CN115638094A - 凸轮式空气泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凸轮式空气泵，包括泵壳、驱动装置、活塞、气缸、进气管、排气管以及驱动机构。驱动装置转动设置于泵壳内部，驱动装置侧面内凹有环状凹槽，泵壳外侧贯通连接有若干个气缸，活塞包括活塞头、连杆以及球头，活塞头滑动设置在气缸内部，球头滑动设置在驱动装置的环状凹槽内部。进气管上串联有阀，排气管上串联有单向阀，所有的排气管均与总排气管贯通连接。本发明抽气时，当活塞室的容积最大后，活塞可以固定不动，维持一端时间，进而延长抽气时间，使得活塞室内部气压与外接气压等同，抽气阶段活塞室的进气量最大化。

Description

凸轮式空气泵

技术领域

本发明属于空气泵，具体涉及为凸轮式空气泵。

背景技术

气泵或称为空气压缩泵或空气压缩机，是一种很常见的空气增压设备，被广泛的应用于各个领域。在汽车上，同样得到了应用，为空气悬架或其它需要高压空气空气的机构提供高压空气。

现有的气泵多采用活塞连杆的结构，活塞连杆的连接方式与发动机的相同，连杆转动，带动活塞在气缸内部滑动，实现抽气跟加压排气。

这样活塞连杆结构，活塞由上止点运行到下止点，然后紧接着从下止点运行到上止点，活塞位于气缸内部的位置是一直持续变化的，使得抽气行程与排气行程的时间相同。再抽气行程中，活塞运行到下止点后，就继续上移，没有停留。这就会造成活塞室内部抽气的气体容量并没有填充到极致，活塞室内部气压还小于外界气压时，活塞就上移开始准备排气了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种凸轮式空气泵，本发明抽气时，当活塞室的容积最大后，活塞可以固定不动，维持一端时间，进而延长抽气时间，使得活塞室内部气压与外接气压等同，抽气阶段活塞室的进气量最大化。

本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：

凸轮式空气泵，包括泵壳、驱动装置、活塞、气缸、进气管、排气管以及驱动机构。

所述的驱动装置转动设置于泵壳内部，驱动装置的输入轴上端垂直穿设至泵壳外部，驱动机构带动输入轴旋转。

驱动装置侧面内凹有环状凹槽，环形凹槽的行线包括若干个间隔布置、同心等径的维持曲线以及相邻两个维持曲线之间凸出设置的凸轮曲线。

泵壳外侧贯通连接有若干个气缸，气缸的轴线沿维持曲线的径向分布。

所述的活塞包括活塞头、连杆以及球头，活塞头以及球头分别与连杆两端连接，活塞头滑动设置在气缸内部，球头滑动设置在环状凹槽内部。

与气缸内部贯通连接的进气管以及排气管均设置于气缸背离泵壳的端面上。

进气管上串联有阀，排气管上串联有单向阀，所有的排气管均与总排气管贯通连接。

优选的，所述的驱动装置包括上下依次设置上转盘以及下转盘，上转盘与下转盘通过螺栓连接。

下转盘上端面内凹有凹槽，上转盘下端棉内凹有凹槽，两个环形凹槽的径向截面弧度均大于等于°、小于°，两个凹槽相扣组成环状凹槽，环状凹槽背向驱动装置轴线的一侧设有开口。

上转盘上方垂直固定连接有输入轴，输入轴轴线与维持曲线轴线重合。

优选的，所述的凸轮曲线包括依次连接的抽气曲线以及排气曲线。

抽气曲线与排气曲线的线长相同，抽气曲线的曲率大于排气曲线的曲率。

优选的，所述的活塞头内部中空布置，活塞头的外侧圆轴面上凹设有若干个活塞环槽，活塞环槽内部套设有活塞环。

优选的，所述的下转盘的底部外侧套设有与其固定连接的齿环，齿环的齿面朝上布置。

所述的连杆上同轴固定有齿轮，齿轮与齿环啮合连接。

优选的，所述的气缸两端敞口布置，一端敞口与泵壳贯通连接、另一端敞口罩设有面板，进气管以及排气管与面板固定连接。

气缸与泵壳连接的一端内侧凸设有环状凸台，环状凸台与面板之间卡设有陶瓷缸套，活塞头滑动设置于陶瓷缸套内部。

优选的，所述的气缸的内壁中设有环状的散热腔，散热腔朝向陶瓷缸套的端面设有若干个第二通孔。

所述的气缸底面设有于散热腔贯通连接的入口，气缸顶面设有与散热腔贯通连接的出口。

优选的，所述的入口哦直径大于出口直径，所述的出口的形状为圆台状。

优选的，所述的阀采用电磁阀，泵壳内部设有传感器，传感器控制电磁阀的开关。当活塞头移动至最靠近维持曲线轴线的位置时，传感器检测到信号。

优选的，所述的进气管的直径大于排气管的直径。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：

(1)环状凹槽包含抽气曲线、排气曲线以及维持曲线，维持曲线可以保证活塞室的容积保持一段时间不变，这样可以延长进气时间，提高进气量。

(2)驱动装置带动多个活塞运动，可以保证每时每刻至少有一个气缸在排气，进而保证了总排气管排气的连贯性以及压力的稳定性。

(3)抽气曲线与排气曲线的曲率不同，使得抽气时活塞运行速度大于排气时活塞运行速度，进而提高抽气效率。

图中：1-泵壳、101-下泵壳、1011-下连接半圆槽、1012-定位槽、102-上泵壳、1021-上连接半圆槽、2-驱动装置、201-下转盘、2011-定位凸轴、202-上转盘、2021-输入轴、203-齿环、204-环状凹槽、2041-抽气曲线、2042-排气曲线、2043-维持曲线、3-活塞、301-活塞头、3011-活塞环槽、3012-第一散热片、302-连杆、3021-加强筋、303-球头、304-齿轮、4-活塞环、5-支撑环、501-下支撑环、5011-半圆凹槽、502-滚珠、503-上固定环、5031-第一通孔、6-气缸、601-面板、602-第二散热片、603-散热腔、604-第二通孔、605-入口、606-出口、608-凸台、7-陶瓷缸套、8-进气管、9-阀、10-排气管、11-单向阀、12-排气连接管、1201-总排气管、13-驱动机构、14-固定支架。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明凸轮式空气泵外形图，

图2为本发明凸轮式空气泵纵向分解图，

图3为本发明凸轮式空气泵横向分解图，

图4为本发明凸轮式空气泵剖视图，

图5为本发明凸轮式空气泵泵体外形图，

图6为本发明凸轮式空气泵驱动机构外形图，

图7为图6的剖视图，

图8为图6的分解图，

图9为本发明凸轮式空气泵支撑环分解图，

图10为本发明凸轮式空气泵活塞剖视图，

图11为本发明凸轮式空气泵气缸剖视图，

图12为本发明凸轮式空气泵凸轮行线示意图。

图中：1-泵壳、101-下泵壳、1011-下连接半圆槽、1012-定位槽、102-上泵壳、1021-上连接半圆槽、2-驱动装置、201-下转盘、2011-定位凸轴、202-上转盘、2021-输入轴、203-齿环、204-环状凹槽、2041-抽气曲线、2042-排气曲线、2043-维持曲线、3-活塞、301-活塞头、3011-活塞环槽、3012-第一散热片、302-连杆、3021-加强筋、303-球头、304-齿轮、4-活塞环、5-支撑环、501-下支撑环、5011-半圆凹槽、502-滚珠、503-上固定环、5031-第一通孔、6-气缸、601-面板、602-第二散热片、603-散热腔、604-第二通孔、605-入口、606-出口、608-凸台、7-陶瓷缸套、8-进气管、9-阀、10-排气管、11-单向阀、12-排气连接管、1201-总排气管、13-驱动机构、14-固定支架。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明凸轮式空气泵作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

凸轮式空气泵，包括泵壳1、驱动装置2、活塞3、气缸6、进气管8、排气管10以及驱动机构13。

所述的泵壳1包括上下扣接的上泵壳102以及下泵壳101，下泵壳101以及上泵壳102的主体为圆形，两者的通过螺栓固定连接。

下泵壳101圆周面外侧贯通连接有若干个下连接半圆槽1011，上泵壳102的圆周面外侧贯通连接有若干个上连接半圆槽1021。下连接半圆槽1011与上连接半圆槽1021一一对应，且相互扣合连接，下连接半圆槽1011与上连接半圆槽1021扣合后形成一个圆管。

所述的驱动装置2转动设置于泵壳1内部，驱动装置2转轴与泵壳1的轴线重合。

驱动装置2的输入轴2021上端垂直穿设至泵壳1外部，输入轴2021轴线与泵壳1的轴线重合。驱动机构13带动输入轴2021旋转，本实施例中，驱动机构13采用电机，电机的输出轴朝下布置，通过联轴器与输入轴2021连接。驱动机构13通过固定支架14与上泵壳102外顶面固定连接。为了减少振动，固定支架14与上泵壳102以及驱动机构13连接处可增设减震装置，例如减震橡胶垫。

驱动装置2侧面内凹有环状凹槽204，环形凹槽204的行线包括若干个间隔布置、同心等径的维持曲线2043以及相邻两个维持曲线2043之间凸出设置的凸轮曲线。

泵壳1外侧贯通连接有若干个气缸6，气缸6的轴线沿维持曲线2043的径向分布，气缸6与下连接半圆槽1011以及上连接半圆槽1021扣合后形成一个圆管同轴贯通连接。

所述的活塞3包括活塞头301、连杆302以及球头303，活塞头301以及球头303分别与连杆302两端连接，活塞头301滑动设置在气缸6内部，球头303滑动设置在环状凹槽204内部。活塞头301与气缸6的面板601之间的空间为活塞室。

为了避免移动过程中球头303脱落，本实施例中，环状凹槽204径向截面的内壁弧度小于等于350°、大于180°，因此形成一个弧度小于180°的开口。球头303直径与环状凹槽204径向截面的直径相同，这样球头303一部分漏至环状凹槽204外部，与连杆302固定连接。球头303漏至环状凹槽204外部的面积小于球头303总面积的一半，保证球头303卡设在环状凹槽204内部。

这样旋转驱动装置2，球头303沿环形凹槽204的行线移动，进而推拉或是头301。当球头303与凸轮曲线接触时，推拉活塞头301。当球头303与维持曲线2043接触时，活塞头301不动，且处于离输入轴2021轴线最近的位置。

与气缸6内部贯通连接的进气管8以及排气管10均设置于气缸6背离泵壳1的端面上。

进气管8上串联有阀9，排气管10上串联有单向阀11，所有的排气管10均通过一个环状的排气连接管12与总排气管1201贯通连接。

阀9可以采用单向阀，只能通过进气管8向气缸6内部进气。但为了减少进气被压，本实施例中，所述的阀9采用电磁阀，泵壳1内部设有传感器，传感器控制电磁阀的开关，当活塞头301移动至最靠近维持曲线2043轴线的位置时，传感器检测到信号。传感器检测到信号后，控制阀9开启，向气缸6内部抽气。传感器可以采用行程开关，与泵壳1内壁固定连接，传感器的型号以及与阀9的连接控制方式均采用现有技术。

活塞头301向背离进气管8的方向移动，增大活塞室的容积，进而提高活塞室的真空度，当活塞头301碰撞到传感器后，阀9开启，在压差的作用下，外部空气被抽入到活塞室内部。然后球头303与维持曲线2043接触，活塞头301位置不动，保持抽气状态持续一端时间，这样可以保证活塞室内部的充气量，直至活塞室内部压力与气压等同。然后球头303再次与凸轮曲线接触，活塞头301向排气管10的方向移动，传感器失去信号，阀9关闭。当活塞室内部气压大于单向阀11后，活塞室内部空气排入到排气管10内部。

为了增加吸气效果，本实施例中，所述的进气管8的直径大于排气管10的直径。同时，所述的凸轮曲线包括依次连接的抽气曲线2041以及排气曲线2042，抽气曲线2041与排气曲线2042的线长相同，抽气曲线2041的曲率大于排气曲线2042的曲率。当球头303与抽气曲线2041接触时，活塞室空间扩大，当球头303与排气曲线2042接触时，活塞室空间缩小。抽气曲线2041与排气曲线2042的线长相同，保证了活塞头301的行程相同，抽气曲线2041的曲率大于排气曲线2042的曲率，使得活塞头301抽气时移动的速度大于排气时移动的速度，增大抽力，提高吸气效率。

维持曲线2043又能保证抽气时间，进一步的提高抽气效率，能够确保在进入到下一个排气行程之前，活塞室内部的气压达到外界气压，充满气。

为了使球头303安装进入到环状凹槽204内部，所述的驱动装置2包括上下依次设置上转盘202以及下转盘201，上转盘202与下转盘201通过螺栓连接。

下转盘201上端面内凹有凹槽，上转盘202下端棉内凹有凹槽，两个环形凹槽的径向截面弧度均大于等于95°、小于180°，两个凹槽相扣组成环状凹槽204，环状凹槽204背向驱动装置2轴线的一侧设有开口。

上转盘202上方垂直固定连接有输入轴2021，输入轴2021轴线与维持曲线2043轴线重合。下转盘201下方凸设又定位凸轴2011，定位凸轴2011轴线与输入轴2021轴线重合。

下泵壳101的底面色还有定位槽1012，定位凸轴2011上套设有转动轴承，并插入至定位槽1012内部。

驱动装置2转动时，如果其与泵壳1内壁接触，那么会额外产生摩擦阻力，如果不与泵壳1接触，那么驱动装置2缺乏支撑，在转动过程中，可能会产生偏移，长时间会造成输入轴2021的磨损。

为了解决上述技术问题，本实施例中，在驱动装置2的上下两端均设有一个环状的支撑环5。所述的支撑环5包括下支撑环501、滚珠502以及上固定环503，下支撑环501端面上凹设有若干个半圆凹槽5011，滚珠502转动设置于半圆凹槽5011内部。上固定环503上设有若干个第一通孔5031，上固定环503与下支撑环501通过螺栓固定连接，滚珠502一部分穿过第一通孔5031漏至上固定环503外部。第一通孔5031的截面为圆台状，可以避免滚珠502脱离。下支撑环501与泵壳1内壁固定连接，滚珠502与驱动装置2上下两个端面抵接。

这样两个支撑环5将驱动装置2夹在中间，起到支撑限位的作用，通过滚珠502可以自由转动，又能减少驱动装置2转动时的摩擦阻力。

为了减轻活塞3的重量，所述的活塞头301内部中空布置，且朝向球头303的一端敞口布置。活塞头301的外侧圆轴面上凹设有若干个活塞环槽3011，活塞环槽3011内部套设有至少3个活塞环4。活塞环4增加活塞室的气密性。

为了增加连杆302与活塞头301的连接强度，连杆302通过若干根与其交叉布置的加强筋3021与活塞头301腔室内壁连接。活塞头301在使用过程中会产生热量，如果不能及时排出，会增加活塞室内部温度，进而减少活塞室内部的容气量，为此，本实施例中活塞头301腔室内壁中设有若干个环状的第一散热片3012。

所述的气缸6两端敞口布置，一端敞口与泵壳1中下连接半圆槽1011与上连接半圆槽1021扣合后形成一个圆管贯通连接，气缸6与泵壳1通过螺栓固定连接，连接处涂抹密封胶或放置密封垫。另一端敞口罩设有面板601，面板601与气缸6接触面设有密封胶，两者通过螺栓固定连接。

进气管8以及排气管10与面板601固定连接，并于活塞室贯通连接。

气缸6与泵壳1连接的一端内侧凸设有环状凸台608，环状凸台608与面板601之间卡设有陶瓷缸套7，活塞头301滑动设置于陶瓷缸套7内部。陶瓷缸套7可以增加耐磨强度，避免拉缸。

所述的气缸6的内壁中设有环状的散热腔603，散热腔603朝向陶瓷缸套7的端面设有若干个第二通孔604。

所述的气缸6底面设有于散热腔603贯通连接的入口605，气缸6顶面设有与散热腔603贯通连接的出口606。散热腔603内部可以注入冷却水进行强制冷却，也可以通过空气的流动采用自然冷却。强制冷却或自然冷却，冷却介质都是从入口605进入，然后从出口606排出，入口605与出口606位于两个对角上。

本实施例中，所述的入口605直径大于出口606直径，所述的出口606的形状为圆台状。采用自然冷却，空气从入口605进入，然后被加热后，从出口606排出，出口606的直径上窄下宽，这样容易行程烟筒效应，增加空气流速，进而提高冷却效果。为了进一步提高冷却效果，在气缸6外壁上设有若干个第二散热片602。

为了进一步减少活塞头301移动时对陶瓷缸套7的磨损，所述的下转盘201的底部外侧套设有与其固定连接的齿环203，齿环203的齿面朝上布置。所述的连杆302上同轴固定有齿轮304，齿轮304与齿环203啮合连接。因此在活塞头301前后移动时，会发生转动，进一步减少磨损概率。

本实施例中，至少设置三个气缸6，同时通过环状凹槽204上的抽气曲线2041、排气曲线2042以及维持曲线2043的设置，实现每时每刻都有一个气缸6向外排气，使得总排气管1201排出的气体连贯、压力平稳。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.凸轮式空气泵，其特征在于：

包括泵壳(1)、驱动装置(2)、活塞(3)、气缸(6)、进气管(8)、排气管(10)以及驱动机构(13)，

所述的驱动装置(2)转动设置于泵壳(1)内部，驱动装置(2)的输入轴(2021)上端垂直穿设至泵壳(1)外部，驱动机构(13)带动输入轴(2021)旋转，

驱动装置(2)侧面内凹有环状凹槽(204)，环形凹槽(204)的行线包括若干个间隔布置、同心等径的维持曲线(2043)以及相邻两个维持曲线(2043)之间凸出设置的凸轮曲线，

泵壳(1)外侧贯通连接有若干个气缸(6)，气缸(6)的轴线沿维持曲线(2043)的径向分布，

所述的活塞(3)包括活塞头(301)、连杆(302)以及球头(303)，活塞头(301)以及球头(303)分别与连杆(302)两端连接，活塞头(301)滑动设置在气缸(6)内部，球头(303)滑动设置在环状凹槽(204)内部，

与气缸(6)内部贯通连接的进气管(8)以及排气管(10)均设置于气缸(6)背离泵壳(1)的端面上，

进气管(8)上串联有阀(9)，排气管(10)上串联有单向阀(11)，所有的排气管(10)均与总排气管(1201)贯通连接。

2.根据权利要求1所述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的驱动装置(2)包括上下依次设置上转盘(202)以及下转盘(201)，上转盘(202)与下转盘(201)通过螺栓连接，

下转盘(201)上端面内凹有凹槽，上转盘(202)下端棉内凹有凹槽，两个环形凹槽的径向截面弧度均大于等于95°、小于180°，两个凹槽相扣组成环状凹槽(204)，环状凹槽(204)背向驱动装置(2)轴线的一侧设有开口，

上转盘(202)上方垂直固定连接有输入轴(2021)，输入轴(2021)轴线与维持曲线(2043)轴线重合。

3.根据权利要求1或2所述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的凸轮曲线包括依次连接的抽气曲线(2041)以及排气曲线(2042)，

抽气曲线(2041)与排气曲线(2042)的线长相同，抽气曲线(2041)的曲率大于排气曲线(2042)的曲率。

4.根据权利要求3述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的活塞头(301)内部中空布置，活塞头(301)的外侧圆轴面上凹设有若干个活塞环槽(3011)，活塞环槽(3011)内部套设有活塞环(4)。

5.根据权利要求2所述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的下转盘(201)的底部外侧套设有与其固定连接的齿环(203)，齿环(203)的齿面朝上布置，

所述的连杆(302)上同轴固定有齿轮(304)，齿轮(304)与齿环(203)啮合连接。

6.根据权利要求4或5所述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的气缸(6)两端敞口布置，一端敞口与泵壳(1)贯通连接、另一端敞口罩设有面板(601)，进气管(8)以及排气管(10)与面板(601)固定连接，

气缸(6)与泵壳(1)连接的一端内侧凸设有环状凸台(608)，环状凸台(608)与面板(601)之间卡设有陶瓷缸套(7)，活塞头(301)滑动设置于陶瓷缸套(7)内部。

7.根据权利要求6所述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的气缸(6)的内壁中设有环状的散热腔(603)，散热腔(603)朝向陶瓷缸套(7)的端面设有若干个第二通孔(604)，

所述的气缸(6)底面设有于散热腔(603)贯通连接的入口(605)，气缸(6)顶面设有与散热腔(603)贯通连接的出口(606)。

8.根据权利要求7所述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的入口(605)直径大于出口(606)直径，所述的出口(606)的形状为圆台状。

9.根据权利要求1或2或4或5或7或8所述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的阀(9)采用电磁阀，泵壳(1)内部设有传感器，传感器控制电磁阀的开关，当活塞头(301)移动至最靠近维持曲线(2043)轴线的位置时，传感器检测到信号。

10.根据权利要求9所述的凸轮式空气泵，其特征在于：

所述的进气管(8)的直径大于排气管(10)的直径。

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