CN85101350A - 漩涡式液压装置 - Google Patents

Abstract

一套旋涡式液压装置，有以相互交叉方向啮合的定涡形元件和旋转涡形元件，各元件都有螺旋形即涡形叶片部分，该叶片部分的凸出方式是：旋转涡形元件可相对于定涡形元件做太阳回转运动移动，该液压装置完成的改进是：可根据上述两个涡形元件中发生的最初磨损程度靠旋转移动旋转涡形元件适当地补偿旋转涡形元件和定涡形元件之间的角度相位关系；而且，由于改进了涉及两个涡形元件定位操作的结构，可明显减少旋涡式液压装置的装配步骤。

Description

本发明一般地涉及一种液压装置，特别是像压缩器、扩胀器、泵等之类的漩涡式液压装置。

首先参照图1至图7，其中所示为以普通漩涡式压缩器为例的液压装置的典型结构，这种压缩器属于已公知的液压装置技术。如图1和图2所示，基准数10标示的壳体包括一杯形部件12和用于封闭杯形件的开口端的前端板11。杯形部件12靠装配螺栓17牢固地安装在前端板11上。装配螺栓17纵向穿过定位在部件12的开口环形端面上的螺栓孔123和定位在前端板11的环形边缘上的螺栓孔113。如图所示，在前端板11的前端面上安装了一只向前凸出的带凸缘的圆柱形轴筒15，从图中还可看到装配的主旋转轴14沿轴筒15和前端板11的中心轴分别穿过滚珠轴承16、13。此外，按照图2特别表示出的，压缩器还可装有用于密封壳体10内部的密封圈30。30分别安装在前端板11的外圆环面和杯形部件12的辅助内圆环面之间以及前端板11的正端面和凸缘轴筒15的侧面之间。从图2中可看到，主轴14纵向穿过轴筒15和前端板11的中心孔，除滚珠轴承16、13外，14还受到轴密封件32可旋转的支撑。

参照图1和图2，图中表示出在壳体10中安装有一个定涡形元件20，一个旋转涡形元件21和一个用于旋转涡形元件21（后文有详细说明）的驱动和旋转阻止机构22。此外，从图中还可看出定涡形元件20由一个横板部件201，一个螺旋形即涡形叶片部件202和从横板部件201的表面凸起形成的筋部203组成，定涡形元件靠穿过杯形部件12底部121的螺栓固定在杯形部件12上。壳体10的内部空间分为吸入腔25和输出腔26，在吸入腔25和输出腔26的分隔处，在横板部件201的外圆周面和杯形部件12的内圆周面之间有配合间隙，此间隙用放入类似密封圈30一类的方法加以密封。在横板部件201的中心部位开有一通孔31，用来连通两个涡形元件20、21之间的密闭空间和输出腔26。

从图中还可看到，旋转涡形元件21是由横板部分211和从211内侧突起形成的螺旋形即涡形叶片部分212组成。在把旋转涡形元件21装进壳体10时，21的涡形叶片部分212与定涡形元件20的互补涡形叶片部分202在相互分开的180度范围内有交叉啮合的关系。当把21、20放在相互啮合位置时，封闭空间23处两个涡形元件202和212在多点有互相接触的关系。更确切地说，在旋转涡形元件21的闭合运动时刻，也就是说，当两个涡形元件202和212的叶片延伸部位的外端开始接触相对的与它们相互啮合的元件212和202的侧面时，如图5中所特别表示出的，有四个接触点：A、B、C和D。为了在涡形元件相互啮合时确定它们的适当的定位关系，在通过旋转涡形元件21的太阳回转运动（solar    revolutionary    motion）中心Os（即主轴14或定涡形元件20的中心轴线）并且与接触点A和B或点C和D的连线相交成直角的Y轴上的一点，定涡形元件20和旋转涡形元件21上分别开有定位孔208和218。此外如图1所示，定位孔208的一部分上加工出了螺纹，在杯形部件12的底部121开有与定位孔208同轴的贯通孔122。

现在，参照图1至图3，其中表示出了一种用于旋转涡形元件21的旋转阻止机构22的典型结构。22分别由牢固地嵌入前端板11内表面的一个环形定圈221，贴紧安装在前端板11的内表面上与定圈221相对的定环222，牢固地嵌入旋转涡形元件21的横板部分211的外表面的环形定圈214，贴紧安装在横板211的外表面上与环形定圈214相对的可移动环215和许多在工作位置上与沿定圈222和可移动环215轴向分布的相同数目的槽穴222a和215a啮合的滚珠224组成。当旋转涡形元件21按照图3所示按顺时针方向作太阳旋转运动（solar    rotating    motion）时，可移动环215将随之以图中标出的半径为Ror的圆圈为中心作类似的太阳回转运动（aolar    revolutionary    motion）。在此运动期间，在旋转涡形元件21上产生一个在图视方向顺时针的旋转力或力矩。该力矩是根据反作用运动工作点和密闭空间23压缩的液体的驱动力工作点的当时的偏移量而定的。在这样的工作条件下，会出现旋转涡形元件21绕可移动环215的中心顺时针旋转的结果。

可是，如图中所示，九个滚珠224卡在定环222上的槽穴222a的边缘与可移动环215上的槽穴215a的边缘之之间，因此215不能转动。从而能够防止旋转涡形元件21出现旋转运动。

在如图中所示的工作位置，可移动环215的旋转中心位于其运动的最右点，此时抑制旋转运动的各作用力的分布现状如图中箭头fc₁至fc₅所示。在这一位置，图中所示的位于最高点的滚珠224具有最大的抑止旋转运动作用，当离开这一特定的最高位置时，抑制作用便减小，因此，结果是存在于下半部分的九个滚珠224实际上对阻止系统的旋转运动完全不起作用。

同时，沿轴向施加在旋转涡形元件21上的来自流体压缩力的反作用力的流体压力即推力通过所有滚珠224会有效地施加在环形定圈214和环形定圈221上。

现在，旋转涡形元件21的驱动机理已经提出。主轴14内端形成的一个加粗部分141由滚珠轴承13支承着。此外，在加粗部分的前端面141的偏心部位还安装了一个沿轴向突起的驱动销（未示出）。另一方面，通过一个滚针轴承28在从旋转涡形元件21的横板部分211凸出的环状衬套213内安装了一个相当厚的圆盘即短管形的可旋转的轴套27。这一轴套27由一个圆盘形平衡块271构成，平衡块271是沿半径方向整体延伸的，并有一在轴套27的中心Oc的偏离位置轴向延伸的偏心凹槽。此偏心凹槽中安装有上文提及的可动驱动销，轴套27靠滚针轴承可旋转地支承在其位置上。

在这种结构的装置中，靠旋转涡形元件21的太阳回转运动（solar revolutionary motion）压入封闭空间23的液体从输出口31输出。在工作期间，会有一个由液体的压缩产生的反作用力通过涡形叶片部分212作用在旋转涡形元件21的圆周运动轨迹的切线方向上。这个力将对轴套27的中心Oc起最终作用，如图4中的箭头Fd所示。因为轴套27可能在驱动销附近来回移动，对驱动销的中心Od产生转动力矩，如箭头Fd所示。当力Fd的方向线与通过轴套27的中心Oc和驱动销的中心Od的线段之间的角度为θ时，力矩可以用下式表示：Fd·ε₂Sinθ。因此，可移动地支承在轴套27上的旋转涡形元件21受到对驱动销中心Od的转动力矩的作用。这个力矩使涡形叶片部分212被推压贴靠在涡形叶片部分202上。用Fp表示这个压力，从关系式Fp·ε₂Cosθ＝Fd·ε₂·Sinθ可以导出以下公式：

Fp＝Fd·tgθ

更准确地说，当轴套27有偏心开口并且旋转涡形元件21被驱动时，由于被压缩液体的反作用，在两个涡形叶片部分212和202之间的线接触部分会自动产生推力，这一推力保证了封闭空间23的密封效果。

另外，如前文所述，轴套27的中心Oc可相对于驱动销的中心Od转动。在这样连接的情况下，当涡形叶片部分202和212的厚度变化时（例如，由于它们的结构尺寸可能出现的误差），中心Oc和Os之间的距离会被修正。更准确地说，如图4中所示，中心Oc会移动到Oc′或Oc″点，来说，Oc会沿着以Od为中心，半径为ε₂的弧线移动。因此，在存在这种结构尺寸误差的情况下，旋转涡形元件21可以平滑移动是有利的。

在装配上文所述的这种漩涡式压缩器时，先把螺栓17拧入螺栓孔113、123，将环形部件12和前端板11装配在一起。下一步将分别开在定涡形元件20和旋转涡形元件21上的分度孔208和218互相对正。其后，将一根定位棒18从开在杯形部件12底部121上的贯通孔122穿进分度孔208、218。此时，应注意使旋转涡形元件21在相对于插入的定位棒18的一定角度范围内有一定的自由活动度。更准确地说，旋转涡形元件21可以在轴套27的一定程度的间隙里移动，这就使可移动环215上的槽穴215a能够移动与袖套27容许的角运动范围相当的一定角度。现在来看用于阻止旋转涡形元件21的自动旋转运动的旋转阻止机构22，这一机构在工作时分别与可移动环215和定环222的槽穴215a和222a保持紧密的啮合关系。在这样紧密啮合的情况下，可以保证定涡形元件20和21之间的交叉啮合中的正确角度位置。工作中，其上安装着定环222的前端板11有与主轴14相反的方向旋转移动的倾向，因此滚珠224分别被定环222的槽穴222a和可移动环215的槽穴215a的边缘夹持住。这就是以相互交叉关系装入的定涡形元件20和可移动涡形元件21的正确的角度定位过程。在构件的联结中，需注意开在前端板11上的螺栓孔113的内径应大于螺栓17的外径。在实际装配中，可以将前端板11沿与主轴14相对的方向旋转移动，以便把余下的螺栓17插入杯形部件12上的螺栓孔123中。其后，在拧紧螺栓17时，应当将前端板11和杯形部件12可靠地固定在一个正确结合状态，从而使定涡形元件20和可移动涡形元件21能够正确地交叉啮合。在拧紧螺栓17，杯形部件12和前端板11确实互相接合以后，将定位棒18从贯通孔122中抽出。然后，将螺栓19穿过孔122插入开在定涡形元件20上的分度孔208，与208的螺纹209啮合，从而将分度孔208、218和贯通孔122紧固在正确的定位状态，如图6或图7中所示。

以下是上文所述的传统装配方法的大致过程。

（1）首先把螺栓17插入螺栓孔113和123，将杯形部件12和前端板11装配起来。

（2）将分别开在定涡形元件20和旋转涡形元件21上的分度孔208和218互相对正，然后把定位棒18插入分度孔208、218。

（3）沿与主轴14相对的方向旋转移动前端板11，直到极限位置。

（4）靠螺栓17将杯形部件12和前端板11整体固紧。

（5）最后，将定位棒18抽出，然后将螺栓19插入并且拧紧，以便将杯形部件12和前端板11在适当位置上紧固在一起。

但是，按照传统方法装配漩涡式液压装置不能避免下述缺点。

（Ⅰ）当按上文所述设定涡形元件20、21的交叉角关系时，按照它们接触的初始摩擦，涡形元件20、21的涡形叶片部分202、212形成一个相互接触关系，这就决定了旋转涡形元件21的回转轨迹中当前的运动半径。当这个运动半径增大时，即使依靠旋转涡形元件21的驱动机构紧密跟随这一运动半径，也不可避免地会在旋转涡形元件21相对于定涡形元件20绕旋转涡形元件的驱动轴中心留下相当大的相位偏差。由于这个原因，在涡形叶片部分202、212的相对侧面之间会留下一个相当大的间隙，结果是大量气体从这个间隙漏泄，最终导致出现压缩器的性能降低问题。

（Ⅱ）按照上文所述的传统的装配方法，在把定位棒18插入分度孔208、218以后，要将前端板11沿与主轴14相对的方向旋转移动，直至极限位置，然后把杯形部件12和前端板11紧固在一起，这些不可避免的复杂过程和增加的步骤都未被作为问题而受到注意。

本发明实现了考虑到上文所述的情况和麻烦的实际操作，本发明主要致力于提供一种经过改进的漩涡式液压装置，这种装置能够有效地解决上述问题。

（1）本发明的一个目的是提供一种经过改进的漩涡式液压装置，这种装置可以补偿由于在装置跑合工作期间产生的最初磨损而在液压装置中的互补涡形元件的相邻涡形叶片部分的相对侧面之间形成的间隙，从而可以消除间隙并且有效地防止出现气体从这一间隙的任何漏泄。

（2）本发明的另一个目的是提供一种经过改进的漩涡式液压装置，该装置能够显著减少液压装置的装配过程中的步骤。

根据本发明的实际结构，概括地说，提出了对漩涡式液压装置结构的改进，装置中的定涡形元件和旋转涡形元件以相互交叉关系啮合，每个涡形元件有一个从横板表面沿轴向凸出的螺旋形的即涡形叶片部分，叶片部分是以这样的方式凸出的：旋转涡形元件可以通过安装在前端板上的主轴的旋转运动相对于固定在杯形部件上的定涡形元件作太阳回转运动（solar    revolving    motion）移动，同时靠装在旋转涡形元件和前端板之间的旋转抑止机构的作用限制旋转涡形元件的旋转运动，这样，液体就可以随着由动作变化产生的压力被吸入和输出。

上文所述的这种结构，其特征分别在于下述（1）和（2）。

（1）这种效率高的装配的优点在于：根据涡形元件中产生的最初磨损程度，通过沿旋转涡形元件的旋转方向的旋转移动可以适当地补偿旋转涡形元件和定涡形元件之间的角度相位关系。

（2）这种结构的优点在于：在前端板和杯形部件的各相对配合面上分别开有凹槽，在两个部件上的凹槽所围定的空间装入了弹性元件，因此前端板可以相对于杯形部件做可调节的旋转移动，目的是使该装置可以在安装台架上竖直装配。

就上述这种有益的结构来讲，本发明可有如下作用和效果：

（1）当以相互交叉关系安装旋转涡形元件和定涡形元件以及由于在装置合工作期间产生的最初磨损而出现相互角度相位关系的显著偏差时旋转涡形元件和定涡形元件的相对侧面之间不会形成明显的间隙。因此，这就有效地防止了液体从互补涡形元件间隙中的漏泄，从而防止了降低漩涡式液压装置的效率的可能性，显著地提高了装置的性能。

（2）当在安装台架上将前端板和杯形部件紧固在一起的时候，前端板被自动地拉合，起到在交叉啮合的两个部件之间基本不留间隙的作用。由于前端板可以相对于杯形部件旋转移动，在安装作业中就完全不需要再用人工调整前端板了，从而减少了安装这些部件过程中的具体步骤，并且使作用在前端板上的旋转力基本上不变，得到漩涡式液压装置的安装作业质量基本上没有偏差的结果。

本发明的另一方面、原理、性质、细节以及其优点在下文有结合所提出的实施例的详细说明，参照附图阅读即可清楚了解。

图1至图7是一组表示漩涡式压缩器的传统结构的视图，其中图1和图2是通过实例说明液压装置的装配情况的纵向断面图。图3是表示从旋转涡形元件一侧观看的旋转抑止机构的正视图。图4是用于说明作用在旋转涡形元件上的推力的图解。图5是表示旋转涡形元件和定涡形元件的涡形叶片部分和定位孔的相对位置的示意图。图6是表示已装配完毕的图1中所示的液压装置的总体结构纵向断面图。图7是表示图2中所示的液压装置的装配位置的与图6相似的断面图。

图8是与图5相似的表示本发明提出的一个实施例的正视图。

图9是沿图11中的Ⅰ-Ⅰ线取出的局部断面图。

图10是表示螺栓17的安装步骤的纵向局部断面图。

图11是沿图10中的Ⅲ-Ⅲ线观看的局部视图。

图12和图13是与图9相似的表示图9至图11中所示的结构改进的局部断面图。

现在通过如图8中所示的实用的漩涡式液压装置结构的实施例说明本发明。首先，参照与图5相似的图8，两幅图中相像的部分都是用同样的符号标示的。图8中表示出了在将涡形元件202和212置于相互啮合位置时，它们在多个点上有相互交叉关系的情况。更准确地说，在旋转涡形元件21的闭合运动时刻，或者换句话说，当涡形元件202和212的叶片延伸部位的外端开始与相对元件212和202的侧面相互啮合的时候，如图8中所示，有四个接触点A、B、C和D。在这种状态下，图中表示出了分别开在定涡形元件20和旋转涡形元件21上的定位孔208a和218，定位孔是这样开的：假设在涡形叶片部分202和212的侧面有一个最初的磨损au，各涡形叶片部分侧面的渐伸线的基圆半径为bmm，在从旋转涡形元件21上的辅助定位孔218沿主轴14的旋转方向偏移一个ε弧度角的位置上开出定位孔208aε是由等式ε＝1/1000·a/b确定的。现在，假设a＝10至40u（微米），而b＝5mm、ε＝0.1至0.5弧度。在定位孔208a沿主轴14的旋转方向从旋转涡形元件21上的定位孔218偏离ε弧度，当定位孔208a和218相互对正时，把定位棒18拧入定位孔，实际操作中靠沿旋转涡形元件21的旋转方向可调节地旋转移动的适当的角度相位关系即可正确安装定涡形元件和20和旋转涡形元件21。

现在，参照图9至图11，其中所示为本发明的另一个实施例，其中图9是沿图11中的Ⅰ-Ⅰ线取出的局部断面图，图10是表示安装在漩涡式压缩器的圆周部分的螺栓17的状况的局部断面图，图11是从图10中的箭头Ⅺ观看的相似的局部视图，在定涡形元件20和旋转涡形元件21上分别开设了定位孔208和218。图中标号100表示一个螺旋形弹簧或诸如此类的弹性元件，这一弹性元件嵌入辅助面的前端板11上开出的定位槽11a与杯形部件12的相对表面上开出的定位槽12a所围成的空间里。如图12和13所示，定位槽11a和12a被改进为横断形的。简单地说，定位槽的形状应当是这样的：当靠螺栓17把前端板11和杯形部件紧固在一起的时候，定位槽的空间恰好能容纳弹性元件100，因此不会在部件之间留下明显的间隙。

下文所述为装配这种漩涡式压缩器的方法和本发明所特有的有益结构具有的优点：

（1）首先把螺栓17插入多个螺栓孔113和123，将杯形部件12和前端板11装配起来。

（2）把分别开在定涡形元件20和旋转涡形元件21上的分度孔208和218互相对准，然后将定位棒18插入分度孔208、218。

（3）通过螺栓17将杯形部件12和前端板11整个紧固在一起。

（4）最后，把定位棒18抽出，然后将螺栓19插入并且拧紧，以便将杯形部件12和前端板11一起固紧在适当位置。

当在装配过程中将前端板和杯形部件紧固在一起的时候，在前端板靠安装在前端板11和杯形部件12之间的弹性元件100的作用自动地旋转移动的同时，前端板被拉到其正确位置上，结果使两个部件的交叉啮合不存在余留间隙。靠前端板具有可以相对于杯形部件旋转移动的作用这一优点，在安装作业中再也不需要“沿与主轴14相对的方向旋转移动前端板直至极限位置的传统的人工调整方法”了，从而减少了安装这些部件过程中的实际步骤。另外，在实际操作中可以通过弹性元件100的恢复力矩选择作用在前端板上的旋转力矩的大小，从而在漩涡式液压装置的安装作业质量中保持一个最小的实际偏差。

根据本发明的这一实施例的结构，概括为：在漩涡式液压装置的前端板11和杯形部件12的相对表面上开有定位槽，当把两个部件安装在一起时，其间有一个由定位槽围成的空间，在这一空间的适当位置上嵌入了一个弹性元件，以使前端板在安装时能相对于杯形步件可调节地旋转移动，最后，当符合了互补部件之间的预定调整要求以后，将前端板和杯形部件紧固在一起。

最后，所有上述说明或附图中所表示的内容是说明性的，不以任何方式用于限定的方面。

也可以理解，附加的权利要求意图覆盖发明拥有的全部一般和特殊特征以及与发明范围有关的所有方面，这些权力要求陈述在权利要求书中。

Claims (6)

1、一套漩涡式液压装置，其中有以相互交叉关系啮合的定涡形元件和旋转涡形元件，每个涡形元件都有一个从横板表面沿轴向凸出的螺旋形即涡形叶片部分，该叶片部分是以如下方式凸出的：该旋转涡形元件可以靠支承在前端板上的主轴的旋转运动相对于固定安装在杯形部件上的该定涡形元件做太阳回转运动(solarrevolvingmotion)移动，而靠安装在该旋转涡形元件和该前端板之间的旋转阻止机构的作用限制该旋转涡形元件的旋转运动，因此液体就随着装置中不断变化的压力差受控从液压装置中吸入和输出，这样的液压装置的特征是：可以根据上述两个涡形元件中发生的最初磨损程度靠旋转移动该旋转涡形元件适当地补偿该旋转涡形元件和该定涡形元件之间的角度相位关系。

2、根据权利要求1提出的漩涡式液压装置，其特征是该旋转涡形元件是以如下的角度相位关系与该定涡形元件以交叉关系配置的：当假设上述两个涡形元件的涡形叶片部分的侧面的最初磨损为au，并且该涡形叶片部分的渐伸线的基圆半径为bmm时，该旋转涡形元件可以沿其旋转方向旋转移动ε弧度角度相位，ε由等式ε＝1/1000·a/b确定。

3、一套漩涡式液压装置，其中有以相互交叉关系啮合的定涡形元件和旋转涡形元件，每个元件都有从横板表面沿轴向凸出的螺旋形即涡形叶片部分，该叶片部分是以如下的方式凸出的：该旋转涡形元件可以靠支承在前端板上的主轴的旋转运动相对于固定安装在杯形部件上的该定涡形元件做太阳回转运动移动，而靠安装在该旋转涡形元件和该前端板之间的旋转阻止机构的作用限制该旋转涡形元件的旋转运动，因此液体就随着装置中不断变化的压力差受控从液压装置中吸入和输出，这样的液压装置的特征是：在漩涡式液压装置的前端板和杯形部分的相对表面开有制动槽，从而当把前端板和杯形部分安装在一起的时候，在其间围成一个空间，在这个空间中嵌入一个弹性元件，以便在装配过程中使该前端板可以相对于该杯形部分做可调节的旋转运动移动，在完成了上述互补元件之间的预定调整以后，将该前端板和该杯形部分最后紧固在一起。

4、根据权利要求3提出的漩涡式液压装置，其特征是该前端板和该杯形部分的相对表面开有截面为三角形的制动槽。

5、根据权利要求3提出的漩涡式液压装置，其特征是该前端板和该杯形部分的相对表面开有包括截面为矩形、不规则四边形以及诸如此类的四边形的制动槽。

6、根据权利要求3提出的漩涡式液压装置，其特征是该弹性元件是螺旋形弹簧。

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