專利名稱：球形變?nèi)輽C的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是應用在泵、馬達、內(nèi)(外)燃機等，是一種結(jié)構(gòu)的改進發(fā)明。
現(xiàn)有的變?nèi)輽C 大體上由軸體、缸體、活塞或柱塞構(gòu)成，其封閉容積的變化過程均屬二維變化，總體結(jié)構(gòu)未脫離平面結(jié)構(gòu)范疇。其結(jié)構(gòu)的缺點是可變?nèi)莘e與整機外形體積的比值太小，組成部件太多，笨重，不靈活；加工工藝復雜；適應范圍窄，一般僅作為油泵上使用。至于旋轉(zhuǎn)類變?nèi)輽C，如結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子，葉片，齒輪等，也不同程度的存在上述問題，同時還存在另一個突出的問題，啟封閉作用的運動副為高副，使密封難以處理，設(shè)備壽命較短。
本實用新型的目的是提供一種新結(jié)構(gòu)的球形變?nèi)輽C，一改現(xiàn)有封閉變?nèi)萁Y(jié)構(gòu)服從二維系統(tǒng)的特點，從三維空間出發(fā)。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的包括軸體、缸體4構(gòu)成的球形變?nèi)輽C，還帶有萬向盤3，萬向盤3徑向外表面為球面盤體，球面上開有四個鉸接孔，兩個孔相對為一組，一組孔7中心線為d，另一組孔12中心線為c，c、d交點為球心o，c、d夾角為∠cod＝α45°≤α≤90°，軸體有兩個26、27，分別由軸頭1、6，楔形球冠體10、5，一對鉸耳11、9構(gòu)成；軸線分別為a、b，鉸耳11與萬向盤鉸孔12通過一對銷2鉸接，鉸耳9與萬向盤鉸孔7通過一對銷8鉸接。中心線c與軸線a夾角∠aoc＝β，45°≤β≤90°，中心線d與軸線b夾角∠dob＝γ，45°≤γ≤90°，缸體4內(nèi)空心球體空間，即內(nèi)表面為球面，缸體上開有兩個孔14、15，孔內(nèi)分別裝有軸體26、27的軸頭1、6，兩孔中心線a、b，夾角∠aob，180°－∠aob＝β，0＜β＜90°，在以平面aoz為對稱平面四分之一球缺的缸體上，開有兩個工質(zhì)交換口16，該兩平面以平面aob為對稱平面，另以平面boz為對稱平面四分之一球缺的缸體上開有另兩個工質(zhì)交換口13，該兩平面也以平面aob為對稱平面。26軸體上的一對鉸耳11(27軸體上一對鉸耳9)與萬向盤3的接觸運動副為圓柱副，鉸耳11或鉸耳9與萬向盤3的徑向接觸副為平面圓環(huán)副，軸體26、27的楔形球冠體10、5與萬向盤的運動接觸副為圓柱副。軸體26、27、萬向盤上球面與缸體內(nèi)球表面構(gòu)成球面副。
本實用新型由以下實施例及其附圖給出附


圖1，半軸式球形變?nèi)輽C主視圖；附圖2，
圖1a軸轉(zhuǎn)45°度角時的結(jié)構(gòu)圖；附圖3，半軸式球形變?nèi)輽C交換口結(jié)構(gòu)圖；附圖4，通軸盤體式球形變?nèi)輽C結(jié)構(gòu)圖；附圖5，斜曲軸式球形變?nèi)輽C結(jié)構(gòu)圖；附圖6，雙丁字萬向幾何原理圖。
1軸頭(a)2a軸上的一對銷3萬向盤4缸體
5b軸上的楔形球冠體6b軸上的軸頭7萬向盤上的一組鉸孔(d)8b軸上的一對銷9b軸上的一對鉸耳10a軸上的楔形球冠體11a軸上的一對鉸耳12萬向盤上另一組鉸孔(c)13兩個工質(zhì)交換口14缸體支承孔(軸1)15缸體支承孔(軸6)16兩個工質(zhì)交換口17環(huán)內(nèi)球表面一組相對孔18缸體上兩孔(支承)19內(nèi)環(huán)槽20曲柄27軸體21斜軸22鉸孔26軸體23鉸耳24鉸孔25兩銷軸a軸頭1楔形球冠體10，鉸耳11構(gòu)成軸體26，其軸線為ab軸頭6，楔形球冠體5，鉸耳9，構(gòu)成軸體27，b為軸線，c萬向盤一組鉸孔12與鉸耳11及一對銷2的中心線與a軸線夾角β，d萬向盤一組鉸孔7與鉸耳9及一對銷8的中心線與b軸夾角為γ，ocd交點與a、b交點重合為o，也是各球面共球心或稱萬向鉸心。c、d夾角為α。z過o的垂直ab的軸線。X即為軸線a，垂直z。Y平面aob內(nèi)垂直x、垂直z，xyz－o構(gòu)成空間固定坐標系。
實施例1、一種包括軸體、缸體4構(gòu)成的球形變?nèi)輽C，其特征在于還帶有萬向盤3，萬向盤3徑向外表面為球面盤體，球面上開有四個鉸接孔，兩個孔相對為一組，一組孔7中心線為d，另一組孔12中心線為c，c、d交點為球心o，c、d夾角為∠cod＝α，45°≤α≤90°，軸體有兩個，26、27，分別由軸頭1、6，楔形球冠體10、5，一對鉸耳11、9構(gòu)成；軸線分別為a、b；鉸耳11與萬向盤鉸孔12通過一對銷2鉸接，鉸耳9與萬向盤鉸孔7通過一對銷8鉸接；中心線c與軸線a夾角∠aoc＝β，45°≤β≤90°；中心線d與軸線b夾角∠dob＝γ，45°≤γ≤90°；缸體4內(nèi)空心球體空間，即內(nèi)表面為球面，缸體上開有兩個孔14、15，孔內(nèi)分別裝有軸體26、27的軸頭1、6，兩孔中心線a、b夾角∠aob，180°－∠aob＝θ，0＜β＜90°；在以平面aoz為對稱平面四分之一球缺的缸體上，開有兩個工質(zhì)交換口16，該兩平面以平面aob為對稱平面；另以平面boz為對稱平面四分之一球缺的缸體上開有兩個工質(zhì)交換口13，該兩平面也以平面aob為對稱平面；2、軸體變形為通軸盤體26和環(huán)體27，盤體26徑向為球面圓盤體，沿球徑兩端為兩個軸頭1，軸頭軸線為a，沿另一球徑兩端為兩鉸耳11，鉸耳11與萬向盤的一組鉸孔12通過一對銷2鉸接，∠aoc＝β，45°≤β≤90°；環(huán)體27為圓環(huán)體，內(nèi)表面為球面，對稱中心線為b；沿環(huán)內(nèi)球徑兩端有一組相對孔17，孔17與萬向盤3上的一組鉸孔7通過銷8鉸接?！蟗od＝γ，γ＝90°，缸體4為對接式，內(nèi)表面為球面，沿缸體一內(nèi)球徑兩端開有兩孔18，孔中裝有(軸體)盤體26的兩個軸頭1，兩孔中心線為a；在缸體內(nèi)壁上開有內(nèi)環(huán)槽19，環(huán)槽的對稱中心線b，槽內(nèi)有環(huán)體27，180°－∠aob＝θ，0＜θ＜90°；以平面aoz為對稱平面，沿缸體上軸線a相對的兩端的兩個四分之一球缺上各開有兩個工質(zhì)交換口13、16，共有4個交換口，而每對交換口13或16又以平面aob為對稱平面；缸體內(nèi)球表面與軸體27的環(huán)體內(nèi)球表面為完整球面。兩者內(nèi)球面與萬向盤3，和軸體的盤體，兩者徑向球面構(gòu)成運動球面副。萬向盤3與軸體26的通盤體接觸副為圓柱面副，軸體26上的盤體鉸耳11與萬向盤接觸副構(gòu)成平面圓環(huán)副和圓柱副。
3、軸體變形為 一組鉸孔12為通孔，另一組同實施例1，軸體有兩個26、27，軸體26變形為N字形的斜曲軸，N字兩立壁曲柄20，兩曲柄為同一直徑圓盤，曲柄20相對內(nèi)表面為同球徑內(nèi)凹球面，沿曲柄對稱中心線外伸兩軸頭1，軸體N字的對角肩部固定一斜軸21，斜軸通過球心o，并與萬向盤通鉸孔12鉸接，斜軸軸線c與軸頭軸線a夾角∠aoc＝β，0＜β＜90°，軸體27變形為一徑向外表面為球面圓盤體，在球面上沿一球徑的兩端有一對鉸孔22，孔心線b，在球面上沿另一球徑的兩端有一對鉸耳23，鉸耳中心線db、d夾角為∠bod＝γ，45°≤γ≤90°，鉸耳23與萬向盤鉸孔7鉸接；缸體4為對接式，內(nèi)壁為凸凹形狀，內(nèi)凸面 為球面環(huán)帶，沿環(huán)帶對稱中心線的缸體上開有兩個支承孔18，孔中裝有軸頭1，缸體內(nèi)球面上有兩個鉸孔24，通過兩銷25與軸體上的鉸孔22鉸接，支承孔中心線a與鉸接孔24中心線b夾角∠aob＝θ＝90°，以平面boz為對稱平面，沿缸體上軸線b相對的兩端的兩個四分之一球缺上各開有兩對工質(zhì)交換口16、13，共有四個交換口，而每對交換口16或13又以平面aob為對稱平面。缸體內(nèi)凸球面與曲柄20兩個內(nèi)凹球面構(gòu)成同一完整球面，該球面與萬向盤和軸體4的盤體徑向球面構(gòu)成球面副，萬向盤與軸體27的盤體間的接觸副為圓柱副，軸體27上兩鉸耳23與萬向盤接觸副為平面圓環(huán)副和圓柱副。
球形變?nèi)輽C的變?nèi)葸^程和工質(zhì)交換是這樣實現(xiàn)的按上述三種結(jié)構(gòu)特征，并都連接成雙丁字萬向鉸關(guān)系，其工作原理是相同的，可以把三者結(jié)構(gòu)看成，缸體內(nèi)一球形空間，被萬向盤與支承在缸體上的軸體過球徑相交鉸接后，分隔成四個室腔，與兩平面相交道理一樣，萬向盤與軸體間產(chǎn)生四個夾角，而且位于萬向盤同側(cè)的兩夾角互補，稱四夾角為容積角，同在萬向盤一側(cè)的為互補容積角由于萬向盤服從雙丁字萬向關(guān)系中，兩叉軸線c、d決定的平面cod運動規(guī)律，因此，當軸體繞a軸旋轉(zhuǎn)時，萬向盤同時發(fā)生相對c和d兩個叉軸線的轉(zhuǎn)動，使萬向盤同側(cè)互補容積角發(fā)生互補變化，從而達到改變?nèi)莘e的目的，又由于結(jié)構(gòu)中四個工質(zhì)交換口的位置規(guī)定，使得旋向一定條件下任一腔容積增大(減小)時總是確定地對應著四口中的一個固定開口，不會改成另三個口中的一個，因而四開口進(出)名義是確定不變的，兩進口、兩出口，總有固定的一對進出口(在萬向盤同側(cè))，可以為固定的一對互補腔(在萬向盤同側(cè))交換工質(zhì)。以滿足泵馬達、內(nèi)(外)燃機的工質(zhì)交換要求。
在上述結(jié)構(gòu)中，α、β、γ、θ統(tǒng)稱為鉸角。所有鉸角在其取值范圍內(nèi)的取值必須滿足萬向盤3的中心定點o法線軌跡為圓錐曲面的要求。
利用空間運動幾何原理結(jié)合萬向運動理論，建立起來的球形空間可變?nèi)莘e系列結(jié)構(gòu)設(shè)計，超出了現(xiàn)有平面式變?nèi)輽C構(gòu)的范疇，帶來了新的有價值的研究內(nèi)容。所說的三種球形變?nèi)輽C結(jié)構(gòu)，其獨特優(yōu)點在于可變?nèi)莘e與整機外形體積比值接近于1，等于甚至超過1。用以封隔室腔的接觸副皆為面接觸低副，有利于進一步密封設(shè)計，內(nèi)部運動總成與缸體等構(gòu)件組成的球面副法向接觸力理論上等于零。存在受力運動無死點結(jié)構(gòu)，運動靈活，拆卸維修方便。應用領(lǐng)域廣泛，甚至于玩具、模型等，易于采用新材料，單機本身四腔關(guān)系存在互補，相位特點，工質(zhì)交換方便。即不應有工質(zhì)受困現(xiàn)象，加工設(shè)備品種少，成批生產(chǎn)價格低，機械損失小工質(zhì)的離心作用可得很好利用。θ＝90°的結(jié)構(gòu)，同時提供了一種旋轉(zhuǎn)——擺動間轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)，a軸轉(zhuǎn)b軸擺，見圖5。
權(quán)利要求1.一種包括軸體、缸體4構(gòu)成的球形變?nèi)輽C，其特征在于還帶有萬向盤3；萬向盤3徑向外表面為球面盤體，球面上開有四個鉸接孔，兩個孔相對為一組，一組孔7中心線為d，另一組孔12中心線為c，cd交點為球心o，c、d夾角為∠cod=α，45°≤α≤90°；軸體有兩個，26、27，分別由軸頭1、6，楔形球冠體10、5、一對鉸耳11、9構(gòu)成；軸線分別為a、b；鉸耳11與萬向盤鉸孔12通過一對銷2鉸接，鉸耳9與萬向盤鉸孔7通過一對銷8鉸接；中心線c與軸線a夾角∠aoc=β，45°≤β≤90°；中心線d與軸線b夾角∠dob=γ，45°≤γ≤90°；缸體4內(nèi)空心球體空間，即內(nèi)表面為球面，缸體上開有兩個孔14、15，孔內(nèi)分別裝有軸體26、27的軸頭1、6，兩孔中心線即軸線a、b夾角∠aob，180°-∠aob=θ，0＜θ＜90°；在以平面aoz為對稱平面四分之一球缺的缸體上，開有兩個工質(zhì)交換口16，該兩平面以平面aob為對稱平面；另以平面boz為對稱平面四分之一球缺的缸體上開有兩個工質(zhì)交換口13，該兩平面也以平面aob為對稱平面。
2.按照權(quán)利要求1所述的球形變?nèi)輽C，其特征在于所說的軸體為兩個分別通軸盤體26和環(huán)體27，盤體26徑向為球面圓盤體，沿球徑兩端為兩個軸頭1，軸頭軸線為a，沿另一球徑兩端為兩鉸耳11，鉸耳11與萬向盤的一組鉸孔12通過一對銷2鉸接，∠aoc＝β，45°≤β≤90°；環(huán)體27為一圓環(huán)形體，對稱中心線為b，環(huán)徑向內(nèi)表面為球面，沿環(huán)內(nèi)球徑有一組相對孔17，孔17與萬向盤3上的一組鉸孔7通過兩銷8鉸接，∠bod＝γ，γ＝90°，缸體4為對接式，內(nèi)表面為球面，沿缸體一內(nèi)球徑兩端開有兩孔18，孔中裝有(軸體)盤體26的兩個軸頭1，兩孔中心線為a，在缸體內(nèi)壁上開有內(nèi)環(huán)槽19，環(huán)槽 對稱中心線b，槽內(nèi)動配合裝有環(huán)體27，180°－∠aob＝θ，0＜θ＜90°；以平面aoz為對稱平面，沿缸體上軸線a相對的兩端的兩個四分之一球缺缸體上各開有兩對交換口13、16，共有4個交換口，而每對交換口13或16又以平面aob為對稱平面。
3.按照權(quán)利要求1所述的球形變?nèi)輽C，其特征在于萬向盤4上的一組鉸孔12為通孔；軸體為兩個26、27；軸體26為N字形的斜曲軸，N字兩立壁曲柄20，兩曲柄為同一直徑圓盤，曲柄20相對內(nèi)表面為同球徑內(nèi)凹球面，沿兩曲柄重合對稱中心線外伸兩軸頭1，軸體N字的對角肩部固定一斜軸21，斜軸軸線c通過球心o，斜軸與萬向盤鉸孔12鉸接，斜軸軸線c與軸頭軸線a夾角∠aoc＝β，0＜β＜90°，軸體27為一徑向外表面為球面圓盤體。在球面上沿一球徑的兩端有一對鉸孔22，孔心線b；在球面上沿另一球徑的兩端有一對鉸耳23，鉸耳中心線d，b、d夾角為∠bod＝γ，45°≤γ≤90°，鉸耳23與萬向盤鉸孔7通過兩銷8鉸接；缸體4為對接式，內(nèi)壁為凸凹形狀，內(nèi)凸面為球面環(huán)帶，沿球面環(huán)帶對稱中心線的缸體上開有兩個支承孔18，孔中裝有軸頭1，缸體內(nèi)球徑上有兩個鉸孔24，通過兩銷25與軸體上的鉸孔22鉸接，支承孔中心線a與鉸接孔24的中心線b夾角∠aob＝θ＝90°；以平面boz為對稱平面，沿缸體上軸線b相對 兩端的兩個四分之一球缺上各開有工質(zhì)交換口16、13，共有四個交換口，而每對交換口16或13又以平面aob為對稱平面。
專利摘要一種由軸體、缸體和萬向盤組成的球形變?nèi)輽C。萬向盤徑外表面為球面的盤體，球面上開有四個鉸接孔，軸體有兩個，均帶有兩個鉸耳，分別與萬向盤的鉸孔鉸接，缸體內(nèi)為空心球體空間，缸體上支承孔內(nèi)裝有軸體的軸頭，缸體上通開有四個工質(zhì)交換口。
文檔編號F04C3/00GK2095941SQ9120677
公開日1992年2月12日 申請日期1991年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月22日
發(fā)明者張全 申請人:張全