CN110546359A - 带有旋转式叶片的机构 - Google Patents

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CN110546359A CN201880026523.XA CN201880026523A CN110546359A CN 110546359 A CN110546359 A CN 110546359A CN 201880026523 A CN201880026523 A CN 201880026523A CN 110546359 A CN110546359 A CN 110546359A
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Abstract

本发明是一种带有旋转式叶片的机构，该机构通常适用于诸如内燃机、液压马达、气动马达、泵和压缩机之类的机器。本发明的主要目的是创造一种机构，该机构包含嵌入在驱动轴上的两个同轴转子(1a，1b)，这两个同轴转子以两个速度交替地转动。每个转子具有至少两个叶片(2)，并且在转子的转动期间，在叶片之间形成容积可变的腔室。当叶片(2)接触在一起时，转子的速度发生变化。旋转速度从V1变化到V2并从V2变化到V1是由变速杆实现的，该变速杆由与转子的轴(1a，1b)互锁的双速棘轮(3)组成，该双速棘轮传递来自转向棘轮(4)的力并将力传递到该转向棘轮。所述双速棘轮(3)和转子的角速度在转向棘轮(4)以恒定速度每旋转180°后变化。整个机构的正确运转通过转向棘轮的啮合来提供，该转向棘轮传递来自双速棘轮(3)的力并将力传递到该双速棘轮，其中同轴转向棘轮(4)传递来自转子(1b)的力，而啮合的棘轮被旋转180°。棘轮的啮合通过驱动轴(7)来实现，该驱动轴与安置在其上的同轴棘轮(6)互锁，该同轴棘轮传递与转向齿轮(4)互锁的同轴棘轮(5)的力并将力传递到该同轴棘轮(5)。

Description

带有旋转式叶片的机构
技术领域
本发明是一种带有旋转式叶片的机构，该机构通常适用于诸如燃机、液压马达、气动马达、泵和压缩机之类的机器。
背景技术
内燃机在不使用电的情况下工作的车辆、轮船和各种移动设备中非常常见。在这里的主要作用是充当二冲程发动机和四冲程发动机。四冲程发动机在机动化中很普遍，但是它具有带有许多可移动部件的复杂结构，这些可移动部件中的许多部件由于其构造而需要持续润滑。二冲程发动机是第二种最常见的发动机。它更简单且更轻便、包含的移动部件更少，并且不需要润滑，从而有助于减小其故障频率。然而，二冲程发动机具有一个严重的缺点，即它不能使全部燃料混合物燃尽，而同时却燃烧掉了作为润滑油添加到燃料中的一些油，这会造成环境污染。第三种选择是汪克尔(Wankel)发动机，该汪克尔发动机由于其偏心旋转式设计而具有体积小、重量轻和无振动的优点。汪克尔发动机的缺点是燃料消耗大、无常性和绝缘问题。另一个选择是带有旋转活塞的阿特金森(Atkinson)循环发动机，但这种发动机无法获得大功率，并且到目前为止，它主要用在某些混合动力汽车中。
迄今为止，来自世界各地的设计人员已经为旋转活塞式发动机提出了许多样式。很好的示例是Andrzej Kuczyński的波兰专利“Maszyna robocza z obrotowymi”(专利149586)、Jerzy 的专利“Silnik z ”(专利170127)或专利175572“Obrotowy silnik spalinowy spalania)”。在该领域的美国解决方案中，我们可以列出例如专利US 6739307和较早的专利US1482628、US1568951、US1579207、US1568052、US1821139、US1904892、US2182269、US2413589、US3396632、US3592571、US3645239、US3909162、US3937187、US3990405、US4026249、US4035111、US4068985、US1568051、US1568053、US4169697、US5433179、US6446595。然而，这些设计今天都没有被广泛使用。到目前为止，还没有一种机构不仅可以用于内燃机的构造中，而且可以用于液压马达和气动马达，以及泵、压缩机和制动系统中。
发明内容
本发明的主要目的是创造一种机构，该机构具有嵌入在驱动轴上的两个同轴转子，这两个同轴转子以两个速度交替地转动，从而产生容积可变的腔室。该机构包括四个基本元件-转子、转向齿轮、接纳齿轮和壳体。
该机构最重要的部分是嵌入在驱动轴上的两个同轴转子，这两个同轴转子以两个速度交替地快速转动。每个转子具有至少两个叶片，并且在转子的转动期间，在叶片之间产生容积可变的腔室。在转子的旋转期间，在叶片之间产生的腔室中的一半腔室的容积增大，另一半腔室的容积减小。具有两个叶片的转子产生四个腔室，具有三个叶片的转子产生六个腔室，具有四个叶片的转子产生八个腔室，依此类推，腔室的数量始终是转子上叶片数量的两倍大。转子以两个速度交替地转动，当第一转子(1a)以速度V1转动时，第二转子(1b)以速度V2转动。在进行角旋转α之后，第一转子(1a)改变其速度并以速度V2转动，而在进行角旋转(α+β)之后，第二转子(1b)将其速度改变为V1并进行角旋转α。速度的依赖关系由公式V2＝k V1示出，其中系数k为k＝(α+β)/α，并且角度α和β之间的相关性为γ＝2α+β＝360°/n，其中
n-表示一个转子上的叶片数量，
γ-表示叶片之间的角距离，
α-表示包含叶片的圆环面部段的角度大小，
β-表示叶片之间可变工作腔室的最大角度大小，
k-表示转子速度之间的相互依赖关系。
每个叶片的纵向截面是圆环面的部段α，该部段的大小取决于叶片的数量和转子的预定速度k。此外，有必要在叶片中在目标平面(2b)的两侧上形成凹痕(2a)，因此，在转子的速度变化时接触在一起的叶片(2)之间会产生空的空间(14)。
旋转速度从V1变化到V2以及从V2变化到V1是由变速杆实现的，该变速杆由双速棘轮(3)组成，该双速棘轮与转子的轴(1a，1b)互锁，该双速棘轮传递来自转向棘轮(4)的力并将力传递到转向棘轮(4)，而双速棘轮(2)的形状由半径为R1的棘轮组成，半径R1经过每个角度(α+β)增加到在部段α内的半径R2。半径增加的部段的数量等于转子上叶片的数量，并且在双速棘轮(3)改变其半径的位点上，锯齿的形状能够使旋转速度改变而又不会损坏棘轮。转向齿轮(4)具有半径为R3(较小)和R4(较大)的两个互锁的半棘轮的形状，并且在棘轮半径改变的位点上，锯齿以与双速棘轮(3)的锯齿匹配的方式成形，存在如下关系：R1+R4＝R2+R3。这样，双速棘轮(3)的角速度在转向齿轮(4)以恒定速度每旋转180°后变化。
整个机构的正确运转需要使转子的旋转速度同时改变。这通过将转向棘轮啮合来实现，该转向棘轮传递来自双速棘轮(3)的力并将力传递到双速棘轮(3)，其中同轴转向棘轮(4)传递来自转子(1b)的力，而啮合的棘轮被旋转180°。棘轮的啮合通过驱动轴(7)来实现，该驱动轴与安置在该驱动轴上的半径为R6的同轴棘轮(6)互锁，该同轴棘轮(6)传递来自与转向齿轮棘轮(4)互锁的半径为R5的同轴棘轮(5)的力并将力传递到该同轴棘轮(5)(图6)。也可以将转向齿轮(5)与图(图7)中所示的驱动轴(9)互锁，或者在第一转子(1a)的轴(8a)位于第二转子(1b)的轴(8b)内部，然后整个转向系统位于一侧的情况下(图8)，将两个转向齿轮(4)与一个转向齿轮(5)相附接。
另一个重要因素是根据设备类型而不同的壳体。液压马达和泵的壳体(10)包含入口(12)和喷嘴(13)，这些入口和喷嘴位于每个叶片(2)上方正好在叶片(2)在速度改变期间发生相切的位点，入口和喷嘴的尺寸适于叶片的尺寸，其完全覆盖排放口。此外，在液压马达的情况下，当液体流改变其方向时，以及在泵和压缩机的情况下，当驱动轴改变其旋转方向时，入口变成喷嘴，并且喷嘴变成入口(图4)。
在内燃机的情况下，壳体的构造略有不同，以允许压缩和排气冲程。内燃机的壳体(11)包含入口(12)和喷嘴(13)，这些入口和喷嘴位于每个叶片(2)上方正好在叶片(2)在速度改变期间发生相切的位点处，入口和喷嘴的尺寸适于叶片的尺寸，其完全覆盖排放口。然而，对于至少一对叶片而言，没有排放口，但是在壳体中在空的空间(14)上方在相切位点处有凹痕(15)，并且在火花点火发动机的情况下，该凹痕包含火花塞，或者在自发点火发动机的情况下，该凹痕包含喷射器。
由于缺少摩擦部件，实现本发明的可能的好处是提高了设备的效率和耐用性。带有叶片的转子的旋转以及在转子之间传递角动量使得没有振动并以高容积工作，从而使得每质量单位能够获得相当大的功率。少量的简单机械部件不仅减轻了设备的重量，而且降低了生产成本。本发明使得能够构造在当今技术状况下不可能构造的设备。例如，通过改变驱动换挡件的旋转方向并同时通过将受压的管线连接到被我们转换为液压马达的泵上，可以使泵改变泵送的方向。
在以下附图中给出了本发明的原型。假设转子的旋转速度V1和V2的特征在于依赖关系V2＝2V1，而半径R6＝R1且R5＝R4。因此，估计双叶片转子中的叶片的角直径为α＝60°(图11)，在三叶片转子中α＝40°(图12)并且在四叶片转子中α＝30°(图13)。
附图说明
图1为带有双叶片转子的机构-轴测图，
图2为带有三叶片转子的机构的一半-轴测图，
图3为带有四叶片转子的机构的一半-轴测图，
图4为具有带有双叶片转子的机构的泵-横截面，
图5为具有带有双叶片转子的机构的内燃机-横截面，
图6为带有双叶片转子的机构-纵向截面，
图7为带有驱动轴的机构-纵向截面，
图8为一侧带有斜齿轮的机构-纵向截面，
图9为带有双叶片转子的机构的转向齿轮，
图10为带有双叶片转子的机构的接纳齿轮，
图11为对于V2＝2V1的叶片的尺寸和距离-带有双叶片转子的机构，
图12为对于V2＝2V1的叶片的尺寸和距离-带有三叶片转子的机构，
图13为对于V2＝2V1的叶片的尺寸和距离-带有四叶片转子的机构。
在这些附图中，使用以下附图标记：
-第一转子(la)，
-第二转子(1b)；
-叶片(2)，
-叶片中的凹痕(2a)，
-叶片的切平面(2b)，
-双叶片转子的双速棘轮(3)，
-三叶片转子的双速棘轮(3a)，
-四叶片转子的双速棘轮(3b)，
-转向齿轮(4)
-棘轮r5(5)，
-棘轮r6(6)，
-驱动轴(7)，
-转子轴(8a)，
-转子轴(8b)，
-转向轴(9)，
-液压马达和泵的壳体(10)，
-内燃机的壳体(11)，
-入口(12)，
-喷嘴(13)，
-接触在一起的叶片之间空的空间(14)，
-内燃机的壳体中的火花塞坑(15)。
具体实施方式
机构的构造有很多选择。例如，轴的直径会影响机构内的作用力，而形成工作腔室的圆环面的形状和尺寸会影响设备的性能。轴旋转一圈的循环次数受叶片数量和棘轮(5和6)的直径的影响。并且，简单的轴使得能够在一个轴上放置许多设备。基于该机构的所有设备都将在旋转期间执行所有工作阶段。泵和压缩机此时将燃料吸入腔室中，从而增大了腔室的容积，并同时又将燃料推出腔室外，从而减小了腔室的容积。在内燃机的情况下，伴随发生四个冲程：具有入口的渐增工作腔室中的进气冲程、不具有入口的渐减腔室中的压缩冲程、不具有入口的减增工作腔室中的点火冲程、以及具有喷嘴的渐减腔室中的排气冲程。基于带有两个叶片的一种机构的这种发动机性能等于典型的直列四缸发动机性能。毫无疑问地，在选择设备参数方面的这种极大的灵活性使我们有机会为每种机器(链锯、割草机、摩托车和其他车辆和船只)选择合适的推进力。

Claims (6)

1.一种带有旋转式叶片的机构，所述机构包括：转子，所述转子以两个速度交替地转动，当第一转子(1a)以速度V1转动时，第二转子(1b)以速度V2转动，在进行角旋转α之后，转子(1a)改变其速度并以速度V2转动，而另一个转子(1b)在进行角旋转(α+β)之后将其速度改变为V1并进行角旋转α，其中，角度α限定了圆环面的一部段，该部段指定了叶片(2)的形状，并且角度β表示所述叶片(2)之间的可变工作腔室的最大角度大小，速度的依赖关系由公式V2＝kV1示出，其中，系数k为k＝(α+β)/α，以及角度α和β之间的相关性为γ＝2α+β＝360°/n，其中，n表示一个转子上的叶片数量，并且γ表示所述叶片之间的角距离。
2.一种带有旋转式叶片的机构，所述机构包括：转子，所述转子包含至少两个叶片(2)，所述至少两个叶片均匀地安置在由公式γ＝360°/n定义的角距离内，其中，n表示一个转子上的叶片数量，每个转子的叶片都是在目标平面(2b)的两侧上具有凹痕(2a)的圆环面部段α，这导致在所述转子的速度变化时接触在一起的所述叶片(2)之间产生空的空间(14)。
3.一种带有旋转式叶片的机构，所述机构包括：旋转速度从V1变化到V2且从V2变化到V1是由变速杆实现的，所述变速杆由双速棘轮(3)组成，所述双速棘轮与转子的轴(1a，1b)互锁，所述双速棘轮传递来自转向棘轮(4)的力并将力传递到所述转向棘轮，而双速棘轮(2)的形状由半径为R1的棘轮组成，所述半径R1经过每个角度(α+β)增加到在部段α内的半径R2，因此半径增加的部段的数量等于转子上叶片的数量，并且在所述双速棘轮(3)改变其半径的位点上，锯齿的形状能够使旋转速度改变而又不会损坏所述棘轮，转向齿轮(4)具有半径为R3(较小)和R4(较大)的两个互锁的半棘轮的形状，并且在棘轮半径改变的位点上，锯齿以与所述双速棘轮(3)的锯齿匹配的方式成形，存在如下关系：R1+R4＝R2+R3，这样，所述双速棘轮(3)的角速度在转向齿轮(4)以恒定速度每旋转180°后变化。
4.一种带有旋转式叶片的机构，所述机构包括：使转子的旋转速度同时改变通过转向棘轮的啮合来实现，所述转向棘轮传递来自双速棘轮(3)的力并将力传递到所述双速棘轮，其中同轴转向棘轮(4)传递来自转子(1b)的力，而啮合的棘轮被旋转180°，以及棘轮的啮合通过驱动轴(7)来实现，所述驱动轴与安置在所述驱动轴上的半径为R6的同轴棘轮(6)互锁，所述同轴棘轮传递来自与转向齿轮棘轮(4)互锁的半径为R5的同轴棘轮(5)的力并将力传递到所述同轴棘轮(5)，也能够将转向齿轮(5)与图(图7)中所示的驱动轴(9)互锁，或者在第一转子(1a)的轴(8a)位于第二转子(1b)的轴(8b)内部，然后整个转向系统位于一侧的情况下，将两个转向齿轮(4)与一个转向齿轮(5)相附接。
5.一种带有旋转式叶片的机构，所述机构包括：液压马达和泵的壳体(10)，所述壳体包含入口(12)和喷嘴(13)，所述入口和所述喷嘴安置在每个叶片(2)上方正好在所述叶片(2)在速度改变期间发生相切的位点处，所述入口和所述喷嘴的尺寸适于叶片的尺寸，其完全覆盖排放口，并且，在液压马达的情况下，当液体流改变其方向时，以及在泵和压缩机的情况下，当驱动轴改变其旋转方向时，入口变成喷嘴，并且喷嘴变成入口。
6.一种带有旋转式叶片的机构，所述机构包括：内燃机的壳体(11)，所述壳体包含入口(12)和喷嘴(13)，所述入口和所述喷嘴安置在每个叶片(2)上方正好在所述叶片(2)在速度改变期间发生相切的位点处，所述入口和所述喷嘴的尺寸适于叶片的尺寸，其完全覆盖排放口，然而，对于至少一对叶片而言，没有排放口，但是在所述壳体中在权利要求2中所述的空的空间(14)上方有凹痕(15)，在火花点火发动机的情况下，所述凹痕包含火花塞，或者在自发点火发动机的情况下，所述凹痕包含喷射器。
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