分腔转子容积机构的制作方法

分腔转子容积机构
1.技术领域：本发明涉及一种分腔转子容积机构。
2.

背景技术：
容积式压缩机现有包括往复活塞式与旋转式，往复活塞式机构是用曲柄连杆驱动活塞在缸套中往复运动并配进气排气阀，在活塞下行段进气阀打开排气阀关闭吸气，在活塞上行段进气阀关闭排气阀打开气体被压缩从排气阀排出；旋转式是螺杆式与旋涡式两种，螺杆式是利用曲面阴阳转子转动形成的密闭空间在低压侧吸气并压缩运送到高压侧并排出，旋涡式是两个双函数方程线的动静涡盘相互咬合形成月牙空间将气体从边上吸入并压缩到旋涡中心排出。
3.现有技术中发明专利《转子压缩机》专利号：201310125259.4，该发明包括缸体、主转子和至少两个子转子，子转子的凹槽在内啮合齿轮的驱动下，与缸体的凸点是共轭关系，子转子的凹槽的两边线与缸体在凸起曲面是共轭关系，主转子外圆弧面与缸体的密封是线密封，进排气口是在曲面的中部，子转子转到缸体的凸起位置时子转子有部分容积不能用于进排气工作。
4.但由于往复活塞式压缩机结构零件多、结构复杂、存在往复惯性力；旋转式压缩的螺杆式与旋涡式都是曲面咬合，要求加工与装配精度高；发明专利《转子压缩机》专利号：201310125259.4 该压缩机的主转子圆弧面与缸体的密封是线密封，子转子驱动采用内齿轮结构，使得子转子与主转子中心距要大于主转子半径、也使得子转子数量要大于等于2，子转子槽与缸体凸起对正时子转子与缸体形成的空间不能利用。
5.

技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分腔转子容积机构，该分腔转子容积机构结构简单，易于加工装配，无往复运动且运行平稳、无振动、噪音小、容积效率高。
6.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：本发明分腔转子容积机构，其特征在于：包含缸体、主转子、分腔转子、转子端盖、缸体端盖、齿轮系；主转子的两端具有主转轴，在主转轴上套设固定有转子端盖，转子端盖外侧罩设有缸体，且所述缸体端盖上具有通孔用于主转轴穿过，主转子可相对缸体转动，主转子与转子端盖相对固定，主转子上具有第一圆弧槽，所述第一圆弧槽内嵌设有所述分腔转子，所述分腔转子的转轴穿设在转子端盖的孔道内，以实现分腔转子与转子端盖的可相对转动，所述分腔转子转轴的一端固定设有齿轮，在转子端盖端面设有与齿轮啮合的惰齿轮，所述缸体端盖一内侧固定设有与惰齿轮啮合的固定齿轮；所述分腔转子上具有第二曲面凹槽，在缸体上设有内凸起，所述内凸起上设有进气孔道和出气孔道；主转子转动时，转子端盖上的惰齿轮、分腔转子及齿轮绕固定齿轮公转，同时齿轮啮合固定齿轮、齿轮自转，并带动齿轮与分腔转自转，分腔转子与主转子反向转动。
7.进一步的，上述转子端盖的外圆面、缸体端盖的内圆面及缸体圆弧中心与主转子
同轴；转子端盖外圆面、缸体端盖的内圆面两者之间留有运动间隙；转子端盖内端面与缸体内凸起部分端面之间留有运动间隙；缸体端盖的通孔与缸体圆弧面同轴，该通孔让主转子的主轴穿过且主转子轴承坐落在缸体端盖上起支撑作用。
8.进一步的，上述缸体内壁为n组长度为h的单元，每组单元由半径略大于l r的大圆弧面、半径为r弧长为s与大圆弧面同轴的小圆弧面、两对称且与大圆弧面相切与小圆弧面相连的曲面，对称面由小圆弧面轴与小圆弧中心线组成，n＞1时n组单元按圆弧面中心轴均布，这样缸体内部形成n个内凸起，每个内凸起在小圆弧面的两侧均设有气口作为所述进气孔道和出气孔道；所述主转子转轴在缸体圆弧面中心轴，在缸体内部部分为半径略小于r圆柱体，长度略大于h，圆柱体上有n个半径略大于r的圆弧凹槽，圆弧凹槽中心轴与主转子中心轴的距离为l，转子的一端穿过转子端盖与缸体端盖做为功率输入输出轴；所述分腔转子转轴与主转子圆弧面槽的中心轴同轴，分腔转子在缸体内部的部分为圆柱体含一个由两对称曲面及连接两对称曲面的中间曲面组成组成的槽，圆弧面的半径为r，长度为h，分腔转子的质心位于其转轴上。
9.进一步的，上述分腔转子在齿轮系的驱动下以n倍于主转子转速反转，分腔转子的两对称曲面从圆弧面到一中部接触线与缸体的小圆弧面两直线边线是共轭关系，所述中部接触线是分腔转子对称面与小圆弧的对称面重合时同侧小圆弧面直线边线分腔转子槽的重合直线，分腔转子的两对称曲面从所述中部接触线到两对称曲面的连接线部分在转动过程中与缸体的小圆弧面留有间隙没有接触，分腔转子的外圆弧面两直线边线与缸体的小圆弧面两侧的两对称曲面是共轭关系,上述尺寸l、r、r、s满足形成所述的两共轭关系；上述尺寸l、r、r、s满足主转子圆弧凹槽始终包含分腔转子的一部分，即分腔转子位于缸体大圆弧面的中间位置时，分腔转子的两圆弧边线在主转子的槽内。
10.所述齿轮系包含与缸体圆弧面同轴的固定在缸体端盖上的中心齿轮及n个安装在转子端盖上的惰齿轮及n个驱动分腔转子齿轮，齿轮系中心轮与驱动分腔转子齿轮速变比为
‑
1：n。
11.所述转子端盖固定于主转子上与主转子一起转动，转子端盖的半径大于或等于缸体的大圆弧面半径，转子端盖上有n个分腔转子的转轴孔，中心有主转子转轴孔，在齿轮系侧的转子端盖有用于安装惰齿轮的轴。
12.进一步的，上述n为1时，当分腔转子转到缸体的凸起位置且分腔转子的对称面与缸体的的对称面重合时，工作区被分腔转子分割成三个区，分腔转子圆弧面外侧一个封闭空腔、分腔转子内侧与缸体的两曲面形成两空腔分别与进排气口相通；随着转子的转动，与进气口相通的空腔变大，与排气口相通的空腔变小，到分腔转子过了缸体小圆弧面边时消失，此时分腔转子将工作区分成两个腔室，主转子继续转动，分腔转子两侧的空腔一边变大一边变小，当分腔转子再次转到凸起位置且分腔转子的密封线刚过密封口时，又形成三部分空腔，接着分腔转子转到缸体的凸起位置且分腔转子的对称面与缸体的的对称面再次重合，若做为压缩机完成一次进气与压缩循环、排气口上配单向阀防止高压气体返回压缩腔；若做为膨胀机完成一次膨胀与排气循环。
13.所述n大于1，当分腔转子转到缸体的凸起位置且分腔转子的对称面与缸体凸起部分的对称面重合时，每个工作区被分腔转子分割成三个区，分腔转子圆弧面外侧一个封闭
空腔、密封转内侧与缸体的两曲面形成两空腔分别与进排气口相通；随着转子的转动，与进气口相通的空腔变大，与排气口相通的空腔变小，到分腔转子过了缸体小圆弧面边时消失，封此时分腔转子将工作区分成两个腔室，主转子继续转动，分腔转子两侧的空腔一边变大一边变小，当分腔转子转到下一个凸起位置且分腔转子的密封线刚过密封口时，每个工作区又形成三部分空腔，接着分腔转子转到缸体的凸起位置且分腔转子的对称面与缸体凸起部分的对称面再次重合，若做为压缩机每个工作区完成一次与压缩循环、排气口上配单向阀防止高压气体返回压缩腔；若做为膨胀机每个工作区完成一次排气与膨胀循环。
14.本发明的主转子圆弧面与缸体的密封是面密封，子转子与主转子中心距不受内啮合齿轮的限制，分腔转子的凹弧槽与缸体凸起对正时，分腔转子与缸体形成的空间也能有效利用，因此，本发明的结构简单、转子质量平衡运转平稳、主转子、分腔转子是拉伸曲面加工较螺杆式、旋涡式对比，易于加工。
15.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体的实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
16.附图说明：图1是n=1 分腔转子旋转容积机构轴向剖面图。
17.图2是n=1 分腔转子旋转容积机构径向剖面图。
18.图3是n=1 分腔转子旋转容积机构的工作示意图。
19.图4是n=2 分腔转子旋转容积机构示意图。
20.图5是n=3 分腔转子旋转容积机构示意图。
21.图6是一种实施例一视角的爆炸图；图7是一种实施例另一视角的爆炸图；图8是另一种实施例另一视角的爆炸图；图9是另一种实施例另一视角的爆炸图。
22.具体实施方式：方式1：如图1是单分腔转子容积机构。所述容积机构由主转子1、分腔转子4、缸体5、转子端盖3与6、缸体端盖2与7，齿轮8、惰齿轮9、固定齿轮10组成、轴承11组成。
23.所述缸体5内壁由半径略大于l r的大圆弧面、曲线l2拉伸曲面、半径为r弧长为s的小圆弧面、与曲线l2对称的l2’拉伸曲面连接而成，拉伸曲面与大圆弧面相切，相切线在剖面上点为d3 、d4，在小圆弧面两侧的曲面上各有一个气口，该气口一边挨着小圆弧面，小圆弧面两直线边在剖面上的点为d1、d2。
24.所述分腔转子4外表面包含由半径为r的圆弧面、两对称曲线l1、l1’拉伸面，分腔转子4的质心在其转轴上。
25.转子端盖3与6通过紧固件与主转子1连接，转子端盖3与6外圆面、缸体端盖2与7的内圆面及缸体5圆弧中心、主转子1同轴；转子端盖3与6外圆面、缸体端盖2与7的内圆面两者之间留有运动间隙；转子端盖3与6内端面、缸体5内凸出部分端面之间留有运动间隙。
26.缸体端盖2与7固定在缸体上、缸体端盖有通孔与缸体圆弧面同轴，该通孔让主转子的轴穿过且主转子轴承坐落在缸体端盖上起支撑作用。
27.所述主转子1半径为r，主转子1有一个半径略大于r的圆弧槽（第一圆弧凹槽），圆
弧槽轴心线与主转子1的轴心线距离为l。
28.齿轮8与齿轮10的速比是
‑
1:1，固定齿轮10固定在缸体端盖7上，固定齿轮10的轴与主转子1同轴，惰齿轮9装于转子端盖6上，齿轮8固定装在分腔转子的驱动轴上。
29.分腔转子4的截面曲线l1’由以d2’点为分界的两段组成，d2’点到分腔转子4外圆弧面一段称为l1’外段，d2’点到分腔转子4对称面一段称为l1’内段。
30.如图3当主转子1的凹槽下边线与缸体5的小圆弧面下边线重合位置d2开始，主转子1顺时针转动，同时分腔转子4以同样的转速逆时针转动，转动到主转子1凹槽中心面与缸体5的小圆弧面的中心面重合位置，这个过程获得缸体5上的d2点在分腔转子4圆截面上留下的轨迹，这轨迹向分腔转子4外圆弧方向偏置一点运动间隙即为曲线l1’外段。
31.主转子1凹槽中心面与缸体5的小圆弧面的中心面重合时，分腔转子的对称面也与缸体5的小圆弧面的中心面重合，在此可以确定分腔转子的对称中心面，在图2、图3所示的是中心线。
32.主转子1与分腔转子4转动到主转子1凹槽中心面与缸体凸起对称中心面重合位置,主转子1与分腔转子4继续转动到分腔转子中心面与缸体5凸起的小圆弧面下边重合时，这个过程获得图3所示d4点及缸体5小圆弧段下半段上的各点在分腔转子4圆截面上的轨迹，这些轨迹取靠近分腔转子4外圆弧中心点的点连成的曲线并偏置一点运动间隙即为l1’内段。
33.分腔转子4的截面曲线l1是以分腔转子4的对称中心面从l1’镜像获得。
34.缸体5凸起的截面曲线l2’如下；如图3主转子1的凹槽下边线与缸体5的小圆弧面下边线重合位置d2开始 ，主转子1顺时针转动，同时分腔转子4以同样的转速逆时针转动，转动到缸体5的圆弧圆心、分腔转子4圆弧圆心、分腔转子4外圆弧与曲线l1’的交点d4’三点一线位置，这个过程获得d4’在缸体5截面上的轨迹，此轨迹向背离缸体中心方向偏置一点运动间隙即为缸体5凸起的截面曲线l2’。
35.缸体5的截面曲线l2与曲线l2’对称，对称面为缸体5的小圆弧面的对称中心面。
36.图3中分腔转子4转到缸体大圆弧面中部时分腔转子凹槽（第二曲面凹槽）的两边线在主转子3的凹槽里头。
37.通过各零件的质量分配使得主转子1、分腔转子4、转子端盖3与6、惰齿轮9、齿轮10的合质心落在主转子转轴上。
38.主转子1转动时，转子端盖6上的惰齿轮9、分腔转子4及其齿轮8绕固定齿轮10公转，同时齿轮9啮合固定齿轮10、齿轮9自转，并带动齿轮8与分腔转4自转，固定齿轮10与齿轮8的速比是
‑
1:1，分腔转子4就与主转子1等速反向转动，分腔转子在缸体的曲面段分腔转子4与缸体是共轭运动，在缸体大圆弧段分腔转子外圆弧面与缸体的大圆弧面保持相切。
39.如图2是单分腔转子容积机构的分腔转子对称面与缸体的对称面重合时的径向截面图，在这个位置分腔转子将缸体、主转子、转子端盖围成工作空间分成a1、a2、a3容腔三个部分，a1、a2分别与排气口、进气口联通。
40.单分腔转子容积机构作为压缩机时排气口上装有单向阀阻止排出的气体回流，机械功驱动主转子1顺时针转动，分腔转子4等速逆时针转动，容腔a2的容积变大气体从进气口进入，容腔a1、a3的容积变小封闭的气体被压缩，分腔转子的槽上边线到排气口时，容腔
a3也与排气口相通，容腔a3的气体逐渐被压缩，当压力高于排气口外界压力时，打开单向阀排出压缩的气体，当分腔转子转回到其槽刚好过了进气口时，分腔转子再次将工作空间分成a1、a2、a3容腔三个部分，接着单分腔转子容积机构的分腔转子对称面与缸体的对称面再次重合，分腔转子旋转容积机构完成一个进气压缩工作循环，机械功驱动主转子连续转动气体就不断地吸入压缩排出。
41.单分腔转子容积机构作为膨胀机高压气体从进气口进入到a2腔，高压气体对分腔转子与主转子产生一个顺时针的旋转力矩，主转子顺时针转动，分腔转子逆时针转动，容腔a2变大气体膨胀做功，容腔a3与排气口相通后排出膨胀后的气体，主转子旋转一圈后完成一个工作循环并输出机械功，高压气体不断的从进气口进入膨胀做功后从排气口排出，就能连续的输出机械功。
42.方式2：如图4是双分腔转子容积机构，双分腔容积机构由半径为r的主转子1、两个半径为r分腔转子4、缸体5、齿轮8、两个惰齿轮9、两个固定齿轮10、及盖住主转子1与两分腔转子4的转子端盖、盖住缸体两端的缸体端盖组成，主转子与分腔转子的中心距为l。
43.方式1相比主转子有两个对称的凹槽、缸体有两个凸起、一边转子端盖上对应的是两个圆周均布的分腔转子转轴孔、另一边转子端盖除了两个圆周均布的分腔转子的转轴孔还有两个圆周均布的惰齿轮轴，由于转动部件是圆周对称分布只要运动件是均质的合质心就会在主转子1的转轴上了。
44.双分腔容积机构的齿轮8与固定齿轮10的速比
‑
2:1，双分腔容积机构的缸体的内壁有类同方式1的两个圆周均布的凸起，这个凸起的两对称曲面与分腔转子凹槽的两对称曲面也可以通过模拟共轭运动获得曲面，两凸起之间有半径略大于l r大圆弧曲面，两凸起上各有一小段半径为r的小圆弧曲面，如图4所示分腔转子位于缸体大圆弧面的中间位置时，分腔转子的凹槽两边在主转子的凹槽内。
45.如图4位置开始双分腔转子容积机构的主转子1顺时针转动，两分腔转子在齿轮系8、9、10的作用下以两倍于主转子转速逆时针转动，两个容腔a2、a22变大从相应的进气口进气，容腔a1、a12变小从相应的排气口排气，容腔a3、a32被压缩，接着分腔转子的槽边转过排气口容腔a3、a32与排气口相通排气。主转子转动半圈时在两个分腔转子的作用下双分腔转子容积机构完成两次进排气循环，主转子转动一圈完成4次进排气循环，且由于结构上的对称布置，主转子的径向受力相互均衡，运转比方式1更加平稳。
46.方式3：n≥3时分腔转子容积机构，结构类似双分腔容积机构按图5的3分腔转子示意图来说明，n分腔转子容积机构由半径为r的主转子1、n个半径为r分腔转子4、缸体5、固定齿轮8、n个惰齿轮9、n个齿轮10、及盖住主转子1与n分腔转子4的转子端盖、盖住缸体两端的缸体端盖组成,主转子1与分腔转子4的中心距为l。
47.与方式2相比主转子1有n个圆周均布的凹槽、缸体5有n个圆周均布的凸起、一边转子端盖上对应的是n个圆周均布的分腔转子转轴孔、另一边转子端盖除了n个圆周均布的分腔转子的转轴孔还有n个圆周均布的惰齿轮轴，由于转动部件是圆周对称分布只要运动件是均质的合质心就会在主转子1的转轴上了。
48.n分腔容积机构的固定齿轮8、n个惰齿轮9、n个齿轮10组成n组传动组，每组的速比
是
‑
n:1，n分腔容积机构缸体的内壁有类同方式1的n个圆周均布的凸起，每个凸起的两对称曲面与分腔转子凹槽的两对称曲面也可以通过模拟共轭运动获得曲面，n凸起之间有半径略大于l r大圆弧曲面，n凸起上各有一小段半径为r的小圆弧曲面。如图5所示分腔转子位于缸体大圆弧面的中间位置时，分腔转子的凹槽两边在主转子的凹槽内。
49.如图5位置开始分腔转子容积机构的主转子1顺时针转动，n分腔转子在齿轮系8、9、10的作用下以n倍于主转子转速逆时针转动，n个容腔a2、a22、a23……
a2
n
变大从相应的进气口进气，n个容腔a1、a12、a13……
a1
n
变小从相应的排气口排气，n容个腔a3、a32、a33……
a3
n
被压缩，接着n个分腔转子的槽边转过排气口n个容腔a3、a32、a33……
a3
n
与排气口相通排气；主转子转动1/n圈时在n个分腔转子的作用下n分腔转子容积机构完成n^2次进排气循环，主转子转动一圈完成n^2次进排气循环，且由于结构上的圆周均布，主转子的径向受力均衡，转动件运行非常平稳。
50.方式4：方式1.2.3中，缸体5的进出口加宽到当分腔转子4正对着缸体的凸起时，分腔转子4的凹槽两边与缸体5的进出口边对齐，这样容腔a3能一直保持进口与出口之一相通，就能应用到液体泵与马达。
51.上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。