專利名稱：球形變容機的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種球內可變容積裝置，其結構可用于泵，馬達，發動機。
目前，在球缸內實現容積變化的裝置為數不多，其中，中國發明專利申請公開文件上，公開了一種《球形轉盤式壓縮機》其專利申請號，CN85100200A。它主要由轉盤，桔瓣活塞，缸體，及傳動軸和齒輪組成，其主要缺點在于沒有體現出球變容機大排量特點，球腔內只有兩個可變腔。
1987年7月國際產權組織專利WO87/04495公開了一種“雙轉盤球變容機”，它主要由兩個相交二維旋轉盤、一個中空圓柱體和缸體組成的四室腔變容裝置，其缺點在于兩相交盤通過中空圓柱體實現，相交處運動副多，且受力，造成密封困難，另外，一旋轉盤在缸體上滑道內旋轉，給運轉和密封都帶來諸多不利。
本發明的目的在于提供一種結構更簡單、加工制造更方便，密封可靠，運動靈活，經濟實用的大排量球形變容機，不失為解決上述結構缺陷的好機構。
下面結合附圖
一、二對本發明進行說明，圖一和圖二中1、鉸盤(1)，2、鉸盤(2)，3、倒球傘軸(3)，4、缸體(4)，5、6、8是銷軸(5)、(6)、(8)，7、密封件或軸承(7)(圖中以圈0和
表示)，雙點劃線區缸體上為工質口區域。
本發明包括缸體(4)、銷軸(5)、(6)、(8)、和密封件或軸承(7)，尤其還包括鉸盤(1)和鉸盤(2)構成的相交鉸動球盤體總成和倒球傘軸(3)。
鉸盤(1)圓柱體徑向對稱伸出兩桔瓣狀翼，兩翼徑向外表面為同球面，球心在圓柱中心線上，沿圓柱體兩端面為平面。
鉸盤(2)兩個對稱中心線重合、平面相對的球冠夾兩個不相連的并與此中心線對稱的桔瓣體，兩球冠球面和兩桔瓣球面同一。
鉸盤(1)插入鉸盤(2)中，通過銷軸(8)把鉸盤(2)兩球冠鉸接在鉸盤(1)圓柱體兩端，鉸接軸線與圓柱和球冠中心線重合，沿鉸接軸線徑向兩者構成一對對稱圓柱副配合，配合副鉸盤(2)側可設密封件(7)或不設;在鉸盤(1)圓柱體兩端，兩者構成與軸線垂直的兩平面副配合，配合副鉸盤(1)側可設密封件(7)或不設;要求兩盤鉸接后徑向外表面為同球徑球面，球心重合在鉸接軸線上，并在任意相對鉸動位置球面接觸邊吻合;兩鉸盤球面上可分別設密封件(7)或不設，使兩者構成可相對轉動、接觸面密封的相交鉸動球盤體總成。
倒球傘軸(3)一端為軸另一端為倒球傘，倒球傘凹面為球面，外凸面為繞軸線的回轉曲面，軸線過凹球面球心，倒球傘球面邊圓平面垂直軸線。
缸體(4)中空分體對接，以其上轉動支承倒球傘軸(3)的孔中心線為基準，接合面可以與之垂直，也可以過此中心線或與之平行;缸體(4)最內壁為部分球面，球面邊圓平面與倒球傘支承孔垂直，孔中心線過球心，其余內壁面繞孔中心線與倒球傘軸(3)球傘外凸回轉曲面相同。
缸體(4)最內球面和倒球傘軸(3)凹球面與球盤體總成外球面為同球徑球面;前兩者裝配后，回轉曲面吻合，其間可設密封件和軸承(7)，前兩者球面在缸體(4)內構成完整球面圍成的球腔;球盤體總成置于球腔中，并使所有球面球心重合;鉸盤(1)和(2)與球腔面形成兩道相交球面副環，兩球面副環相交軸線即與球盤體總成的鉸接軸線同一，由此，球盤體總成把球腔分成了四個可變封閉室腔，與鉸接軸線對稱的室腔容積同步變容，任一鉸盤兩側互補變容。
球腔中球盤體總成與缸體(4)和倒球傘軸(3)有兩種聯接方式一、見圖一，在鉸盤(1)內，過球心，與兩盤鉸接軸線成夾角α(45°＜α＜90°)的直線為銷軸(5)軸線，通過銷軸(5)實現鉸盤(1)和缸體(4)間繞銷軸(5)軸線的轉動支承;銷軸(5)固定在鉸盤(1)上亦可做為外伸軸，其軸線與機上倒球傘軸(3)軸線裝配夾角θ為90°;
在鉸盤(2)內，過球心，與其內鉸動軸線成β角(45°＜β＜90°)的直線做為銷軸(6)軸線，通過銷軸(6)實現鉸盤(2)和倒球傘軸(3)間繞銷軸(6)軸線轉動支承，支承銷軸(6)軸線與倒球傘軸(3)軸線夾角γ(0°＜γ＜90°)。
在此方式聯接下的各構件運動關系旋轉倒球傘軸(3)，其上銷軸(6)帶動鉸盤(2)以球心為定點做三維擺動，通過球盤體總成的鉸接關系，在改變兩鉸盤所夾容積同時還帶動鉸盤(1)繞銷軸(5)軸線做二維往復擺轉，銷軸(5)可外伸做擺轉軸，鉸動盤所夾四容積周期變化。
以聯接方式的機構特點1、機械綜合性質即旋轉的倒球傘軸(3)、擺轉的銷軸(5)、變容機三者間，任意兩者動力輸出或輸入對應另一者的輸入或輸出。
2、集成性質其一沿倒球傘軸(3)可相對串聯兩機，其二，多機可沿外伸銷軸(5)串聯，其三、前兩者串聯關系可以并立實現。
二、見圖二，在鉸盤(2)內，過球心，與其上鉸結軸線成β夾角(45°＜β＜90°)直線為銷軸(5)軸線，通過銷軸(5)實現鉸盤(2)和缸體(4)間繞銷軸(5)軸線的可轉動支承，銷軸(5)固定在鉸盤(2)上，并可做為外伸軸，其軸線與機上倒球傘軸(3)裝配夾角θ，0°＜θ＜90°;
在鉸盤(1)內，過球心，與其上鉸接軸線成α夾角(45°＜α＜90°)直線為銷軸(6)軸線，通過銷軸(6)實現鉸盤(1)與倒球傘軸(3)間繞軸(6)軸線的轉動支承;銷軸(6)軸線與倒傘軸(3)軸線夾角γ等于90度。
在此方式聯接下，各構件運動關系旋轉倒球傘(3)，銷軸(6)帶動鉸盤(1)做繞倒球傘軸(3)軸線的旋轉，由鉸盤(1)和(2)的鉸動關系，帶動鉸盤(2)繞銷軸(5)軸線二維旋轉，外伸的銷軸(5)亦變角旋轉，同時鉸盤(1)繞銷軸(6)往復擺動，使鉸動盤體總成所夾四容積周期變化。
此聯接方式的機構特點1、機械綜合性質如同萬向傳動軸結合部，在變向傳動的同時，亦可具備機械變容功能。
2、集成特點多機可沿倒球傘軸(3)和銷軸(5)交替串聯。
上述兩種聯接方式中，鉸盤(1)、(2)間還具有位置互換性，即可把上述鉸盤代號(1)和(2)互換。
無論哪種聯接，其在缸體(4)上開口方式相同。在缸體(4)上工質開口，位于四腔處于容積極限位置(即同時出現兩最大容積腔和兩最小容積腔)時，做二維運動的鉸盤所在環形球面副于缸體(4)投影位置上，該投影環面被此位置處相交的銷軸(5)和(8)兩軸線分為四個區，每個區上各開有一工質口，共四個，其中兩個進口，兩個出口，同名口與球心對稱。
本發明可直接做為各種工質的機械可變容積裝置，如泵，馬達，阻尼器，真空器、壓縮機、外燃機、附加配氣機構為內燃機，……。
本發明具有機械綜合特點，有利于簡化液壓與機械綜合系統，同時有利于液壓系統和產品的計量。
下面結合附圖一、二所示兩個具體實施例，對發明作具體說明;
實施例1，圖一、是容積處于極限位置時，過銷軸(5)和倒球傘軸(3)軸線的裝配剖面示意圖。
鉸盤(1)圓柱體徑向對稱伸出兩桔瓣狀翼，兩翼徑向外表為同球面，球心在圓柱中心線上，沿圓柱體兩端為平面。
鉸盤(2)兩個對稱中心線重合、平面相對的球冠夾兩個不相連并與此中心線對稱的桔瓣體，兩球冠球面和兩桔瓣球面同一。
鉸盤(1)插入鉸盤(2)中，通過銷軸(8)把鉸盤(2)兩球冠鉸接在鉸盤(1)圓柱兩端，鉸接軸線即為圓柱和球冠中心線;沿鉸接軸線，徑向兩者構成一對對稱圓柱副配合，此配合鉸盤(2)側可設封件(7)或不設;在鉸盤(1)圓柱體兩端構成與鉸軸線垂直的兩平面副配合，此配合鉸盤(1)側可設密封件(7)或不設;要求鉸接后，兩盤徑向外表面為同球徑球面，球心重合在鉸接軸線上，并在任意相對交動位置球面接觸邊吻合;兩鉸盤球面上可分別設密封件(7)或不設，使兩者構成可相對轉動、接觸面密封的相交鉸接球盤體總成。
倒球傘軸(3)一端為軸另一端為倒球傘，倒球傘凹面為球面，軸線過球心，球面邊界圓所在平面垂直軸線，倒球傘外凸面為繞軸線回轉曲面。
缸體(4)中空對接，結合面過其上支承倒球傘軸(3)的孔中心線;缸體(4)最內面為部分球面壁，球面邊界圓所在平面垂直支承球倒球傘軸(3)孔中心線，且球心在孔中心線上;其余內壁面繞孔中心線與倒球傘軸(3)外凸回轉曲面相同。
缸體(4)最內球面和倒球傘軸(3)內凹球面與球盤體總成外球面為同球徑球面;前兩者裝配后回轉曲面吻合，其間可設密封件和軸承(7)，前兩者球面在缸體(4)內構成完整球面并圍成球腔;球盤體總成置于此球腔中，使所有球心重合;球盤體總成與球腔球面形成兩道相交球面副環，其相交軸線即為球盤體總成的鉸接軸線，由此，球盤體總成把球腔分成了四個可變封閉室腔，并且，對稱兩盤鉸接軸的兩室腔容積變化同步，任一鉸盤兩側容積互補可變。
球腔內，球盤體總成和缸體(4)、倒球傘軸(3)聯接按第一種方式
在鉸盤(1)內，過球心，與兩盤鉸接軸線成α夾角等于90°的直結為銷軸(5)軸線，通過銷軸(5)實現鉸盤(1)和缸體(4)間繞銷軸(5)軸線的相對轉動支承，銷軸(5)固定在鉸盤(1)上，可外伸做軸，其軸線與機上倒球傘軸(3)軸線裝配夾角θ等于90度。
在鉸盤(2)內，過球心，與其內鉸動軸線成β角等于90°的直線為銷軸(6)軸線，通過銷軸(8)實現鉸盤(2)與倒球傘軸(3)間繞銷軸(6)軸線的轉動支承，支承銷軸(6)與倒球傘軸(3)軸線夾角γ等于50度。
缸體(4)上的進出口位置，位于四室腔處于容積極限位置時，鉸盤(1)所在環形球面副于缸體(4)投影位置上，該投影環面被此位置處相交的銷軸(8)和(5)軸線分為四個區，每個區對應的缸體(4)上各開有一個工質口，四口大小決定于對應區投影面積，與球心對稱的兩口為同名口(同為進口或出口)。
當旋轉動力傳給倒球傘軸(3)，其上銷軸(8)帶動鉸盤(2)以球心為定點做三維擺動，通過球盤體總成的鉸接，在改變兩鉸盤所夾四容積同時，還帶動鉸盤(1)繞銷軸(5)軸線做二維復往擺轉，銷軸(5)可外伸做擺轉軸，并使四個室腔任一對同步腔中每一腔，在容積減小時總是固定對應兩出口中的一個，增大時總是固定對應進口中的一個，兩進口間和兩出口間都與球心對稱。
實施例1中聯接方式的機構特點與第一種聯接方式相同。其四腔合計幾何排量略小于球腔。
實施例2，圖二是在容積極位置時，過銷軸(5)和倒球傘軸(3)軸線的裝配剖面示意圖。
鉸盤(1)圓柱體徑向對稱伸出兩桔瓣狀翼，兩翼徑向外表面為同球面，球心在圓柱中心線上，沿圓柱體兩端為平面。
鉸盤(2)兩個對稱中心線重合、平面相對的球冠夾兩個不相連的并與中心線對稱的桔瓣體，兩球冠球面和兩桔瓣球面同一。
鉸盤(1)插入鉸盤(2)中，通過銷軸(8)把鉸盤(2)兩球冠鉸接在鉸盤(1)圓柱體兩端，兩球冠和圓柱體中心線即鉸接軸線，沿鉸軸線徑向兩者構成一對對稱圓柱副配合，配合副鉸盤(2)側可設密封件(7)或不設;在鉸盤(1)圓柱體兩端，兩者構成與軸線垂直的平面副配合，配合副鉸盤(1)側可設密封件(7)或不設;要求兩盤鉸接后，徑向外表面為同球徑球面，鉸接后球心重合在鉸接軸線上，并在任意相對鉸動位置，球面接觸邊吻合，兩鉸盤球面上可分別設密封件(7)不設，因而使兩者構成可相對轉動、接觸面密封的相交鉸接球盤體總成。
倒球傘軸(3)一端為軸另一端為倒球傘，倒球傘內凹面為球面，外凸面為繞軸回轉曲面，軸線過球面球心，球面邊界圓平面垂直軸線。
缸體(4)中空分體對接，對接面垂直其上轉動支承倒球傘軸(3)的孔中心線，最內表面為球面，球心在孔中心線上，球面邊界圓所在平面與孔中心線垂直，其余內表面繞孔中心線與倒球傘軸(3)回曲面相同。
缸體(4)最內球面和倒球傘軸(3)凹球面與球盤體總成外球面為同球徑球面，前兩者裝配后，回轉曲面吻合，構成的回轉運動副間設封件和軸承(7)，前兩者球面部分在缸體(4)內構成完整球面圍成的球腔;球盤體總成置于此球腔中，所有球面球心重合，鉸盤(1)和(2)與球腔球面形成兩道相交球面副環，兩球面副環相交軸線即為球盤體總成的鉸接軸線，由此，球盤體總成把球腔分成了四個可變封閉室腔，并對稱鉸接軸線兩室容積同步變化，任一鉸盤兩側容積互補變容。
球腔中，球盤體總成與缸體(4)和倒傘軸(3)的聯接按第二種聯接方式在鉸盤(2)內，過球心，與其上鉸接軸成β夾角，β＝90°，直線為銷軸(5)軸線，通過銷軸(5)把鉸盤(2)繞銷軸(5)軸線轉動支承于缸體(4)上，銷軸(5)固定在鉸盤(2)上，并可外伸為軸，其軸線與機上倒球傘軸(3)裝配夾角θ＝80°。
在鉸盤(1)內，過球心，與其上鉸接軸線成α夾角，α＝90度，直線為銷軸(6)軸線，通過銷軸(6)實現鉸盤(1)和倒球傘軸(3)間繞銷軸(6)軸線的轉動支承，銷軸(6)軸線與倒球傘軸(3)軸線夾角γ為90°。
按此方式聯接，設在缸體(4)上的工質進出口，位于四室腔處于容積極限位置時，鉸盤(2)所在球面密封副環，于缸體(4)的投影位置上，該投影環面被此位置處相交的銷軸(8)、(5)軸線，分為四個區，對應每個區的缸體上各開一口，四口大小決定于對應區投影面積，與球心對稱兩口為同名口。
各構件運動關系旋轉動力傳給倒球傘軸(3)，銷軸(6)帶動鉸盤(1)做繞倒球傘軸(3)軸線轉，由鉸盤(1)和(2)鉸動關系，又帶動鉸盤(2)繞銷軸(5)軸線旋轉，銷軸(5)亦可做為變角外伸旋轉軸，同時使鉸盤(1)繞銷軸(6)軸線往復擺動，鉸動盤體總成所夾四容積周期變化，由四室變容同步和互補關系，兩同步減容室腔固定地一一對應兩進口，兩同步增容室腔固定地一一對應兩出口，兩進口間和兩出口間都與球心對稱。
實施例2的機構特點與第二種聯接方式相同，且每轉四腔合計幾何容積排量大于球腔容積。
權利要求
1.本發明屬于球腔中封閉可變容積裝置，包括缸體(4)，銷軸(5)、(6)、(8)和密封件或軸承(7)其特征還包括鉸盤(1)和鉸盤(2)構成的相交鉸動球盤體總成和倒球傘軸(3)；鉸盤(1)圓柱體徑向對稱伸出兩桔瓣狀翼，兩翼徑向外表為同球面，球心在圓柱中心線上，沿圓柱體兩端為平面；鉸盤(2)兩個對稱中心線重合、平面相對的球冠夾兩個不相連的并與此中心線對稱的桔瓣體，兩球冠球面和兩桔瓣球面同一；鉸盤(1)插入鉸盤(2)中，通過銷軸(8)把鉸盤(2)球冠鉸接在鉸盤(1)圓柱體兩端，兩球冠中心線與圓柱中心線重合于鉸接軸線，沿鉸接軸線徑向，兩者構成一對對稱圓柱副配合，配合副鉸盤(2)側可設密封件(7)或不設；在鉸盤(1)圓柱體兩端，兩盤構成與鉸軸線垂直的平面副配合，此配合鉸盤(1)側可設密封件(7)或不設；要求兩鉸接盤徑向外表面為同球徑球面，鉸接后球心重合且在鉸接軸線上，并在任意相對鉸動位置球面接觸邊吻合，兩鉸盤球面上可設密封件(7)或不設，使兩者構成可相對轉動、接觸面密封的相交鉸接球盤體總成；倒球傘軸(3)，一端為軸另一端為倒球傘，球傘凹面為球面，凸面為繞軸線回轉曲面，軸線過球心與傘端凹球面邊界圓平面垂直；缸體(4)，為中空分體對接，以其上轉動支承倒球傘軸(3)的孔中心線為基準，接合面可以與之垂直，也可以過此中心線或與之平行；缸體(4)最內壁為球面，球心在孔中心線上，球面邊界圓平面與孔中心線垂直，其余內壁面繞孔中心線與倒球傘軸(3)外凸回轉曲面相同；缸體(4)最內球面和倒球傘軸(3)內凹球面與球盤體總成外球面為同球徑球面；前兩者裝配后回轉面吻合，其間可設密封件和軸承(7)；前兩者球面在機內構成完整球面圍成的球腔，球盤體總成置于球腔中，所有球面球心重合，鉸盤(1)和(2)與球腔球面形成兩道相交球面副環，兩球面副環相交軸線即與球盤體總成的鉸接軸線同一，由此，球盤體總成把球腔分成了四個可變封閉室腔。
2.按照權利要求1所述球腔中封閉可變容積裝置其特征在于所說的球腔中，球盤體總成與缸體(4)和倒球傘軸(3)的一種聯接方式是在鉸盤(1)內，過球心，與兩盤鉸接軸線成α角(45＜°α＜90°)的直線為銷軸(5)軸線，通過銷軸(5)實現鉸盤(1)和缸體(4)間繞銷軸(5)軸線的轉動支承;銷軸(5)固定在鉸盤(1)上，亦可做為外伸軸，其軸線與機上倒球傘軸(3)軸線裝配夾角θ等于90度在鉸盤(2)內，過球心，與其內鉸動軸線成β角(45°β＜90°)的直線做為銷軸(6)軸線，通過銷軸(6)實現鉸盤(2)和倒球傘軸(3)間，繞銷軸(6)軸線的轉動支承，銷軸(6)軸線與倒球傘軸(3)軸線夾角γφ(0°＜γ＜90°);
3.按照權利要求1所述的球腔中封閉可變容積裝置，其特征在于所說的球腔內，球盤體總成與缸體(4)，倒球傘軸(3)的另一種聯接方式是在鉸盤(2)內，過球心，與其內鉸動軸線成、β夾角(45°＜β＜90°)直線為銷軸(5)軸線，通過銷軸(5)實現鉸盤(2)與缸體(4)間，繞銷軸(5)軸線的轉動支承，銷軸(5)固定在鉸盤(2)上，可做為外伸軸，其軸線與機上倒球傘(3)軸線裝配夾角θ(0°＜θ＜90°);在鉸盤(1)內，過球心，與其內鉸動軸線成α夾角(45°＜α＜90°)的直線做為銷軸(6)軸線，通過銷軸(6)實現鉸盤(1)和倒球傘軸(3)間，繞銷軸(6)，軸線的轉動支承，銷軸(6)與倒球傘軸(3)軸線夾角γ等于90°;
4.按照權利要求1所述的球腔中封閉可變容裝置，和權利要求2、權利要求3所述的球腔中球盤體總成與缸體(4)、倒球傘軸(3)的兩種聯接方式，其特征還在于在缸體(4)上的工質開口，位于四室腔處于容積極限位置時，二維運動鉸盤所在環形球面副于缸體(4)投影位置上，該投影面被此位置處相交的銷軸(5)和(8)兩軸線分為四個區，每個區上各開有一個工質口，共
個，其中兩個進口，兩個出口，同名口與球心對稱。
5.按照權利要求1、2、3、4所述內容其特征還在于本發明可具有旋轉-變容-擺轉(或變角旋轉)機械綜合特點。
6.本發明可應用于各種工質的封閉可變容積裝置，如各種工質的泵、馬達、真空器、阻尼器、壓縮機、外燃機和內燃機;其機械綜合特點還可應用于簡化或計量機液傳動系統。
全文摘要
本發明屬于球內四腔變容裝置，主要由軸體，鉸盤和缸體組成，其特點，構件運動靈活，有利于采用陶瓷和塑料等易模成材料制造，密封可靠，體積小，排量可大于球腔容積，同時具有旋轉軸、擺轉(或變角旋轉軸)、變容三者機械綜合特性，不僅可適用于各種工質的泵，馬達，壓縮機，真空器，阻尼器，內/(外)燃機，還可有助于簡化或計量機液傳動系統。
文檔編號F01C3/00GK1075531SQ9210108
公開日1993年8月25日 申請日期1992年2月20日 優先權日1992年2月20日
發明者張全 申請人:張全