高压气体不断地从热气体流入孔20流入位于热气体流入孔20位置的分区室15′的室内。流入分区室15′内的高温高压气体，其压力作用于构成分区室15′的一对弯曲叶片14′上。这时，2片弯曲叶片14、14′受到相互向相反方向推的压力作用。但是，受压力作用的2个弯曲叶片14、14′的面积存在着差异，故对主轴6的转矩产生差异，该转矩之差使主轴6向右旋转，分区室15′也向右旋转移动。

随着室的旋转移动，分区室15′的容积增大，高温高压气体向分区室15′内流入。由于该高温高压气体的压力连续作用在弯曲叶片14′上，于是主轴6连续旋转，分区室15′也连续旋转移动。

接着，分区室15′旋转移动，通过热气体流入孔20时，高温高压气流停止向分区室15′内流入。然后，当分区室15′旋转移动时，分区室15′的容积增大，分区室15′内的高温高压气体便进行绝热膨胀。由于该绝热膨胀的压力连续地作用在弯曲叶片14′上，故主轴6连续旋转，分区室15′也连续旋转移动。

分区室15′旋转移动，当移动至热气体排出口21的位置时，分区室15′内的热气体便从热气体排出口21向分区室15′外部排出。

上述动作在其他的分区室15′向右旋转移动、移动到热气体的流入口位置的情况下同样成立，故旋转力连续作用在主轴6上。因此，该机械装置可作为热机运转。

Claims (4)

1.一种旋转活塞构造的容积式活塞机构，其包括：小叶轮，该小叶轮与主轴构成一体，偏心地配置在保持轴承罩的筒状大叶轮内；

在该大叶轮与小叶轮的相向部上等分地形成的倾斜滑槽；

滑动地安装到所述滑槽中的叶片，每个叶片被弯曲成k角度；以及，

设置在侧罩上的吸入口和排出口，其中倾斜滑槽形成在小叶轮和大叶轮的等分位置处，小叶轮上的每个槽以相对通过相应的等分位置的径向成第一倾斜角α地形成，大叶轮上的每个槽以相对通过相应的等分位置的径向成第二倾斜角β地形成，每个叶片的宽度由

h＝2·r·sin(ε/2)·cos(α-ε/2)和

d＝2·1·sin(ε/2)·cos(β+ε/2)其中之一限定，其中h和d是每个叶片的宽度，r是小叶轮的半径，ε是与通过小叶轮外表面上两个交叉点的小叶轮的弦相对应的圆心角，所述交叉点在其中一个叶片的相对侧上，1为大叶轮的半径，而且，

0°＜α＜90°，0°＜β＜90°，以及α+β+ε＝180°。

2.一种叶片泵，是由权利要求1所述的旋转活塞构造的容积式活塞机构构成的。

3.一种叶片马达，是由权利要求1所述的旋转活塞构造的容积式活塞机构构成的。

4.一种热机，是由权利要求1所述的旋转活塞构造的容积式活塞机构构成的。

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