CN209494702U - 球形泵 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种球形泵，它包括：缸盖(1)、缸体(5)、活塞(2)、转盘(4)、主轴(6)及主轴支架(7)，缸盖(1)与缸体(5)的上端连接形成球形内腔，主轴(6)的上端面上设置有滑槽(601)，转盘轴端部的滑靴(403)插入主轴(6)上端的滑槽(601)内，活塞(2)和转盘(4)铰接后与主轴(6)的上端活动连接后组成转子；主轴(6)旋转时，滑靴(403)在滑槽(601)内往复滑动，活塞(2)和转盘(4)相对摆动，在球形内腔内形成容积交替变化的两个工作室(1001)；本专利的优点是球形泵运转无死点，结构简单，零件数量少，可用于油泵也可以用于水泵。

Description

球形泵

技术领域

本专利涉及一种变容积式机构，特别是一种用于液压系统的球形泵。

背景技术

球形压缩机是近年来新发明的一种全新结构的变容式机构，其原理性的基础专利为专利号03114505.1、专利名称为“一种用于压缩机的变容式机构”，其优点是无进/排气阀、运动件少、振动小、机械效率高、密封可靠等，可广泛应用于气体压缩机、冰箱及制冷空调压缩机、泵类机械等各种领域。但是由于球形压缩机的活塞旋转是通过偏心主轴提供动力，当主轴旋转到转盘轴线与活塞轴线重合时，主轴作用在转盘上的合力与活塞和转盘的轴线垂直相交，使活塞绕活塞轴线旋转的扭矩为零，无法使活塞旋转，从而导致机构卡滞，这是机构的运动死点，为此必须还设计一种球形压缩机过死点机构，从而使机构零件增多，成本和功耗增加。

这种球形变容式机构用于泵类机械时，由于是全新结构，没有国家和行业标准可以参考和借鉴，一个新的产品应用还要根据所使用的介质和工况，进行二次创新设计，实现最佳的功能匹配，提高球形泵的工作效率和可靠性，降低成本和减小功耗。

球形变容式机构用于泵类机械特别是用于水泵时，活塞轴孔为设置在缸盖内球面上的盲孔，由于活塞轴与活塞轴孔孔壁之间存在较大的摩擦力以及润滑条件所限，活塞轴在活塞轴孔内旋转过程中会产生部分细小磨屑，这些细小磨屑会会流到活塞球面和缸盖内球面之间，对缸盖与活塞的配合间隙产生影响，导致摩擦阻力增大、发热增加、功耗增加，甚至导致缸盖内球面划伤和运转卡死。

发明内容

本专利的目的就是设计一种球形泵，在原有的球形压缩机的基础上重新设计出一款是与批量化生产的球形泵，使球形泵在结构上成为无死点机构，选用最佳的材料配对，提高效率和运行可靠性，降低成本和减小运行功耗。

本专利的技术方案是，球形泵，它包括：

缸体，该缸体具有半球形内腔，在缸体上设置有贯通缸外的转盘轴过孔；

缸盖，该缸盖具有半球形内腔，该缸盖的下端与所述缸体的上端固定连接形成一球形内腔，在该缸盖的内球面上设置有活塞轴孔、进液腰形孔和排液腰形孔，进液腰形孔和排液腰形孔在缸盖内球面上的孔口分别布置在垂直于活塞轴孔轴线的环形空间内，进液腰形孔与缸盖上端的进液孔连通，排液腰形孔与缸盖上端的排液孔连通；

活塞，该活塞具有球形顶面、两个成一定角度的侧面和在两侧面下部的活塞销座，在活塞的球形顶面中央凸出一活塞轴，活塞轴的轴线通过活塞球形顶面的球心；所述活塞球形顶面与所述球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；

转盘，该转盘在其上部具有与活塞销座相对应的转盘销座；在转盘的下端中心凸出一转盘轴，转盘轴通过转盘球面的球心，在转盘轴的端部固定设置有滑靴；该转盘上部和下端面之间的外周面为转盘球面，该转盘球面与所述球形内腔具有相同的球心并紧贴球形内腔形成密封动配合；

主轴及主轴支架，该主轴通过主轴支架连接在缸体的下端，主轴支架与缸体的下端固定连接，主轴支架为主轴的旋转提供支撑；主轴的上端面上设置有滑槽；主轴的下端与动力机构连接；

其中，所述活塞轴孔和转盘轴的轴线都通过所述球形内腔的球心，活塞轴孔和转盘轴的轴线与主轴的轴线的夹角相同；所述转盘销座和活塞销座相配形成柱面铰链，柱面铰链的各配合面之间形成密封动配合；转盘轴从缸体的下端伸出后滑靴插入主轴上端的滑槽内，滑靴相互平行的两侧面与滑槽的两侧面相贴合并形成滑动配合；所述滑靴平行的两侧面对称布置在转盘轴线的两侧并与所述柱面铰链的轴线平行；主轴旋转驱动转盘和活塞时，滑靴在滑槽内往复滑动，活塞和转盘相对摆动，在所述转盘的上端面、所述活塞的两侧面与所述球形内腔之间形成容积交替变化的两个工作室；

进一步的，在缸盖内球面上设置一排屑槽，排屑槽的一端与进液腰形孔接通，另一端沿缸盖内球面向活塞轴孔方向延伸；

进一步的，还包括一冷却通道，在进液孔内设置有节流台阶，进液孔内的液体通过节流面节流后进入到吸液的工作室和冷却通道内；冷却通道的进口与进液孔接通，从进液孔分流来的冷却液依次经缸盖分流通道、缸体分流通道进入到缸体下端、主轴上端及主轴支架上端所形成空腔形成集液池，再依次经主轴支架回流槽、缸体回流通道、缸盖回流通道回流到进液孔内并被吸入到吸液的工作室内；

进一步的，所述活塞销座为半圆柱结构，半圆柱的中部有凹槽，在半圆柱的中心轴线上设置有贯通的活塞销孔；所述转盘销座的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱，在半圆柱的中心轴线上设置有贯通的转盘销孔；中心销插入所述转盘销座和活塞销座相配所形成的销孔中形成柱面铰链；中心销的两端为圆弧，圆弧的形状与球形内腔的形状相适配；

进一步的，在所述活塞和转盘的外球面、活塞轴的外圆柱面、活塞销座的半圆柱的圆柱面、转盘轴端部的滑靴两侧面设置有PEEK覆层；缸体、缸盖的材料选用不锈钢，由不锈钢与 PEEK材料组成运动摩擦配对幅；

进一步的，在主轴与缸体下端相配合的部分设置有缸体套，在主轴轴颈下端与主轴支架相配合的部分设置有轴承和密封环；

进一步的，所述缸体套采用PEEK材料，在缸体套的内圆柱面和外圆柱面上设置有沿轴向贯通的冷却沟槽。

本专利的优点是：球形泵运转无死点；结构简单，零件数量少，要求加工精度低；运动配合间隙受温度影响小，各运动摩擦副之间摩擦损失小；冷却润滑条件好；可用于油泵也可以用于水泵。

附图说明

图1：球形泵结构示意图；

图2：图1中A-A剖视图；

图3：图1中B-B剖视图；

图4：缸盖结构示意图；

图5：图4中C-C剖视图；

图6：缸体结构示意图；

图7：图6中D-D剖视图；

图8：主轴结构示意图；

图9：图8中E-E剖视图；

图10：主轴支架结构示意图；

图11：图10中F-F剖视图；

图12：图10中H-H剖视图；

图13：活塞结构示意图；

图14：图13中L-L剖视图；

图15：转盘结构示意图；

图16：图15中K-K剖视图；

图中：1-缸盖；2-活塞；3-中心销；4-转盘；5-缸体；6-主轴；7-主轴支架；8-轴承；9-密封环；10-缸体套；

101-进液孔；102-排液孔；103-缸盖分流通道；104-活塞轴孔；105-进液腰形孔；106- 排液腰形孔；107-缸盖回流通道；108-排屑槽；201-活塞基体；202-活塞PEEK覆层；401- 转盘基体；402-转盘PEEK覆层；403-滑靴；501-缸体分流通道；502-缸体回流通道；601- 滑槽；602-主轴过流孔；701-主轴支架回流槽；1001-工作室。

具体实施方式

如图1到图3所示，本专利所述的球形泵包括缸盖1、活塞2、转盘4、缸体5、主轴6、主轴支架7等，缸体5和缸盖1具有半球形内腔，缸体5和缸盖1和主轴支架7依次通过螺钉固定连接形成具有球形内腔的球形泵机壳即球形泵定子；活塞2、转盘4、主轴6依次连接构成球形泵转子；主轴支架7作为主轴6的旋转的支撑，主轴支架7通过螺钉固定连接在缸体5的下端；活塞2、转盘4通过中心销3铰结，活塞轴插入缸盖1内的活塞轴孔104内，转盘轴下端的滑靴403插入主轴6上端的滑槽601内。

如图4、图5所示，在缸盖1的上端面上设置有进液孔101和排液孔102，在缸盖1的内球面上设置有进液腰形孔105、排液腰形孔106和活塞轴孔104；活塞轴孔104的轴线通过缸盖内球面的球心，进液腰形孔105和排液腰形孔106在缸盖1内球面上的孔口分别布置在垂直于活塞轴孔104轴线的环形空间内，进液腰形孔105与缸盖1上端的进液孔101连通，排液腰形孔106与缸盖1上端的排液孔102连通。通过活塞2的转动来实现进排液控制，在各工作室需要排液或进液时，相应的工作室与进液腰形孔105或者排液腰形孔106连通。为了防止活塞轴在活塞轴孔内104旋转时产生的磨屑进入到活塞球面与缸盖1内球面之间，在缸盖1内球面上设置一排屑槽108，排屑槽108的一端与进液腰形孔105接通；排屑槽108的另一端沿缸盖内球面向活塞轴孔104方向延伸，延伸至活塞轴孔104孔口附近，排屑槽108 的截面为U形，U型开口位于缸盖1内球面上，截面大小(即排液槽的深度和宽度尺寸)以使球形泵不产生泄漏为原则，排屑槽108可以与活塞轴孔104接通，也可以与活塞轴孔104 不接通；这样，从活塞轴孔104排出的磨屑聚集在排屑槽108内，并随液体进入到工作室1001 内跟随流体排出缸外。

如图6、图7所示，在缸体5的下端设置有贯通缸外的转盘轴通过孔，孔的大小以保证转盘4在旋转过程中转盘轴不与缸体5干涉；在主轴6与缸体5下端相配合的部分设置有缸体套10，在缸体5的下端设置有缸体套孔，缸体套10置于缸体套孔内用于主轴6旋转时的上端旋转支撑(相当于滑动轴承)，缸体套孔的轴线、缸体套10的轴线与主轴6的轴线重合，并通过缸体内球面的球心，缸体套10的内径与主轴6上端轴颈相适配，缸体套10的外径与缸体套孔的内径相适配，缸体套10为圆柱型套筒，材料选用PEEK，在缸体套10的外圆柱和内圆柱面上沿轴向设置有贯通的冷却沟槽，用于通过冷却液对主轴6和缸体套10进行冷却和润滑。

如图13到图14所示，活塞2具有球形顶面、两个成一定角度的侧面和在两侧面下部的活塞销座，在活塞2的球形顶面中央凸出一活塞轴，活塞轴的轴线通过活塞球形顶面的球心；活塞轴插入缸盖1内球面上的活塞轴孔104内，活塞球形顶面与所述球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；活塞销座为半圆柱结构，在半圆柱的中心轴线上有贯通的活塞销孔；在活塞2下部的活塞销座上设置一开档，形成半圆柱凹槽，该活塞2的开档位于活塞销座中间并与活塞销座的活塞销孔的轴线垂直，活塞2的开档宽度与转盘销座的凸起的半圆柱体的宽度相适配；实际生产中，活塞2是在不锈钢金属基体即活塞基体201上通过注塑的方式包覆一层PEEK层即活塞PEEK覆层202，保证在活塞球面、活塞销座的外圆柱面和两侧球面、活塞销座的半圆柱凹槽的两侧面和圆弧底面、活塞轴圆柱面的表面设置PEEK覆层，从而使运动部分形成钢与PEEK摩擦副，PEEK材料耐磨损、强度高、耐腐蚀和自润滑性能，是良好的耐磨材料，而且与不锈钢具有良好的摩擦配对性能。

如图15到图16所示，该转盘4具有在其上部与活塞销座相对应的转盘销座；在转盘4 的下端中心凸出一转盘轴，转盘轴通过转盘球面的球心，在转盘轴的端部设置有滑靴403；该转盘4上部和下端面之间的外周面为转盘球面，转盘球面与所述球形内腔具有相同的球心并紧贴球形内腔形成密封动配合；所述转盘销座的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱，在半圆柱的中心设置有贯通的转盘销孔；中心销3插入所述转盘销座和活塞销座相配所形成的销孔中形成柱面铰链，柱面铰链的各配合面之间形成密封动配合，柱面铰链的两端与球形内腔之间形成密封动配合；活塞3与转盘5通过柱面铰链形成密封动连接，中心销3的两端为圆弧，圆弧的形状与球形内腔的形状相适配。实际生产中，转盘4是在不锈钢金属基体即转盘基体401上通过注塑的方式包覆一层PEEK层即转盘PEEK覆层402，保证在转盘球面、滑靴403与滑槽601相贴合的平行的两侧面的表面覆层为PEEK，从而使运动部分形成钢与 PEEK摩擦副。中心销3的两端为圆弧面，中心销3与活塞销座和转盘销座销孔相配的部分的圆柱面材料为PEEK，为了保证中心销3的强度，中心销3是在钢基体上包覆一层PEEK材料。

如图8到图12所示，主轴支架7通过螺钉固定在缸体5的下端，主轴6通过主轴支架7连接在缸体5的下端，主轴6的上端面上设置有长方形的滑槽601，滑槽601的截面尺寸与转盘4上滑靴403的两平行侧面之间的厚度尺寸相适配，转盘轴从缸体5的下端伸出后滑靴403插入主轴6上端的滑槽601内，滑靴403相互平行的两侧面与滑槽601的两侧面相贴合形成滑动配合；在主轴6下端与主轴支架7相配合的部分设置有轴承8和密封环9；在主轴支架7的轴孔孔壁上设置有主轴支架回流槽701，主轴支架回流槽701与缸体5下端面上的缸体回流通道502接通，在滑槽601的底面上设置有主轴过流孔602，主轴过流孔602用于把主轴6上端的液体引入到主轴6下端轴颈与主轴支架7配合部分的间隙内(密封环9以上)，再从主轴支架回流槽701回流到缸体回流通道502内；主轴支架7为主轴的旋转提供支撑，主轴6的下端与动力机构连接为球形泵运转提供动力。

在缸盖1上设置有缸盖分流通道103和缸盖回流通道107，在缸体5上设置有缸体分流通道501和缸体回流通道502，缸盖分流通道103的上端和缸盖回流通道107的上端分别与进液孔101接通，缸盖分流通道103和缸盖回流通道107的下端设置在缸盖1下端法兰面上，缸体分流通道501和缸体回流通道502的上端设置在缸体5上端法兰面上，缸盖分流通道103的下端与缸体分流通道501的上端接通，缸体回流通道502的上端与缸盖回流通道107的下端接通，缸体回流通道502的下端与主轴支架回流槽701接通；在进液孔101内设置有节流台阶，进液孔101内的液体通过节流面节流后主要进入到吸液的工作室1001，一少部分进入到冷却通道内对系统进行冷却；缸盖分流通道103、缸体分流通道501、集液池、主轴支架回流槽701、缸体回流通道502、缸盖回流通道107依次连通构成球形泵冷却通道；冷却通道的进口与进液孔101接通，从进液孔101分流来的冷却液依次经缸盖分流通道103、缸体分流通道501进入到缸体5下端、主轴6上端及主轴支架7上端所形成空腔形成集液池，再依次经主轴支架回流槽701、缸体回流通道502、缸盖回流通道107回流到进液孔101内并被吸入到工作室1001内，从而形成球形泵的冷却循环系统。

所述活塞轴孔104和转盘轴的轴线都通过所述球形内腔的球心，活塞轴孔104和转盘轴的轴线与主轴6的轴线的夹角均为α；所述滑靴403平行的两侧面对称布置在转盘轴线的两侧并与柱面铰链的轴线平行；主轴6旋转驱动转盘4和活塞2时，滑靴403在滑槽601内往复滑动，活塞2和转盘4相对摆动，在所述转盘4的上端面、所述活塞2的两侧面与所述球形内腔之间形成容积交替变化的两个工作室1001，其中一个工作室1001吸液时，另一个工作室1001压缩排液；主轴6旋转一周，活塞2绕活塞轴孔104的轴线旋转一周，活塞2相对转盘4绕中心销3的轴线摆动一次，同时，转盘4的滑靴在主轴6内的滑槽601内摆动一次，摆动的摆幅为2α，两个工作室1001各发生一次完整的吸液或者压缩排液过程。

Claims (7)

1.球形泵，其特征是，它包括：

缸体(5)，该缸体(5)具有半球形内腔，在缸体(5)上设置有贯通缸外的转盘轴过孔；

缸盖(1)，该缸盖(1)具有半球形内腔，该缸盖(1)的下端与所述缸体(5)的上端固定连接形成一球形内腔，在该缸盖(1)的内球面上设置有活塞轴孔(104)、进液腰形孔(105)和排液腰形孔(106)，进液腰形孔(105)和排液腰形孔(106)在缸盖(1)内球面上的孔口分别布置在垂直于活塞轴孔(104)轴线的环形空间内，进液腰形孔(105)与缸盖(1)上端的进液孔(101)连通，排液腰形孔(106)与缸盖上端的排液孔(102)连通；

活塞(2)，该活塞(2)具有球形顶面、两个成一定角度的侧面和在两侧面下部的活塞销座，在活塞(2)的球形顶面中央凸出一活塞轴，活塞轴的轴线通过活塞球形顶面的球心；所述活塞球形顶面与所述球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；

转盘(4)，该转盘(4)在其上部具有与活塞销座相对应的转盘销座；在转盘(4)的下端中心凸出一转盘轴，转盘轴通过转盘球面的球心，在转盘轴的端部固定设置有滑靴(403)；该转盘(4)上部和下端面之间的外周面为转盘球面，该转盘(4)的球面与所述球形内腔具有相同的球心并紧贴球形内腔形成密封动配合；

主轴(6)及主轴支架(7)，该主轴(6)通过主轴支架(7)连接在缸体(5)的下端，主轴支架(7)与缸体(5)的下端固定连接，主轴支架(7)为主轴(6)的旋转提供支撑；主轴(6)的上端面上设置有滑槽(601)；主轴(6)的下端与动力机构连接；

其中，所述活塞轴孔(104)和转盘轴的轴线都通过所述球形内腔的球心，活塞轴孔(104)和转盘轴的轴线与主轴(6)的轴线的夹角相同；所述转盘销座和活塞销座相配形成柱面铰链，柱面铰链的各配合面之间形成密封动配合；转盘轴从缸体(5)的下端伸出后滑靴(403)插入主轴(6)上端的滑槽(601)内，滑靴(403)相互平行的两侧面与滑槽(601)的两侧面相贴合并形成滑动配合；所述滑靴(403)平行的两侧面对称布置在转盘轴线的两侧并与所述柱面铰链的轴线平行；主轴(6)旋转驱动转盘(4)和活塞(2)时，滑靴(403)在滑槽(601)内往复滑动，活塞(2)和转盘(4)相对摆动，在所述转盘(4)的上端面、所述活塞(2)的两侧面与所述球形内腔之间形成容积交替变化的两个工作室(1001)。

2.根据权利要求1所述的球形泵，其特征是：在缸盖(1)内球面上设置一排屑槽(108)，排屑槽(108)的一端与进液腰形孔(105)接通，另一端沿缸盖(1)内球面向活塞轴孔(104)方向延伸。

3.根据权利要求1所述的球形泵，其特征是：还包括一冷却通道，在进液孔(101)内设置有节流台阶，进液孔(101)内的液体通过节流面节流后分别进入到吸液的工作室(1001) 和冷却通道内；冷却通道的进口与进液孔(101)接通，从进液孔分流来的冷却液依次经缸盖分流通道(103)、缸体分流通道(501)进入到缸体(5)下端、主轴(6)上端及主轴支架(7)上端所形成空腔形成集液池，再依次经主轴支架回流槽(701)、缸体回流通道(502)、缸盖回流通道(107)回流到进液孔(101)内并被吸入到吸液的工作室(1001)内。

4.根据权利要求1所述的球形泵，其特征是：所述活塞销座为半圆柱结构，半圆柱的中部有凹槽，在半圆柱的中心轴线上设置有贯通的活塞销孔；所述转盘销座的两端为半圆柱凹槽，中部为凸起的半圆柱，在半圆柱的中心轴线上设置有贯通的转盘销孔；中心销(3)插入所述转盘销座和活塞销座相配所形成的销孔中形成柱面铰链；中心销(3)的两端为圆弧，该圆弧的形状与球形内腔的形状相适配。

5.根据权利要求1所述的球形泵，其特征是：在所述活塞(2)和转盘(4)的外球面、活塞轴的外圆柱面、活塞销座的半圆柱的圆柱面、转盘轴端部的滑靴两侧面设置有PEEK覆层；缸体(5)、缸盖(1)的材料选用不锈钢，由不锈钢与PEEK材料组成运动摩擦配对幅。

6.根据权利要求1所述的球形泵，其特征是：在主轴(6)与缸体(5)下端相配合的部分设置有缸体套(10)，在主轴(6)轴颈下端与主轴支架(7)相配合的部分设置有轴承(8)和密封环(9)。

7.根据权利要求6所述的球形泵，其特征是：所述缸体套(10)采用PEEK材料，在缸体套(10)的内圆柱面和外圆柱面上设置有沿轴向贯通的冷却沟槽。