CN108979995A - 气动型双转子活塞驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动型双转子活塞驱动装置，包括机体、转子组件、活塞组件和配气机构；所述机体设置沿轴向呈V形的容纳腔，转子组件为双转子结构，包括第一转子和第二转子，转动设置于V形容纳腔两端，第一转子和第二转子内分别对应偏心设置有第一气缸和第二气缸；所述活塞组件包括设置于第一气缸内的第一活塞、设置于第二气缸内的第二活塞和两端分别沿轴向连接第一活塞和第二活塞的活塞连杆，所述活塞连杆为与容纳腔相位相同的V形结构；配气机构包括进气道、排气道和配气块，通过配气块的相对滑动控制进气道或排气道的工作相位，使得进气道或排气道与对应的气缸交替连通；转子组件与机体设置磁体或电枢，实现机电动力融合设计。

Description

气动型双转子活塞驱动装置

技术领域

本发明涉及传动驱动领域，具体涉及一种气动型双转子活塞驱动装置。

背景技术

压缩机、真空机、气动马达是生产生活中常用的机械装备，在众多生产生活领域都有重要的作用。传统的曲轴连杆式活塞压缩机、真空泵、气动马达虽然得到了广泛应用，且技术已经很成熟了，但依然存在一定的缺陷：

一、结构复杂，体积庞大，空间结构松散，使用过程中震动较大，噪声大，连杆与活塞轴线存在夹角，并在受力较大条件下形成较大偏角，对活塞形成径向推力，增大机械损失、增加活塞/缸套磨损。

二、气流波动大，节气效应明显，工作效率不高。

三、载荷分布不合理，装备易于磨损老化。

四、功能单一，针对活塞泵、真空机、气动马达需要采取不同的结构设计。

五、与电力驱动在传动机构配合下通过串、并联方式实现组合工作，机电匹配性差、耦合困难，结构融合度低，整个***结构复杂、体积庞大、功重比偏低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种气动型双转子活塞驱动装置，包括机体、转子组件、活塞组件和配气机构；所述机体设置沿轴向呈V形的容纳腔，转子组件为双转子结构，包括第一转子和第二转子，转动设置于V形容纳腔两端，第一转子和第二转子内分别对应偏心设置有第一气缸和第二气缸；所述活塞组件包括设置于第一气缸内的第一活塞、设置于第二气缸内的第二活塞和两端分别沿轴向连接第一活塞和第二活塞的活塞连杆，所述活塞连杆为与容纳腔相位相同的V形结构；

所述配气机构包括进气道、排气道和配气块，所述配气块可被驱动的形成往复滑动用以调节进气道或排气道的开度，使得进气道或排气道与对应的气缸交替连通。

进一步，通过控制配气块往复滑动进而控制进气道与对应气缸的连通相位差。

进一步，所述配气块往复滑动的轨迹为弧形。

进一步，所述进气道和排气道呈环状分布且进气道和排气道两端部之间分别对应设置有第一隔离区和第二隔离区，所述第一隔离区和第二隔离区分别与活塞上止点和活塞下止点对应。

进一步，所述配气块为弧形块，该弧形块以沿周向滑动的方式内嵌于第二隔离区且配气块两端分别滑动设置于进气道和排气道。

进一步，所述进气道和排气道均为弧形且进气道的宽度小于排气道的宽度，所述配气块的一端适形滑动内嵌于进气道。

进一步，还包括用于控制配气块的控制组件，所述控制组件包括单自由度转动设置的驱动杆和用于控制驱动杆转动的驱动器，所述驱动杆的外圆设置有外螺纹，所述配气块为沿周向单自由度往复滑动设置的弧形配气块，所述驱动杆的外侧壁设置有与所述外螺栓啮合的传动齿。

进一步，还包括中心承载轴，所述第一转子和第二转子中心轴向均设置有圆柱孔，所述中心承载轴通过轴承内套于第一转子和第二转子对应圆柱孔分段并对转子转动定位；

所述活塞连杆的端部固定设置有活塞安装接头，活塞通过轴向定位装置安装于活塞安装接头顶端，相对于对应活塞安装接头沿径向设置有活动余量，所述轴向定位装置安装于活塞底部，对活塞轴向定位；所述第一气缸内壁和第二气缸内壁均设置有用于承载活塞连杆径向载荷的活塞连杆轴承，活塞连杆通过活塞连杆轴承实现活塞连杆与对应气缸的内壁圆柱副配合。

进一步，所述第一转子的外端面中心和第二转子的外端面中心分别沿自身轴向延伸形成伸出机体的延伸段，并分别作为转子驱动的输入或输出轴，所述第一转子和第二转子分别通过止推轴承安装于机体内；所述第一气缸和第二气缸沿对应转子的周向分别设置为多个，每一组第一气缸和第二气缸之间均设置有活塞组件；

所述活塞连杆轴承包括外圈、滚珠和环套状的保持架；所述外圈内圆凹陷形成用于轴向定位安装保持架的环形定位槽，所述环形定位槽槽底的轴向两端分别凹陷形成两环形导向槽，所述外圈内轴向设置有连通两环形导向槽的回流导向孔，保持架中间沿轴向开设用于对滚珠限位的条形限位口，所述回流导向孔和条形限位口沿周向设置为多个，所述滚珠为多个并填充于环形导向槽、回流导向孔和条形限位口。

进一步，所述转子组件设置有磁体或电枢，所述机体设置有电枢或磁体，使转子组件与机体之间形成电驱动机构或发电机构，从而构建起机电混动装置。

进一步，所述活塞连杆和/或中心承载轴为V形杆，其V形杆夹角与所述第一转子和第二转子安装夹角相等，活塞行程由气缸偏心距和所述夹角决定，令所述转子安装轴线的夹角为α，令所述气缸偏心距为R，则对应活塞的行程l＝2 ×R×cot(α/2)，令活塞工作直径为r，每个活塞编号为i，活塞总数为n 则气缸排量

进一步，所述中心承载轴中间外圆设置椭圆形外滑槽，所述容纳腔中间腔壁设置椭圆形内滑槽，所述活塞连杆中间设置承载轴承，所述椭圆形内滑槽和椭圆形外滑槽适形匹配所述承载轴承运动轨迹，并与所述承载轴承相切。

本发明的有益效果是：

1、通过圆周空间布局简化了***结构、优化了结构空间布局，让***更紧凑高效。

2、活塞驱动轴与转动转子的直接配合，优化了***动力传递，减小了活塞的负面载荷。

3、对称的转缸布局和活塞设置，使载荷分布均衡，具备双轴输入输出能力，更为高效、强劲。

4、实现了活塞泵、气动马达的功能间自由切换，扩展了应用范围。

5、一体的气电混动结构，使机电混动方式更加紧凑、高效，优化机电匹配关系，增强气电动力的耦合性能，简化***，提高功重比。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中内部转子连接结构示意图；

图3为本发明外部视图；

图4为本发明中转子的结构示意图；

图5为本发明中活塞连杆的结构示意图；

图6为本发明中活塞连杆轴承的结构示意图；

图7为本发明中作为转子的转子示意图；

图8为本发明中作为定子的机体示意图；

图9为本发明中配气机构的结构示意图；

图10为本发明中配气机构的立体结构示意图；

图11为本发明中承载轴承的安装示意图。

具体实施方式

如图所示，本实施例中的气动型双转子活塞驱动装置，包括机体、转子组件、活塞组件和配气机构；所述机体设置沿轴向呈V形的容纳腔4，转子组件2为双转子结构，包括第一转子21和第二转子22，转动设置于V形容纳腔 4两端，第一转子和第二转子内分别对应偏心设置有第一气缸31a和第二气缸 32a；所述活塞组件包括设置于第一气缸内的第一活塞31、设置于第二气缸内的第二活塞32和两端分别沿轴向连接第一活塞和第二活塞并与对应气缸通过圆柱副配合的活塞连杆33，所述活塞连杆33为与容纳腔相位相同的V形结构；活塞连杆的转角处可设置为异形，优选为三角形，活塞连杆与容纳腔相位相同表示活塞连杆的V型结构的夹角和容纳腔的V型结构的夹角相同，且活塞连杆在容纳腔内做平动而不做转动；该气动型双转子活塞驱动装置可用于活塞泵、真空机和气动马达等，而转子指转子指由轴承支撑的旋转体；

所述第一气缸31a和第二气缸32a可均为一个或多个，第一气缸31a和第二气缸32a通过一个活塞连杆33或多个活塞连杆实现活塞运动与转子转动联动；气缸偏心设置表示对应气缸的中心轴线与对应转子的转轴不共线；所述第一转子21和第二转子22均与圆柱形转子；

机体1包括V状的壳体11、第一转子组件安装座21a和第二转子组件安装座22a，壳体11内部设置转子组件2的容纳腔4，并设置润滑冷却介质，以确保转子组件2内部的润滑和冷却；第一转子组件安装座21a和第二转子组件安装座22a分别固定安装于壳体11的两端，转子组件2通过对应转子轴承23(转子轴承23为止推轴承)转动安装于对应转子组件安装座内，所述转子组件安装座设置有用于对气缸配气的配气机构。

所述配气机构包括进气道73、排气道74和配气块72，所述配气块72可被驱动的形成往复滑动用以调节进气道开度，使得进气道或排气道与对应的气缸交替连通；所述进气道73、排气道74开设于配气基体71上，所述配气块72适形滑动设置于进气道或排气道，与进气道或排气道配合形成可调节的气门，所述气门的开度由配气块72的位置决定，并决定了配气时机，从而实现控制气体压缩存储和膨胀排放过程；周向表示沿旋转气缸的旋转方向，当然，根据气缸31a的旋转方向改变，对应的进气道73和排气道74的气流方向应互换。

本实施例中，通过控制配气块72往复滑动进而控制进气道73与对应气缸的连通相位差；进气道与对应气缸的连通相位差表示对应气缸在一个周期旋转过程中与进气道连通状态下对应的旋转圆心角，通过控制该旋转圆心角，易于控制对应气缸的进气量或排气时机，实现工作循环的精确控制。

本实施例中，所述配气块72往复滑动的轨迹为弧形；弧形轨迹与气缸的运动轨迹对应，简化控制结构，实现无级调节，提高控制稳定性。

本实施例中，所述进气道73和排气道74呈环状分布且进气道和排气道两端部之间分别对应设置有第一隔离区75和第二隔离区76，所述第一隔离区75和第二隔离区76分别与活塞上止点和活塞下止点对应；本实施例中，所述配气块为弧形块，该弧形块以沿周向滑动的方式内嵌于第二隔离区且配气块两端分别滑动设置于进气道和排气道；配气块安装结构简单紧凑，往复滑动的稳定好，调节控制连贯。

本实施例中，所述进气道和排气道均为弧形且进气道的宽度小于排气道的宽度，所述配气块的一端适形滑动内嵌于进气道；配气块适形内嵌于进气道，并对内嵌段配合实现对对应气缸进行封堵，进一步提高配气块运动稳定性，而排气道的宽度大于配气块的宽度，因此不对排气道造成封堵。

本实施例中，还包括用于控制配气块的控制组件，所述控制组件包括单自由度转动设置的驱动杆77和用于控制驱动杆转动的驱动器(未画出)，所述驱动杆的外圆设置有外螺纹，所述配气块为沿周向单自由度往复滑动设置的弧形配气块，所述驱动杆的外侧壁设置有与所述外螺栓啮合的传动齿；所述驱动器可为于驱动杆传动配合的控制电机，通过将控制信号输入控制电机，控制电机控制驱动杆77的转角，进而实现配气块周向位置调节，驱动结构简单且传动稳定。

本实施例中，还包括中心承载轴5，所述第一转子21和第二转子22中心轴向均设置有圆柱孔，所述中心承载轴5通过对应圆柱孔分段内套于第一转子21和第二转子22并对转子转动定位；所述中心承载轴5为V状杆，中心承载轴5与第一转子21和第二转子22之间设置有轴承，通过中心承载轴5的设置，利于提高第一转子21和第二转子22旋转的稳定性，避免活塞连杆33受到不利力矩，利于驱动顺畅，传动效率提高。

所述活塞连杆33的端部固定设置有活塞安装接头34，活塞通过轴向定位装置38安装于活塞安装接头34顶端，相对于对应活塞安装接头34沿径向设置有活动余量37；如图所示，所述轴向定位装置38用于轴向固定活塞，而所述活塞与活塞安装接头34沿径向设置有活动余量，在活塞连杆33发生径向位移时，活塞连杆33沿径向不向活塞传递径向载荷，只传递轴向载荷，减小或消除活塞侧壁受力，从而减小活塞与缸壁的摩擦和活塞变形，提高传动效率和改善活塞与缸套匹配关系。

所述第一气缸31a内壁和第二气缸32a内壁均设置有用于承载活塞连杆33径向载荷的活塞连杆轴承36，活塞连杆33通过活塞连杆33轴承实现与对应气缸的内壁圆柱副配合；如图所示，所述活塞连杆轴承36包括外圈36a、滚珠36b和环套状的保持架36c；所述外圈内圆凹陷形成用于轴向定位安装保持架的环形定位槽，所述环形定位槽槽底的轴向两端分别凹陷形成两环形导向槽，所述外圈内轴向设置有连通两环形导向槽的回流导向孔36d，保持架中间沿轴向开设用于对滚珠限位的条形限位口，所述回流导向孔和条形限位口沿周向设置为多个，所述滚珠为多个并填充于环形导向槽、回流导向孔和条形限位口；位于条形限位口内的滚珠沿径向向内抵压于活塞连杆的外圆，利于活塞连杆相对于对应气缸的转动和轴向滑动，利于提高活塞连杆运动稳定性和抗磨损能力。

本实施例中，所述第一转子21的外端面中心和第二转子22的外端面中心分别沿自身轴向延伸形成伸出机体1的延伸段(包括第一延伸段21b和第二延伸段 22b)，并分别作为转子驱动的输入/输出轴，所述第一转子21和第二转子22分别通过止推轴承安装于机体1内；延伸段缩短了轴身长度，减轻了结构重量，相对曲轴，极大的简化了结构。

活塞行程由气缸偏心距和所述夹角决定，令所述转子安装轴线的夹角为α，令所述气缸偏心距为R，则对应活塞的行程l＝2×R×cot(α/2)，令活塞工作直径为r，每个活塞编号为i，活塞总数为n则气缸排量

所述活塞连杆33和中心承载轴5均为V形杆。

本实施例中，所述圆柱孔内壁与中心承载轴5，对应设置有轴承安装台阶51，并安装止推轴承52和径向轴承53，实现所述转子轴向位置定位和径向承载；所述容纳腔4为封闭腔并用于封装冷却润滑液；通过止推轴承52和径向轴承53利于保证转子轴向和径向的稳定性高，维持空间位置关系。

本实施例中，所述转子组件设置有磁体61或电枢，所述机体设置有电枢62 或磁体，使转子组件与机体之间形成电驱动机构或发电机构；该结构高度融合构建起一体的气电混动结构，使机电混动方式更加紧凑、高效，优化机电匹配关系，增强气电动力的耦合性能，简化***，提高功重比。

本实施例中，所述中心承载轴5中间外圆V形角平分线方向设置椭圆形外滑槽5a，所述容纳腔中间腔壁V形角平分线方向设置椭圆形内滑槽4a，所述活塞连杆3中间V形角平分线方向设置承载轴承3a，所述椭圆形内滑槽4a 和椭圆形外滑槽5a适形匹配所述承载轴承3a运动轨迹，并与所述承载轴承 3a相切。如图所示，该结构可以进一步优化活塞连杆的载荷传递和结构稳定性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：包括机体、转子组件、活塞组件和配气机构；所述机体设置沿轴向呈V形的容纳腔，转子组件为双转子结构，包括第一转子和第二转子，转动设置于V形容纳腔两端，第一转子和第二转子内分别对应偏心设置有第一气缸和第二气缸；所述活塞组件包括设置于第一气缸内的第一活塞、设置于第二气缸内的第二活塞和两端分别沿轴向连接第一活塞和第二活塞的活塞连杆，所述活塞连杆为与容纳腔相位相同的V形结构；

所述配气机构包括进气道、排气道和配气块，所述配气块可被驱动形成往复滑动用以调节进气道或排气道的开度，使得进气道和排气道与对应的气缸交替连通，完成气体吸气压缩或做功排气过程。

2.根据权利要求1所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：通过控制配气块往复滑动进而控制进气道或排气道与对应气缸的连通相位差；所述进气道和排气道呈环状分布且进气道和排气道两端部之间分别对应设置有第一隔离区和第二隔离区，所述第一隔离区和第二隔离区分别与活塞上止点和活塞下止点对应。

3.根据权利要求2所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：所述进气道和排气道均为弧形且宽度不同，所述配气块为弧形块，该弧形块的一端适形滑动内嵌于所述进气道或排气道中。

4.根据权利要求1所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：还包括用于控制配气块的控制组件，所述控制组件包括单自由度转动设置的驱动杆和用于控制驱动杆转动的驱动器，所述驱动杆的外圆设置有外螺纹，所述配气块为沿周向单自由度往复滑动设置的弧形配气块，所述配气块的外侧壁设置有与所述外螺栓啮合的传动齿。

5.根据权利要求1所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：还包括中心承载轴，所述第一转子和第二转子中心轴向均设置有圆柱孔，所述中心承载轴通过轴承内套于第一转子和第二转子对应圆柱孔分段并对转子转动定位。

6.根据权利要求1所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：所述活塞连杆的端部固定设置有活塞安装接头，活塞通过轴向定位装置安装于活塞安装接头顶端，相对于对应活塞安装接头沿径向设置有活动余量，所述轴向定位装置安装于活塞底部，对活塞轴向定位；所述第一气缸内壁和第二气缸内壁均设置有用于承载活塞连杆径向载荷的活塞连杆轴承，活塞连杆通过活塞连杆轴承实现活塞连杆与对应气缸的内壁圆柱副配合。

7.根据权利要求1所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：所述第一转子的外端面中心和第二转子的外端面中心分别沿自身轴向延伸形成伸出机体的延伸段，并分别作为转子驱动的输入或输出轴，所述第一转子和第二转子分别通过止推轴承安装于机体内；所述第一气缸和第二气缸沿对应转子的周向分别设置为多个，每一组第一气缸和第二气缸之间均设置有活塞组件。

8.根据权利要求7所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：所述活塞连杆轴承包括外圈、滚珠和环套状的保持架；所述外圈内圆凹陷形成用于轴向定位安装保持架的环形定位槽，所述环形定位槽槽底的轴向两端分别凹陷形成两环形导向槽，所述外圈内轴向设置有连通两环形导向槽的回流导向孔，保持架中间沿轴向开设用于对滚珠限位的条形限位口，所述回流导向孔和条形限位口沿周向设置为多个，所述滚珠为多个并填充于环形导向槽、回流导向孔和条形限位口。

9.根据权利要求1-9任一权利要求所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：所述转子组件设置有磁体或电枢，所述机体设置有电枢或磁体，使转子组件与机体之间形成电驱动机构或发电机构，从而构建起机电混动装置。

10.根据权利要求6所述的气动型双转子活塞驱动装置，其特征在于：所述中心承载轴中间外圆设置椭圆形外滑槽，所述容纳腔中间腔壁设置椭圆形内滑槽，所述活塞连杆中间设置承载轴承，所述椭圆形内滑槽和椭圆形外滑槽适形匹配所述承载轴承运动轨迹，并与所述承载轴承相切。