專利名稱：多功能旋轉(zhuǎn)球形缸或泵的制作方法
多功能旋轉(zhuǎn)球形缸或泵，下簡稱“球缸”主要是為動(dòng)力設(shè)備而設(shè)計(jì)的。它可以代替多種活塞機(jī)械把能量變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。避開噴氣機(jī)、汽輪機(jī)以及電磁為動(dòng)力的機(jī)械不說，那么現(xiàn)行的普通發(fā)動(dòng)機(jī)如氣油機(jī)、柴油機(jī)多為活塞式的，很多泵體如氣壓泵、液壓泵、氣壓件、液壓件也多為活塞式的。它們的活塞在缸或泵的內(nèi)腔中作來回運(yùn)動(dòng)，既消耗能量又增加噪聲。不會(huì)直接旋轉(zhuǎn)，或不能用旋轉(zhuǎn)方式直接帶動(dòng)它們，必須借助曲軸、齒輪或其它的機(jī)械構(gòu)件，因此就給制造增加難度，既多消耗材料和工時(shí)，又增大體積與重量。
如果用本設(shè)計(jì)的球缸來代替活塞缸或泵，這直接旋轉(zhuǎn)的功能對上述弊端在很大程度上將得到改善，或徹底解決。如果用球缸的組合設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)由小到大的幾個(gè)球缸設(shè)置於一根軸上，小的那個(gè)球缸出口連接后面大的那個(gè)球缸的進(jìn)口，氣體工質(zhì)由小的那個(gè)球缸進(jìn)口進(jìn)入，再由最后那個(gè)大的球缸出口排出，那末該工質(zhì)將在這幾個(gè)球缸的中盤上，由小到大依次釋放其膨脹功，而提高了熱機(jī)的效力。在汽體壓力較低的情況下，也不會(huì)象汽輪機(jī)那樣，氣體從進(jìn)口直通出口跑了。不僅如此，本球缸尚能派生出其它許多用途。例如變速，只要控制工質(zhì)從球缸進(jìn)口的流入量，就能很容易的改變球缸的轉(zhuǎn)速。為了增大扭力，或改變轉(zhuǎn)速而使用齒輪箱，那會(huì)損耗很多能量。要是用兩只直徑大小不同滾動(dòng)磨擦的球缸和一個(gè)油箱作不同軸的組合，油箱中的油從小的那個(gè)球缸進(jìn)口進(jìn)入。它的出口連接太的那個(gè)球缸的進(jìn)口，再由大的那個(gè)球缸的出口連接回油箱。如果用一旋轉(zhuǎn)外力帶動(dòng)小的球缸的中軸，那么大的那個(gè)球缸的中軸也將隨之旋轉(zhuǎn)起來，且能得到較之小球缸中軸較大的扭力。反之如果外力帶動(dòng)大的球缸中軸，那么在小球缸的中軸上將會(huì)有比大球缸中軸更高的轉(zhuǎn)速。代替連條或連桿作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，或要求改變旋轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動(dòng)，球缸會(huì)有更好的作為。如果能在精度上做得好些，球缸每旋轉(zhuǎn)一周，通過缸體液體流量是一致的。所以還可以作為計(jì)量泵或直接設(shè)計(jì)成流量表。
本球缸的設(shè)計(jì)意想如下附

圖1<1>是一個(gè)內(nèi)壁為球R半徑的外缸壁。附圖1<2>是一個(gè)外壁為球R半徑的內(nèi)缸壁。附圖1<3>是二個(gè)上、下為平頭圓錐形的端蓋，即“上端蓋”、“下端蓋”。附圖A<4>是一個(gè)能把球缸內(nèi)腔斜分隔成上、下兩層，且一端有開口的圓盤狀的“中盤”，中盤在球缸內(nèi)腔中的位置永遠(yuǎn)是上方部分(A面)與上端蓋的圓錐面相切成線且密封；簡稱“上切線”；下方部分(B面)與下端蓋圓錐面相切成線且密封，簡稱“下切線”；中盤的外邊在外缸壁的球面上相切成圓且密封，中盤中間斜切入內(nèi)缸壁，能相對內(nèi)缸壁作自由旋轉(zhuǎn)且密封。附圖1<5>是“中葉”，它切入中盤開口與內(nèi)缸壁的球面相切成線且密封，其余三面分別與上、下端蓋的錐面及外缸壁的球面固定結(jié)合，中葉的厚度是中盤與中葉相交在中葉中部時(shí)能正好自由滑動(dòng)為度。當(dāng)中盤開口與上、下端蓋錐面相交于中葉的上頂端或下頂端的位置時(shí)，間隙也應(yīng)是最小且接近密封。附圖1<6>是“中軸”，它穿過內(nèi)缸壁與中盤且能帶動(dòng)內(nèi)缸壁旋轉(zhuǎn)，但不與中盤直接接觸。中軸兩端分別與上、下端蓋能作相對自由旋轉(zhuǎn)的結(jié)合。中盤的垂直中心線與中軸交叉成角，當(dāng)中軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，中葉在中盤的開口處上下移動(dòng)，中盤的垂直中心線將繞中軸上、下空間劃出兩個(gè)互相對頂?shù)膱A錐體。中軸旋轉(zhuǎn)，但中盤并不旋轉(zhuǎn)，而只是它的兩條切線，上切線與下切線圍繞中軸軸心旋轉(zhuǎn)而變了位置。外缸壁在靠近中葉的兩側(cè)各有一個(gè)進(jìn)口或出口，氣體或液體就從此出、入。
球缸的工作程序一如下如附圖2<1>所示，中盤在球缸腔內(nèi)的位置是左高右低，中盤上方的A面與上端蓋的錐面相切，上切線正好處在中葉上方正中，此時(shí)中盤開口與上端蓋錐面的間隙最小且接近密封，中盤下方的B面，它與下端蓋相切。球缸內(nèi)腔被中盤斜分上、下兩層，互不相通，此時(shí)的上層處于容積最大，名為“A最大”，此時(shí)下層的B面被中葉分隔成前后兩室，如果中軸作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，那么中葉前室的容積將是逐漸擴(kuò)大，名為“B趨大”，它與進(jìn)口相通。中葉后方之室的容積將是逐漸縮小，名為“B趨小”，它與出口相通。如果中軸開始作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，上、下端蓋與中盤的切線就會(huì)移動(dòng)，上切線不再在中葉正上方，而是向前移動(dòng)了，下切線則向后移動(dòng)。中盤與中葉的交叉線也向下移，在上端蓋錐面下、中盤上方與中葉前方將新生一室稱“A趨大”。同時(shí)中盤上方的A最大也不復(fù)存在。它隨中盤逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)開始，容積就變小了，變成“A趨小”。中盤下方的B趨大的容積卻更大了。隨著中盤與中葉的交叉線下移，中盤開口離開了上端蓋錐面，上、下層從開口中的泄漏增大，B趨大與新生的A趨大會(huì)因此而相通；中葉后方的B趨小容積更小了，和中盤上由A趨大變來的A趨小，也因開口的泄漏而相通。中軸繼續(xù)作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
如附圖2<2>，上切線移到了球缸的正前方，下切線移到了球缸的正后方，中盤與外缸壁的切線也就移入進(jìn)口與出口內(nèi)，A趨大和B趨大因共擁有一個(gè)進(jìn)口而相通，同樣B趨小與A趨小因共擁有一個(gè)出口而相通。中軸繼續(xù)作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
如附圖2<3>，上切線移至球缸的右方，下切線移至球缸的左方，且在中葉的正下方，此時(shí)中盤開口與下端蓋錐面的間隙最小，接近密封，所以球缸內(nèi)腔又一次被中盤分隔成彼此不相通的上、下兩層。同樣下層B面的室容積處在最大，名為“B最大”，它上層的A面也被中葉分隔成前、后兩室，因?yàn)橹休S是作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的，同樣中葉前室的容積將逐漸擴(kuò)大，名“A趨大”與進(jìn)口相通；中葉后方一室容積逐漸縮小，名“A趨小”與出口相通。中軸再作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
如附圖2<4>，上切線移至球缸正后方，下切線移至球缸的正前方，中盤下層的B最大不復(fù)存在，變成B趨小，由中盤中開口的泄漏到共擁有出口與A趨小相通；在中盤下層靠近中葉前方將新生一B趨大，因中盤開口的泄漏到共擁有進(jìn)口與A趨大相通。如中盤繼續(xù)作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，那么球缸內(nèi)的中盤將回復(fù)到B<1>的原始位置。
工作程序二如下如果在球缸的進(jìn)口輸入一個(gè)具有一定壓力的氣體或液體的工質(zhì)。如圖2<1>進(jìn)入B趨大，工質(zhì)的壓力將中盤該部分向上頂，迫使中盤運(yùn)動(dòng)，因B趨大給予中盤向上頂力的中心在上切線右方，所以會(huì)使中盤與上、下端蓋錐面的切線作逆時(shí)針方向移動(dòng)，從而迫使球缸的中軸作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)球缸中盤旋至附圖2<2>位置時(shí)，在中盤上方中葉前方已新生一室A趨大，它與B趨大是因中盤開口的泄漏到共擁一個(gè)進(jìn)口而相通，給中盤的合力，在中葉前方、上切線的左方部分是相互抵消的；B趨大余下部分在給中盤的向上頂力中心仍在上切線右方，所以中盤運(yùn)動(dòng)后，上切線與下切線作逆針方向移動(dòng)，中軸保持逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)中盤運(yùn)動(dòng)至附圖B<3>位置時(shí)，此時(shí)的B趨大處在容積最大變成B最大，上、下切線在它正中線上且密封，它對中盤的作用力是平衡的，但A趨大對中盤向下壓的中心在上切線的左方，它仍會(huì)迫使中盤作出運(yùn)動(dòng)。上、下切線仍會(huì)作逆時(shí)針方向移動(dòng)，那么中軸依舊作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)中盤位置移動(dòng)到附圖2<4>，B最大的容積已不是最大了，變成為B趨小，并與中盤上層A面的A趨小因開口泄漏到共擁出口而向外排出已徑作過功的工質(zhì)。在中盤下層、中葉前方已新生一室B趨大，它與容積更大的A趨大因中盤開口泄漏到共擁進(jìn)口而相通。它們在中盤下切線的左方部分與A趨大的余力是相互抵消的，A趨大余下部分給中盤向下的壓力中心在下切線的右方，所以迫使中盤運(yùn)動(dòng)的結(jié)果仍使上、下切線作逆時(shí)針方向的移動(dòng)。中盤在球缸中位置回復(fù)到初始狀態(tài)。A趨大的容積也發(fā)展到最大變?yōu)锳最大，它與前面所述的B最大一樣，上、下切線位于正中線上，對中盤的力平衡，且自我密封。B趨小繼續(xù)從出口排出作過功的廢工質(zhì)，B趨大仍由進(jìn)口獲得工質(zhì)，容積繼續(xù)擴(kuò)大，它給中盤向上頂?shù)膲毫χ行脑谏锨芯€右方，迫使中盤運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是上、下切線繼續(xù)作逆時(shí)針方向移動(dòng)，也就是中軸永遠(yuǎn)作逆時(shí)針方向循環(huán)旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
多功能旋轉(zhuǎn)球形缸或泵，是為動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)的，其目的是要把多功能旋轉(zhuǎn)球形缸或泵，下筒稱“球缸”的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)代替活塞缸或泵的來回運(yùn)動(dòng)。其特征(1)它主要有出口、入口、球R半徑的“外缸壁”、球R半徑的“內(nèi)缸壁”，兩端是兩個(gè)互相對頂平頭圓錐面的端蓋，連接內(nèi)、外球缸壁組成環(huán)腔，有一個(gè)與內(nèi)缸壁同心，與上下端蓋的錐面相切，把環(huán)腔斜分成上、下兩層，且有開口的“中盤”，有中葉切入中盤開口，還有一根兩端穿過上、下端蓋和內(nèi)缸壁中心的“中軸”組成。
(2)應(yīng)允許有多種形式組成特征(1)的缸體或泵體。
(3)依據(jù)特征(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，構(gòu)件間有許多相對運(yùn)動(dòng)的地方，它們會(huì)產(chǎn)生磨擦，應(yīng)允許由此而采取各種附加的措施。
(4)依據(jù)特征(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，環(huán)腔內(nèi)許多相對運(yùn)動(dòng)的地方，還需要密封，應(yīng)允許由此而采取各種附加措施。
(5)依據(jù)特征(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)允許是單個(gè)缸、多個(gè)缸、或大小不同的多個(gè)缸的組合。
(6)依據(jù)特征(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)允許有不同大小、不同外形、附加不同的接口與其它器件相接。
(7)依據(jù)特征(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，進(jìn)口與出口，應(yīng)允許有不同大小、不同形狀、不同位置。
(8)依據(jù)特征(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，不論它用作發(fā)動(dòng)機(jī)、各種泵類、各種氣動(dòng)件或液動(dòng)件，用作連動(dòng)、變速、改變扭力，還是作流量表或其它的場合使用，都應(yīng)視作為同一設(shè)計(jì)。
全文摘要
多功能旋轉(zhuǎn)球形缸或泵,是為動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)的。由它的直接旋轉(zhuǎn)的特征來替代活塞缸或泵的活塞的來回運(yùn)動(dòng)。缸體內(nèi)腔有球形的特征,能完成一般活塞缸體、或泵體的功能,且有體積小、噪音低,且能在工質(zhì)壓力較低的條件下正常工作。在大、小多個(gè)串接工作時(shí),且能充分發(fā)揮工質(zhì)的膨脹功。能把氣體、液體的勢能直接轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而且能直接用旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)。因此,可以設(shè)計(jì)成各種新穎的發(fā)動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)或液動(dòng)器件、各種泵類、流量儀表或用作改變扭力和變速等。
文檔編號(hào)F03G7/00GK1195073SQ9810457
公開日1998年10月7日 申請日期1998年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月17日
發(fā)明者程佩鎮(zhèn) 申請人:程濤, 程雪波