CN216922481U - 微型球形泵 - Google Patents

Abstract

本专利公布了一种微型球形泵，包括缸体(5)、缸盖(1)、活塞(3)、转盘(4)和滑槽转套(2)，活塞(3)和转盘(4)通过柱面铰链连接后作为转子置于所述球形内腔内；在活塞(3)的球形面中央固定设置有滑靴(31)，所述滑槽转套(2)置于缸盖(1)内球面上的转套孔(15)内形成转动配合，在滑槽转套(2)的下端面上设置有滑槽(21)；滑靴(31)置于滑槽(21)内，滑靴(31)的两平行面与滑槽(21)的两侧面相贴合形成滑动配合；转盘轴(41)与动力机构连接传输动力；其优点是：球形泵的关键易损零件滑靴受力改善，球形泵的整体尺寸变小，易于实现微型化。

Description

微型球形泵

技术领域

本专利涉及一种容积式泵，特别是一种微型球形泵。

背景技术

球形泵技术是近年来新发明的全新原理的变容式动力机构，与其它类型的容积式泵相比，其优点是泵零件少，密封可靠，无进、排液/气阀，压力高、流量大，便于微型化设计，可实现高速运转。目前球形泵已经实现工业应用和产业化，其结构也在不断的优化和改进。由于球形泵有压力高、流量大和可微型化的优势，在微型泵领域有着非常广泛的应用前景，球形泵的体积越来越小，球形泵也向微型化和超微型发展。专利号为ZL2019201168239、专利名称为“球形泵”的中国专利，是对球形泵的结构作了重大改进，是目前比较优化的球形泵结构，该球形泵适合于用作高压、大流量液体泵。但在现有结构的球形泵在微型化过程中，还存在以下问题：

1)由于微型球形泵的体积小，各零件的结构尺寸同比例相应变小后，受材料强度、摩擦性能等因素的影响，对受力较大的零件由于尺寸减小到极限值，加工制造困难，使用过程中容易发生断裂，如转盘下部的滑靴由于受力大，但由于滑靴的位置和结构受限其尺寸又不能太大，导致在使用过程中滑靴与转盘连接处经常发生断裂事故；

2)球形泵的转子是由活塞和转盘通过柱面铰链连接构成，其柱面铰链可以是带有中心销的结构，如ZL2019201168239、专利名称为“球形泵”的中国专利所公开的结构；也可以是不带中心销的C型套结构，如ZL2020103086654、专利名称为“一种冰淇淋机用球形膨化泵”的中国专利所公开的结构；前者活塞和转盘的连接节凑，转子受力结构好，转动过程中活塞和转盘的位移偏差小，转子与缸体配合精度高，所以运转可靠，可承受较大的扭矩；但缺点是，结构杂、零件多，加工困难，转子尺寸难以微型化；后者零件少、结构简单，可以实现微型化；但活塞和转盘的配合精度不高，运转过程中由于不能保证运动的几何位置关系所以运动阻力大，容易卡死，甚至出现零件断裂。

发明内容

本专利的目的就是设计一种微型球形泵，对球形泵的结构作进一步改进和进行微型化设计，改善球形泵滑靴的运动受力关系，优化结构，从而有效地减小球形泵的体积和重量。

本专利的技术方案是：微型球形泵，其特征是：包括缸体、缸盖、活塞、转盘和滑槽转套，所述缸体和缸盖具有半球形内腔，缸体和缸盖固定连接后形成球形内腔，活塞和转盘通过柱面铰链连接后作为转子置于所述球形内腔内；在活塞的球形面中央固定设置有滑靴，滑靴的两个平行面与柱面铰链的轴线平行且对称分布在柱面铰链轴线的两侧；所述滑槽转套置于缸盖内球面上的转套孔内形成转动配合，在滑槽转套的下端面上设置有滑槽；滑靴置于滑槽内，滑靴的两平行面与滑槽的两侧面相贴合形成滑动配合；转盘轴从缸体下端的转盘轴孔伸出球形内腔后与动力机构连接传输动力；

进一步的，所述柱面铰链为C型结构，在活塞的下端设置有活塞销座，在转盘的上端设置有转盘销座，所述活塞销座为突出于活塞两侧面的半圆柱突起，所述转盘销座为与活塞销座半圆柱突起相适配的半圆柱凹槽，活塞销座的半圆柱突起插入转盘销座的半圆柱凹槽后形成柱面铰链；

进一步的，所述滑槽转套的轴线与所述转盘轴的轴线均通过球形内腔的球心，并且形成相同夹角α，该夹角的大小为5到20度；

进一步的，所述缸盖内球面上的转套孔的轴线垂直于缸盖半球形内腔的端面，所述缸体上的转盘轴孔的轴线与缸体半球形内腔的端面的夹角大小为α，该夹角的大小为5到20度；

进一步的，在转盘轴与缸体上的转盘轴孔的配合面上设置有轴承套和密封环；

进一步的，在缸盖的半球形内腔上还设置有进液槽和排液槽，在缸盖外壁上设置有进液口和排液口，进液口与进液槽连通，排液口与排液槽连通；

进一步的，缸盖内球面上的转套孔的轴线与缸体上转盘轴孔的轴线都通过球形内腔的球心，转套孔轴线与转盘轴孔轴线的夹角为α；活塞球面、转盘球面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合，柱面铰链的各配合面之间形成密封动配合；活塞上端的滑靴置入滑槽转套下端面的滑槽中形成滑槽摆动机构；驱动转盘轴转动，活塞和转盘绕柱面铰链相对摆动，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第一工作室和第二工作室；

进一步的，所述缸体与缸盖的材料为工程塑料；所述活塞和转盘分别与缸体和缸盖形成的球形内腔相接触的零件表面材料为金属或者PEEK；

进一步的，在缸体和缸盖端面连接处设置有台阶定位环，缸体与缸盖通过螺钉固定连接；

进一步的，在缸体和缸盖端面连接处设置有台阶定位环，缸体与缸盖通过超声波焊接固定连接。

本专利的优点是：

1)球形泵的关键易损零件滑靴受力改善，球形泵的运行寿命增加：

现有技术中滑靴置于主轴与转盘之间，通过滑靴把主轴的扭矩传输到转盘，再由转盘传输到活塞，滑靴的承载力即为电机的扭矩，适合于尺寸较大的球形泵，对于微型球形泵，由于滑靴结构尺寸较小，所以滑靴容易磨损和折断；本专利中把滑靴设置在活塞轴上，滑槽转套置于缸盖上原活塞轴孔内，通过电机直接驱动转盘轴带动转子旋转，使球形泵转子滑靴的受力结构优化，滑靴只受到在滑槽内往复滑动时的换向力，滑靴承载的扭矩和摩擦力大大变小，运转过程中不易磨损和断裂，滑靴的寿命周期大幅延长，而滑靴的寿命决定球形泵的寿命，因而球形泵的使用周期也延长。

2)球形泵的整体尺寸变小，易于实现微型化：

由于滑靴受力减小，所以滑靴的结构尺寸可以变小和微型化，球形泵的整体结构尺寸变小；另一方面，滑靴置于转套孔内，省去了原来的主轴，转子的轴向尺寸变短，进一步缩短了球形泵的轴向尺寸；本专利球形泵最小球径可到3-4毫米，球形泵的外形尺寸可到直径6—8毫米，长度可达到10毫米以内，从而使球形泵体积小、重量轻，实现微型化，使球形泵的应用范围大大增加。

3)发挥了C型柱面铰链的优势，解决了C型柱面铰链使用中的存在的不足，使C型柱面铰链完美的适用于微型球泵中：转子使用C型柱面运转中由于受到工作腔液体的压力，由于加工的误差以及柱面铰链间的间隙，会导致活塞和转盘分开的趋势，使活塞和转盘偏离原来的几何位置关系从而使受力大幅增加甚至运动受阻，滑靴发生严重磨损失效甚至断裂，本专利把滑靴设置在活塞上，可以克服因转子位置误差带来的运动受阻现象，解决了因采用C型柱面铰链结构带来的转子运转精度误差导致的转动卡死问题，同时由于C型柱面铰链结构简单，方便加工，结构尺寸可以做小，球形泵易于微型化。

附图说明

图1：微型球形泵结构示意图；

图2：图1中A-A剖视图；

图3：缸盖主视图；

图4：图3中B-B剖视图；

图5：缸盖俯视图；

图6：滑槽转套结构示意图；

图7：图6中C-C剖视图；

图8：缸体主视图；

图9：缸体俯视图；

图10：活塞立体结构示意图；

图11：转盘立体结构示意图。

图中：1-缸盖；2-滑槽转套；3-活塞；4-转盘；5-缸体；6-轴承套；7-密封环；8-弹性垫圈；9-螺钉；

11-进液口；12-排液口；13-进液槽；14-排液槽；15-转套孔；21-滑槽；22-工艺孔；23-工艺槽；31-滑靴；32-活塞球面；33-活塞销座；41-转盘轴；42-转盘球面；43-转盘销座；51-转盘轴孔；

101-第一工作室；102-第二工作室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本专利进行详细说明。

如图1、图2所示，本专利所述微型球形泵采用近年来新发明的球形泵，所述球形泵包括缸盖1、滑槽转套2、活塞3、转盘4和缸体5，缸体5和缸盖1具有半球形内腔，缸体5和缸盖1固定连接后形成球形内腔；一般把球形泵的球形内腔直径不大于15毫米的球形泵统称为微型球形泵；本实施例中，微型球形泵的球形内腔直径选用5毫米。

如图3-图5所示，在缸盖1的半球形内腔上设置有转套孔15、进液槽13和排液槽14，在缸盖1的侧壁上设置有进液口11和排液口12，进液口11与进液槽13连通，排液口12与排液槽14连通；转套孔15设置在半球形内腔的球面中心，转套孔15的轴线与缸盖半球形内腔的端面垂直，在该端面上有突起的定位环，用于与缸体5端面连接时配合定位。

如图8、图9所示，在缸体5的半球形内腔球面上设置有连通缸外的转盘轴孔51，转盘轴孔51的轴线与缸体半球形内腔的端面的夹角为α，α的大小范围为5到20度，本实施例中优先选取α为15度。缸体5和和缸盖1通过螺钉9固定连接，螺钉9配有弹性垫圈8防松。在缸体5和缸盖1的半球形内腔的端面上设置有定位结构，在缸盖1端面上设置有突出的定位环，在缸体5端面上设置有与之相配的定位槽；缸体5与缸盖1也可以通过定位结构定位后通过超声波焊接的方式固定连接。

如图6、图7所示，滑槽转套2为圆柱形，在圆柱的下端面上设置有滑槽21，滑槽21的宽度与滑靴31的两平行工作面的间距大小相适配，滑槽21的长度以满足转盘轴41每旋转一周时滑靴31在滑槽21内往复滑动的长度即可，滑槽21的长度可以沿滑槽转套2的下端面贯通，也可以不贯通只是满足滑靴31可往复滑动的长度即可。滑槽转套2的外圆直径与缸盖1上转套孔15的直径相适配，滑槽转套2置于转套孔15内，滑槽转套2的下端面不突出于球形内腔内球面，滑槽转套2的轴线与转套孔15的轴线重合，滑槽转套2在转套孔15内可以绕其轴线自由转动，为了安装和减小滑槽转套2的上端面与转套孔15的底面之间的摩擦，在滑槽转套2的上端面上设置有工艺槽23，在工艺槽23和滑槽31底部之间设置有贯通的工艺孔22，方便安装。

在转盘轴41与缸体5上的转盘轴孔51的配合面上设置有轴承套6和密封环7；转盘轴41与转盘轴孔51相适配，转盘轴41为台阶轴，转盘轴孔51为相应的台阶孔，转盘轴41下端轴颈与缸体5上转盘轴孔51下部的内圆柱相配形成旋转副，在转盘轴41下端轴颈与转盘轴孔51下部内圆柱孔之间设置有轴承套6作为旋转支撑；在转盘轴41上端轴颈与转盘轴孔51上部内圆柱孔之间设置有密封环7。在转盘轴41的下端端面上设置有一字键槽，用于与动力机构的输出轴连接传输动力。

如图2、图10所示，活塞3和转盘4通过柱面铰链铰接形成转子，活塞3具有球形面、两个成一定角度的侧面和在两侧面下部的活塞销座33，在活塞球面32的球面中央突出设置有滑靴31，在活塞球面32的下方设置有活塞销座33，活塞销座33为突出于活塞两侧面的半圆柱结构，半圆柱的两端为球面；滑靴31具有两平面，该两平面作为工作面，该两工作面对称布置在活塞销座33的半圆柱轴线的两侧；活塞销座33的半圆柱的轴线与滑靴31的两平行面平行；

如图2、图11所示，转盘4的上端为平面，在上端平面上向内凹入一半圆柱孔构成转盘销座43，在转盘4的下部中心突出一转盘轴41，在转盘4的上端面与下端转盘轴41之间为转盘球面42；转盘销座43与活塞销座33相配，活塞销座33的半圆柱插入转盘销座43的半圆柱孔中形成C型柱面铰链结构；

缸盖1内球面上的转套孔15的轴线与缸体5上转盘轴孔51的轴线都通过球形内腔的球心，转套孔15的轴线与转盘轴孔51轴线的夹角为α；活塞和转盘通过柱面铰链连接后置于球形内腔内，活塞球面32、转盘球面42与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合，柱面铰链的各配合面之间形成密封动配合；装配后滑槽转套2的轴线与所述转盘轴41的轴线均通过球形内腔的球心，并且形成相同夹角α，该夹角的大小为5到20度；所述缸体5与缸盖1的材料为工程塑料；所述活塞3和转盘4分别与缸体5和缸盖1形成的球形内腔相接触的零件表面材料为金属或者PEEK，金属可选不锈钢或者合金钢，这样减小摩擦阻力；活塞3上端的滑靴31置入滑槽转套2下端面的滑槽21中，滑靴31的两平行面与滑槽21的两侧面相贴合形成滑动配合，滑靴31在滑槽21内可往复滑动形成滑槽摆动机构；驱动转盘轴41转动，活塞3和转盘4绕柱面铰链相对摆动，滑靴31在滑槽21内往复滑动，在所述转盘4的上端面、所述活塞3的两侧面与所述球形内腔之间形成容积交替变化的第一工作室101和第二工作室102；活塞轴每转动360度(转一圈)，第一工作室101和第二工作室102每个工作室进行一次吸液和排液；经进液口11吸入的液体经进液槽13分别进入两个工作室中加压后经排液槽14和排液口12排出，即球形泵进行两次吸液和排液，两次吸液间隔180度，两次进液也间隔180度。

本专利中，活塞1和转盘3的球径还可以小到3-4毫米，球形泵的外形尺寸可以达到：直径6-10毫米，长度为8-15毫米，总重量达到15克到20克，实现了球形泵的微型化，解决了长期以来微型泵的体积重量大的问题。实现了小体积和相对高压力、大流量。

微型球形泵只是相对常规球形泵在泵体尺寸上有差别的相对概念，只要采用了本专利所述微型球形泵的结构特征，都落入本专利的保护范围。

Claims (10)

1.微型球形泵，其特征是：包括缸体(5)、缸盖(1)、活塞(3)、转盘(4)和滑槽转套(2)，所述缸体(5)和缸盖(1)具有半球形内腔，缸体(5)和缸盖(1)固定连接后形成球形内腔，活塞(3)和转盘(4)通过柱面铰链连接后作为转子置于所述球形内腔内；在活塞(3)的球形面中央固定设置有滑靴(31)，滑靴(31)的两平行面与柱面铰链的轴线平行且对称分布在柱面铰链轴线的两侧；所述滑槽转套(2)置于缸盖(1)内球面上的转套孔(15)内形成转动配合，在滑槽转套(2)的下端面上设置有滑槽(21)；滑靴(31)置于滑槽(21)内，滑靴(31)的两平行面与滑槽(21)的两侧面相贴合形成滑动配合；转盘轴(41)从缸体(5)下端的转盘轴孔(51)伸出球形内腔后与动力机构连接传输动力。

2.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：所述柱面铰链为C型结构，在活塞(3)的下端设置有活塞销座(33)，在转盘(4)的上端设置有转盘销座(43)，所述活塞销座(33)为突出于活塞两侧面的半圆柱突起，所述转盘销座(43)为与活塞销座(33)的半圆柱突起相适配的半圆柱凹槽，活塞销座(33)的半圆柱突起插入转盘销座(43)的半圆柱凹槽后形成柱面铰链。

3.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：所述滑槽转套(2)的轴线与所述转盘轴(41)的轴线均通过球形内腔的球心，并且形成相同夹角α，该夹角的大小为5到20度。

4.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：所述缸盖内球面上的转套孔(15)的轴线垂直于缸盖半球形内腔的端面，所述缸体(5)上的转盘轴孔(51)的轴线与缸体半球形内腔的端面的夹角大小为α，该夹角的大小为5到20度。

5.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：在转盘轴(41)与缸体(5)上的转盘轴孔(51)的配合面上设置有轴承套(6)和密封环(7)。

6.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：在缸盖(1)的半球形内腔上还设置有进液槽(13)和排液槽(14)，在缸盖(1)外壁上设置有进液口(11)和排液口(12)，进液口(11)与进液槽(13)连通，排液口(12)与排液槽(14)连通。

7.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：缸盖内球面上的转套孔(15)的轴线与缸体(5)上转盘轴孔(51)的轴线都通过球形内腔的球心，转套孔(15)的轴线与转盘轴孔(51)轴线的夹角为α；活塞球面、转盘球面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合，柱面铰链的各配合面之间形成密封动配合；活塞(3)上端的滑靴(31)置入滑槽转套(2)下端面的滑槽(21)中形成滑槽摆动机构；驱动转盘轴(41)转动，活塞(3)和转盘(4)绕柱面铰链相对摆动，在所述转盘(4)的上端面、所述活塞(3)的两侧面与所述球形内腔之间形成容积交替变化的第一工作室(101)和第二工作室(102)。

8.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：所述缸体(5)与缸盖(1)的材料为工程塑料；所述活塞(3)和转盘(4)分别与缸体(5)和缸盖(1)形成的球形内腔相接触的零件表面材料为金属或者PEEK。

9.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：在缸体(5)和缸盖(1)端面连接处设置有台阶定位环，缸体(5)与缸盖(1)通过螺钉(9)固定连接。

10.根据权利要求1所述的微型球形泵，其特征是：在缸体(5)和缸盖(1)端面连接处设置有台阶定位环，缸体(5)与缸盖(1)通过超声波焊接固定连接。

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