CN2190705Y - 自锁式可调压全自动充气泵 - Google Patents

Abstract

自锁式可调压全自动充气泵，是一种适用于具有 固定车轴的充气轮胎的全自动充气装置。气泵安装 在车轮中间的加大轴皮上，凸轮安装在固定不转的车 轴上。利用车轮带着气泵一起转动，活塞顶端沿凸轮 作往复运动，对轮胎进行充气。泵上设有调压装置， 当轮胎充气到调定压力时，适塞自锁，气泵停止工作； 当轮胎压力降至调定压力的80％时，活塞解锁，自动 对轮胎进行补充气，使轮胎压力始终保持在调定压力 的80％％～100％之间。泵上还装有人工充气嘴。

Description

本实用新型是一种自锁式可调压全自动充气泵，属于气泵技术领域的气动元件产品，是一种适用于工作压力≤0.5MPa、具有固定车轴的各种充气轮胎的全自动充气装置。

一种公开的实用新型专利“可调压微型自动气泵”（85204480U）和“可调压微型自动气泵的改进结构”（88215644·6）以下简称“微型气泵”，由于存在关键的不足之处，至今未能进入实用阶段。本实用新型的目的，是为了解决这些关键性问题而提供的一种自锁式可调压全自动充气泵。

本实用新型提供的充气泵，直接安装在车轮中间的加大轴皮上，凸轮则安装在固定不转的车轴上，利用车轮带着气泵一起转动，充气活塞顶端沿着凸轮作往复运动，对轮胎自动进行充气；活塞由安装在底部的锥形弹簧复位。气泵上设有调压装置，可根据轮胎所需压力进行调定，当轮胎充气到调定压力时，气泵内的锁定装置将充气活塞自行锁住，使活塞与凸轮脱离，气泵自动停止工作。当轮胎压力因泄漏而降低到调定压力的80％时，锁定装置自动解锁，充气活塞弹出，顶端与凸轮接触；当车轮转动时，自动对轮胎进行补充气，直至充到调定压力，气泵又自动停止工作。如此往复，可使轮胎压力始终保持在调定压力的80％～100％之间。充气泵上还装有人工充气嘴。

充气活塞顶端中心，装上一个可以自由转动的钢球与凸轮接触，作滚动摩擦运动。装钢球的园孔上口用细钢丝作内挡圈，底部垫入一块耐磨加硬金属片；充气活塞内设有下端为气动活塞的锥顶锁定销、复位弹簧和均布在上部三个贯通孔内的三颗钢球组成的自锁装置，与调压腔气路相通的导杆直接伸入锁定销内，配合压入上盖的、下端为45°～60°内斜面的活塞套，能使充气泵在轮胎达到调定压力时自锁，停止工作。

在导杆通过充气活塞底面的部位，装有一套由底板、O型圈、与O型圈密配的螺帽，加上密封圈组成的密封盖，螺纹连结在充气活塞底部，使锁定销底部的气动活塞到密封盖之间的充气活塞内腔，形成一个锁定气室，O型圈密封导杆与外界的气路，可使充气活塞上下活动自由。

充气活塞可用金属棒加工成型，考虑到批量生产的需要，采用粉末冶金模具成型更为合理。但由于粉末冶金件的气密性较差，需在充气活塞内壁的锁定气室部位，紧配镶入一个薄壁金属套，亦可进行内外表面电镀来增加密封性能。

充气活塞下端为压缩空气工作面，与缸套内壁留有进气间隙，侧面的O型圈与缸套内壁和活塞槽均松配，内侧下面四周，均布在活塞底部的四个小斜孔，与空气压缩室连通，其作用是：当活塞压缩空气时，压缩空气经小斜孔将O型圈涨开，密封气缸内壁；活塞复位进气时，压缩室产生负压，经小斜孔将O型圈收拢，空气能顺利地沿着气缸内壁间隙进入压缩室。所以O型圈只有在充气活塞压缩空气时与气缸内壁有摩擦，活塞回程进气时无摩擦。

泵体下端设有调压腔、充气接口和人工气嘴。

调压腔与充气接口直至轮胎相通，压力控制孔与中心导杆连通。由调压活塞、调压弹簧、调压螺帽和锁紧螺母组成调压装置。调压活塞在调压腔内，受轮胎空气压力和弹簧力的作用处于动态平衡状态。轮胎压力升高时，调压活塞向弹簧侧移动，当O型圈密封面移过压力控制孔时，压缩空气经导杆进入锁定气室，推动锁定销上移，在锁定销锥形斜面产生一个水平分力，作用在三颗锁定钢球上，当充气活塞压到最低点（凸轮的最高点）时，此力将钢球张开，落入活塞套下端的斜面，气泵停止工作。这时的轮胎压力即为调定压力。当轮胎因泄漏而压力降低至调定压力的80％左右时，调压弹簧将调压活塞推回过压力控制孔，锁定气室内的压缩空气经压力制孔和过压保护孔排出，锁定销复位，充气活塞弹出，当车轮转动时自动对轮胎进行补充气。调节调压螺帽，可精确调定轮胎的工作压力。过压保护孔是为万一锁定机构失灵或压力控制孔堵塞而气泵无法自锁时，避免轮胎充气压力过高而设置的。

调压系统是气泵泄漏不可忽视的部分，必须进行周密设计。为保证轮胎压力降至调定压力的70％时，气泵自身不再泄漏，在调压腔底部增设了一条与O型圈密配的弧形密封面，其轴向弧长约为O型圈截面周长的1／5。

压力控制孔是气泵自锁和工作的过渡孔，其孔径应小于调压活塞O型圈侧面与调压腔内壁密封面的轴向长度，若O型圈截面直径d为1.9，取0.6为宜，过小容易堵塞。

单向阀是一个上端为半球体，下端有十字形开口槽的耐油橡胶件，置于充气入口下端的抛物线弧形腔内，用弹簧顶住充气入口。这样设计的单向阀，球面与弧形腔内接接触，增加了密封面，提高了密封性能；弹簧的放入，可使单向阀与入口内弧形腔可靠密封，即使单向阀在腔内歪倒，仍能保证其球面与内壁可靠密封；十字形开口槽是在轮胎压力较低的情况下，防止压缩空气将单向阀冲到底时堵塞通路而设置的。

充气接口的出口处是一个加密封垫圈的螺纹连结充气接头，中心插入的金属气管能在接头内伸缩移动，用带O型圈的密封螺帽与接头连接。焊在气管顶部与轮胎连接的气门芯为直通式，用O型圈密封，配上通用的气门螺帽，能与轮胎气门可靠密封。

人工充气嘴是为新装轮胎初始充气和气泵调试接入气源而设的，里面设有与充气入口内相同的单向阀和弹簧，套上密封圈，拧入与充气接口连通的螺纹孔内；外部螺纹与通用充气嘴相同，可以配上通用防尘帽。

泵体包括缸套为铝压铸模成型件，调压腔和接口内的弧形腔均为预留孔，弧度、锥度和表面粗糙度均由模具保证；导杆为预埋件，同心度和与底面的垂直度亦由模具保证，亦可采用加上密封垫的螺纹连结。若缸套单独加工后与泵体机械连结，一定要保证与导杆的同心度、平行度和底面的可靠密封。

上盖包括与加大轴皮的连接底座，亦为铝压铸模成型件，也可以与泵体一体化成型；活塞套为粉末冶金模成型件，外壁垂直均布四条进气槽，与上盖内孔紧配压入；与泵体用均布的三个沉头螺钉固定连接。

使充气活塞复位的锥形弹簧，在全压缩时，压缩间隙应尽量小，锥底刚好放入泵体底面预留的园形凹槽内，使活塞全压入时，压缩室的空间尽量小。

为了使压缩空气尽量地进入轮胎和至调定压力时活塞能可靠自锁，充气活塞压到最低位置时应有一个相应长的停留时间，所以，在凸轮的最高点两侧，以轴心为园心，对称地延长了一段约为凸轮周长的1／5的最大等半径弧线，两边用缓和曲线与凸轮半周处平滑连接。在凸轮的中性面上，对称地开两个园孔，一则可减少重量，二则装配时可用挟具拧入车轴中心的螺纹根部，后面用薄型螺母锁紧。凸轮表面应作淬火加强硬度处，以提高其耐磨性。

因为充气活塞顶端的钢球与凸轮表面作滚动摩擦时，要产生一个与车轮前进方向相同的力矩；由于车轴一般是顺螺纹结构的，为使作用在凸轮上的该力矩使凸轮在车轴上只能拧紧而不致松动，所以车轴装凸轮的一端应放在车轮前进方向的右侧。

充气泵在工作时，将产生一对大小相等、方向相反的对抗力，分别作用在凸轮中心的车轴上和经轴皮传递到两侧钢碗连接的车轴上，凸轮最高点的作用力最大，方向与最高点相反；而车载重力在地面对车轮的反作用力，在凸轮中心车轴上的合力是垂直向上的。为了抵消部分反作用力，凸轮的最高点应向上安装。

安装充气泵的加大轴皮，可以用型材加工成型，为使气泵安装牢固，并真正做到防止雨水和泥沙的渗入，气泵底座与加大轴皮镶盖应加密封垫后平面用螺钉连结，镶盖与轴皮的交接处封闭焊接；亦可用模具整体成型，推荐用铝合金液态模锻整体成型较理想。

值得一提的是调压活塞和锁定销底部的气动活塞的密封性应引起重视。该两个活塞均用标准O型橡胶圈作软性密封。气动元件的软性密封性能，与压力和密封面有关。为了使活塞启动时的静态摩擦力不至过大（设计值为5N），滑动面的压力亦不能太大，所以增加密封面是提高密封性能的有效手段，故放置O型圈的活塞槽应尽量接近O型圈截面形状，半径略小于截面半径，以增加O型圈端面和内侧面密封压力；另外，在活塞受气压作用的一面，外周应使O型圈露出截面半径的4／5～3／4的空间，使压缩空气在露出的O型圈表面产生一个与空气压力成正比的密封压力，以弥补气体泄漏与气体压力成正比的不足。

对照已获得两项实用新型专利的“微型气泵”，本实用新型有如下的积极效果：

一、“微型气泵”的单向阀的设计是不合理的。

说明书要求装配时保证与“顶针”有“不小于0.2mm的间隙，而不能顶死外锥阀”。设计者企图用轮胎的余压来顶住空气入口，那么，“顶针”的设置就毫无意义。实际上，没有顶针，单向阀就不起作用。设计者提供的样品，顶针却是完全的顶死“U型外锥阀”的，压缩空气只能挤压外锥阀变形后才能进入轮胎；而外锥阀是“半球形的薄壁套”橡胶件，要使“半球形薄壁”四周完全一致，工艺、材料均无法保证，所以气体就在薄弱处挤槽而入，该处便很快因材料疲劳而形成固定通气槽，发生严重漏气，无法保持轮胎压力。

本实用新型的单向阀密封部位是实心半球体橡胶件，用弹簧顶住空气入口，空气压入时只压缩弹簧，丝毫不会使半球体部位发生变形疲劳，长期使用不必更换。

二、“微型气泵”的单向阀，在空气入口处的受力面积不到轮胎侧受力面积的1／4，若轮胎已有0.3MPa气压，则压缩室的气压必须大于1.2MPa，才能将空气打入轮胎，折算到活塞顶端的作用力，达到589N，并非是瞬时极限径向力15.5公斤”；又在“安装说明书”中规定：“凸轮最高点应向下”，此力正好与“人体重量”对凸轮中心车轴的反作用力方向相同而叠加，使车轮行驶时有明显的跳动感，而且增加了轴承的磨损。

本实用新型的单向阀在空气入口处的受力面积与轮胎侧受力面积之比约为3／4，故径向力在轮胎压力为0.3MPa时仅196N左右；又将凸轮最高点向上安装，抵消了车载重力的部分反作用力。

三、“微型气泵”的锥形蜗线弹簧最大外径与缸套内径相同，使空气压缩室的无效空间达10％，从基本的气态方程：P1V1＝P2V2（T不变）可知，当空气压力为0.3MPa时，将有30％的空气无法压入轮胎；若气压1MPa，压缩空气将全部停留在10％的无效空间内，加上单向阀两侧受力面积悬殊，“微型气泵”的实际效率不到40％。

本实用新型在增加单向阀在空气入口处受力面积的同时，尽量减少压缩室的无效空间，不但减轻了极限径向力的作用，而且将气泵的效率提高到90％以上。

四、“微型气泵”的下气室（锁定气室）虽然进行了改进，将导柱改为导杆固定在活塞上伸入到上盖，但调压腔侧壁的控制孔30无法加工，而且无法定位，除非打了贯通孔后再将入口堵死才行，这样不但工艺复杂，而且增加了漏气的因素，而且该孔的孔径十分重要，没有明确规定。

本实用新型将导杆固定在泵体中心，伸入到锁定销内，不但结构紧凑、严密，而且定位容易，加工方便，适应大批量生产，并对压力控制孔径作了明确的规定。

五、“微型气泵”在自锁时，钢珠落入“轴套上具有倾斜角度的台阶”内。要加工这样的园筒形内斜面台阶，有一定的难度，精度也不易控制。

本实用新型的充气活塞套，直接用粉末冶金模具成型，没有复杂的内台阶，内斜面角度精确，无需进行精加工便可使用，有利于大批量生产。

六、“微型气泵”充气活塞上的O型密封圈，与缸套紧配，仅用两个小斜孔作进气孔是不合理的。这样一来，使O型圈在活塞往复运动中始终与缸套内壁紧配摩擦，十分容易磨损；而这两个小斜孔的直径不可能大于O型圈截面直径，而且空气速度也不可能达到“340米／秒”，所以进入压缩室的空气十分有限，降低了气泵的效率。

本实用新型将充气活塞的工作直径设计成小于缸套内径，O型圈与缸套内壁松配，小斜孔设在O型圈内侧下方，在活塞压入时，压缩空气经小斜孔将O型圈推向缸壁而密封压缩室，活塞复位时，O型圈收缩，空气能顺利地从活塞与缸壁间隙进入压缩室，不但气流通畅，而且能使O型圈减少一半磨损，延长了O型圈的寿命，提高了气泵的效率。

七、“微型气泵”充气活塞顶端嵌入的钢珠，与底面成有角度的两点接触，增加了钢珠滚动时的摩擦力和接触处的磨损，使钢珠与凸轮接触面的滚动受阻，增加了车轴中心的扭力矩，凸轮也容易松动。

本实用新型在钢球嵌入活塞的底面加了一块耐磨加硬金属片，接触点仅为一个，大大地减少了摩擦力，不但降低了材料的磨损，而且车轴中心扭力矩亦减少，凸轮不易松动。

八、“微型气泵”的凸轮，实际上是一个等半径偏心轮，最高点只有一个，在运动中没有时间上的延续，所以在轮胎压力较高时，因活塞运动到凸轮最高点后马上返回，只有少量，甚至没有空气压入轮胎；并且在达到调定压力时，气泵很难自锁，锁定钢珠与活塞导孔外口和轴套内斜面角发生碰撞而损伤，在车速较高时更甚。

本实用新型在凸轮最高点两侧延长了一段等半径弧线，使活塞在全压入时有一个较长的停留时间，不但提高了充气量，而且在达到调定压力时，气泵能可靠自锁，不会出现碰撞损伤现象。

九、“微型气泵”的“凸轮旋在螺杆上用止动螺钉紧固”。这样做，不但损伤了车轴的螺纹；而且车轴在止动螺钉紧固点，不但受螺钉拧紧时产生一个较大的剪切力，而且每当气泵活塞运动到凸轮的最高点时产生一个较大的径向力也大部分作用在这个点上，严重影响了车轴的品质和强度。

本实用新型的凸轮拧入车轴中心的螺纹根部，后面用薄型螺母锁紧，不但紧固可靠，而且不会影响车轴的品质和强度。

十、“微型气泵”的调压活塞和顶销气动活塞上的O型密封圈配合，没有根据其性能和用途进行设计，致使这两处产生严重漏气。

本实用新型根据O型圈的特性和在气动元件中的特殊用途，进行了合理的设计，既保证了活塞的良好工作性能，又使气密性能得到了很好的改善。

本实用新型提供的自锁式可调压全自动充气泵，用以下在自行车上实施的附图进一步加以说明：

图一是装配在自行车加大轴皮上的自锁式可调压全自动充气泵剖视结构图（气泵轴对称部分作半剖绘制）。

图二是图一A向局部剖视图。

图三是气动活塞的结构图。

图四是单向阀的剖视图。

图一中，1是通向轮胎的金属气管；2是密封螺帽3的O型圈；4是充气接头5与充气接口连结的密封橡胶圈；6是顶住单向阀7的弹簧；8是使充气活塞复位的锥形弹簧；9是O型圈，与底板30、密封螺帽32和密封橡胶垫31，组成了锁定气室的密封盖；10是泵体与上盖连接的三个均布沉头螺钉；11是气泵与加大轴皮镶盖连接的4个螺钉；中间加上密封垫12；13为车轴；14是凸轮15的锁紧螺母；16是加大轴皮；17是镶盖，四周密封焊接于16上；18是充气活塞顶端钢球19上口的钢丝内挡圈；20是垫在19下面的耐磨加硬金属片；21是下口为45°～60°内斜面的活塞套，密配定位压入上盖22；23是三个锁定钢球，与锁定销24、复位弹簧25组成了自锁装置；26是与泵体一体连接的缸套；27是锁定销下端气动活塞的O型圈，当充气活塞是粉末治金件时，在锁定气室内壁镶入一个薄壁金属套28，起到密封作用。33是充气活塞34的O型圈，内侧下面四周均布在活塞底部的4个小斜孔，起到涨缩O型圈的作用；35是铝压铸件泵体，上有预留的调压腔、充气接口内腔和安装人工充气咀的预留块，导杆29在成型时预埋在泵体中心，亦可用螺纹密封连结；36是调压活塞37上的O型圈，配合调压弹簧38、调压螺帽39组成调压机构，最后用螺母40锁紧；41是焊接在气管顶端的直通气门芯，配上通用气门螺帽42；43是气门芯与轮胎气门座联结时的密封O型圈。

图二中47是人工充气咀，加上密封橡胶垫46，螺纹连结到与充气入口连通的泵体35的预留块上，内有与充气入口中相同的单向阀45和弹簧44。

图三是气动活塞，包括调压活塞和锁定销下端活塞的结构图。

R应小于O型圈截面公称半径d／2的0.05，φ1大于O型圈公称内径0.4，φ2＝φ1＋d＋0.4；装上O型圈后的自由外径φ3大于密封内径0.3；φ4是活塞的导向部分，与密封内径松动配。

图四是单向阀的结构剖视图。接触密封部位为实心半球体，中心盲孔配置小弹簧，圆柱下部设有十字形开口槽。

Claims (16)

1、一种安装在车轮中间的加大轴皮上、与安装在固定车轴上的凸轮作相对运动的自锁式可调压全自动充气泵，由泵体、装有自锁装置的充气活塞、使充气活塞复位的锥形弹簧、紧配压入活塞套的连底座上盖和通向轮胎的金属气管组成，其特征是：泵体上设有调压装置、充气接口和人工充气嘴。

2、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：泵体为铝压铸模成型件，带有弧形密封面的调压腔、充气接口为预留孔，与调压腔压力控制孔气路相通并直接伸入锁定销内的导杆预埋或加密封垫后螺纹连结在泵体中央。

3、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：安装在调压腔内的调压装置由带O型圈的调压活塞、复位弹簧、调压螺帽和锁紧螺母组成。

4、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：充气接口的充气入口里面的抛物线弧形腔内，置有用弹簧顶住的、上部为半球体、下部有十字形开口槽的耐油橡胶单向阀。

5、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：充气活塞顶端的圆孔内，装有一个可以自由转动的钢球，上口用细钢丝作内挡圈，底部垫入一块耐磨加硬金属片。

6、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：充气活塞内设有下端为气动活塞的锥顶锁定销、复位弹簧和均布在上部三个贯通孔内的三颗钢球，组成了气泵的自锁装置。

7、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：充气活塞下端为压缩空气工作面，与缸套内壁留用进气间隙，侧面的O型圈与缸套内壁和活塞槽均松配，内侧下面四周，均布在活塞底部的4个小斜孔，与空气压缩室连通。

8、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：使充气活塞复位的锥形弹簧，在全压缩时，钢丝间距应尽量少，锥底刚好放入泵体底面预留的圆形凹槽内。

9、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：在充气活塞底面通过导杆的部位，装有一套由底板、O型圈、与O型圈密配的螺帽，加上密封垫圈组成的密封盖，螺纹连结在充气活塞的底部。

10、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：充气活塞是一个在内壁锁定气室部位镶入一个薄壁金属套的粉末冶金件。

11、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：气泵连底座的上盖，内孔紧配压入一个外壁均布4条进气槽、下端为45°～60°内斜面的粉末冶金模具成型活塞套。

12、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：能在充气接头内伸缩移动的金属气管，用带O型圈的密封螺帽与接头连接，顶部焊上直通式气门芯，用O型圈配上通用气门螺帽与轮胎气门座密封连结。

13、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：人工充气嘴内装有与充气入口内相同的单向阀和弹簧；外部螺纹与通用充气嘴相同。

14、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：气动活塞上的O型圈，在受气压作用的一面，外周露出截面半径的4／5～3／4。

15、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：凸轮的最高点两侧，以轴心为园心，对称地延长了一段最大等半径弧线，两边用缓和曲线与凸轮半周处平滑连接。

16、根据权利要求1的自锁式可调压全自动充气泵，其特征是：车轴安装凸轮的一端，放在车轮前进方向的右侧，凸轮最高点向上安装，后面用薄型螺母锁紧。

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