CN103883356B - 一种叶片气动马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能叶片气动马达，它包括壳体、转子、叶片、密封条、配气锥和垫块，转子位于中心，壳体位于外部，配气锥位于转子两端空心圆台面内，叶片安放在壳体对角的空心圆环内，同时也位于转子的槽内，并与转子成一个角度，叶片的一个平面与配油锥的圆台侧面相贴合，密封条位于转子和叶片之间，其平面一侧与转子贴合，圆台面一侧则与叶片的圆台面E1贴合，垫块位于壳体对角的空心圆环内，正好填满由壳体、叶片、转子和密封条形成的空缺。本发明所有密封处均为面密封；体积小，扭矩大，效率高；比功率大；结构紧凑，加工相对容易；成本较低，寿命长。

Description

一种叶片气动马达

技术领域

本发明涉及气动马达，尤其涉及一种高性能叶片气动马达。

背景技术

现有的叶片式气动马达结构均为一转子偏心置于气缸体内，叶片径向或与转子半径成一定角度置于转子内，工作时叶片在弹簧或气压的作用下甩出，与气缸体形成密封腔。这种形式叶片式气动马达由于叶片和气缸体之间是靠一条接触线密封，因此密封性能较差，输出扭矩较低，加上旋转时叶片与转子及气缸体间产生很大摩擦，致使叶片式气动马达整体磨损快，寿命短，效率低。另外，旋转时为了保证叶片能在转子内安全进出，转子必须有相当的直径，这样势必体积大，比功率低，虽然有双叶片式气压马达，但由于只有两片叶片，输出扭矩脉动较大，输出扭矩也欠大。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能实现比功率大，输出扭矩大，输出扭矩脉动又小，全部密封处又均为面密封，且不易磨损的高性能叶片气动马达。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：高性能叶片气动马达，包括壳体、转子、叶片、密封条、配气锥和垫块，转子位于中心，壳体位于外部，配气锥位于转子两端空心圆台面内，叶片安放在壳体对角的的空心圆环内，同时也位于转子的槽内，并与转子成一个角度，叶片 的一个平面与配油锥 的圆台侧面相贴合，密封条位于转子和叶片之间，其平面一侧与转子贴合，圆台面一侧则与叶片 的圆台面E1贴合，垫块位于壳体对角的空心圆环内，正好填满由壳体、叶片、转子和密封条形成的空缺。

在上述的高性能叶片气动马达中，所述叶片为四分之一圆形，共有相同的四片，其中一片叶片由两个平面A1、B1和柱面C1、球面D1及两圆台面E1、J1围合而成；其中，C1是中心为球心O1、半径与壳体的空心圆环的柱面E4的半径相同的柱面，D1是球心为O1半径与转子球台C2半径相同的球面，E1和J1是圆台面，其上底面和下底面的直径分别是直线R1S1和直线M1N1，M1R1和N1S1则是其侧面母线；两个平面A1和B1平行；两平行平面A1和B1的距离为叶片的厚度，叶片厚度与壳体的空心圆环宽度相等；

所述密封条共有相同的八条，其中一条E1侧是圆台面，其上底面和下底面的直径分别是直线R1S1和P1Q1，P1R1和N1S1则是其侧面母线，K1侧是平面，过球心O1的轴线与该平面平行，其垂直距离为转子正交的十字板板厚的一半，G1是球心为O1半径与转子中心球台C2半径相等的球面，F1是球心为O1半径等于转子线段O2M2的球面，H1和I1两个面是平行的平面，其半长OP1与壳体柱面F4半径相等， R1和S1是两斜度与中面D4对于B4的斜度相等的斜面，密封条的宽度与叶片厚度相等；叶片和密封条均为轴对称；

所述转子当中是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球台，球台中间如同对称插入一正交的十字板，A2和B2是平行的圆平面，C2和D2是球心为O2的球面，I2和J2是相互垂直的两平面，一个叶片和两条密封条垂直安放在I2和J2之间的凹槽内，正好完全密合，E2和F2是中心轴过O2半径与壳体柱面F4半径相同的柱面，G2和H2是两相同的空心圆台部分侧面，其中一个空心圆台上下两底分别是圆平面B2和以直线K2L2为直径的圆面， K2M2的直线段长度为转子的宽度，整个转子不仅关于球台中心O2对称，也是轴对称；

所述配气锥是一圆台，共有相同的两个，其中一个圆台上下两底A3和B3的半径分别和转子空心圆台侧面G2和H2上下两底的半径相等，高度也与转子空心圆台侧面G2和H2的高度相等，一侧面是被一平面相截的平面C3，该平面可以与配气锥圆台侧面的母线平行，也可以不与配气锥圆台侧面的母线平行，平面C3最宽处的宽度不大于转子正交的十字板板厚，平面C3和相应的壳体圆环平行平面C4和D4相贴合；

所述壳体是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球面，厚度与转子的宽度K2M2相等，A4和B4是两个半径相等的平行的圆平面，F4是柱面，其中心轴过O4，半径与转子左右外侧E2和F2柱面的半径相等，壳体柱面的对角是一空心圆环，圆环宽度与叶片厚度相等，空心圆环的两个侧面C4和D4是平行的圆环平面，E4是中心轴通过O4的柱面，位于壳体的对角线上，其外径与叶片柱面C1的外径相等，且大于壳体球面F4的外径，圆环平行的C4和D4两平面与一配气锥侧面的平面C3及另一配气锥侧面的相应平面贴合，整个壳体关于球台中心O4对称；

垫块是一段圆环，共有相同的四条，其中一条外侧A5是半径与壳体对角圆环E4外径相等的柱面，内侧B5是半径等于图4转子线段O2M2的球面，其上下厚度与转子正交的十字板宽度K2M2相等，两腰部C5和D5是圆台面，该圆台面上底面和下底面的直径分别是直线P1Q1和M1N1，M1P1则是其侧面母线，垫块形状为轴对称。

本发明具有的优点是：

1）所有密封处均为面密封；

2）体积小，扭矩大，效率高；

3）比功率大；

4）结构紧凑，加工相对容易；

5) 成本较低，寿命长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的叶片和密封条形状示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的S向和T向示意图；

图4是本发明的转子形状示意图；

图5是图4的W-W剖面示意图；

图6是本发明的配气锥形状示意图；

图7是图6的P向示意图

图8是本发明的壳体的俯视图；

图9是本发明的壳体的主视图；

图10是图9的M-M剖面示意图；

图11是本发明的整体结构示意图；

图12是图11的K向示意图；

图13是图11的N-N剖面示意图；

图14是本发明的运行原理示意图；

图15是图11的U-U剖面示意图；

图16是本发明的工作过程原理示意图；

图17是图14的V-V剖面示意图；

图18是本发明的工作过程原理示意图。

图中：1.壳体，2.转子，3.叶片，4.密封条，5. 配气锥，6.垫块。

具体实施方式

本发明的结构如图14所示，转子2位于中心，壳体1位于外部，配气锥5位于转子2两端空心圆台面内，叶片3安放在壳体1对角的的空心圆环（导向槽）内，同时也位于转子2的槽内，并与转子2成一个角度，叶片3的一个平面与配油锥5的圆台侧面相贴合，密封条4位于转子2和叶片3之间，其平面一侧与转子2贴合，圆台面一侧则与叶片3的圆台面E1贴合，垫块6位于壳体1对角的空心圆环内，正好填满由壳体1、叶片3、转子2和密封条4形成的空缺。

图1和图3所示为本发明的叶片3和密封条4的形状。叶片3为四分之一圆形或近似四分之一圆形，共有相同的四片，其中一片叶片3由两个平面A1、B1和柱面C1、球面D1及两圆台面E1、J1围合而成；其中，C1是中心为球心O1、半径与壳体1的空心圆环的柱面E4的半径相同的柱面，D1是球心为O1半径与图5转子2球台C2半径相同的球面，E1和J1是圆台面，其上底面和下底面的直径分别是直线R1S1和直线M1N1，M1R1和N1S1则是其侧面母线；两个平面A1和B1平行；两平行平面A1和B1的距离为叶片3的厚度，叶片3厚度与图9壳体1的空心圆环宽度相等。

密封条4共有相同的八条，其中一条E1侧是圆台面，其上底面和下底面的直径分别是直线R1S1和P1Q1，P1R1和N1S1则是其侧面母线， K1侧是平面，过球心O1的轴线（如图1所示）与该平面平行，其垂直距离为图5转子2正交的十字板板厚的一半，G1是球心为O1半径与图5转子2中心球台C2半径相等的球面，F1是球心为O1半径等于图4转子2线段O2M2的球面，H1和I1两个面是平行的平面，其半长OP1与图9壳体1柱面F4半径相等， R1和S1是两斜度与图9中面D4对于B4的斜度相等的斜面，密封条4的宽度（即平面H1和I1的距离）与叶片3厚度相等；叶片3和密封条4均为轴对称。

图4和图5所示为本发明的转子2的形状。转子2当中是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球台，球台中间如同对称插入一正交的十字板，A2和B2是平行的圆平面，C2和D2是球心为O2的球面，I2和J2是相互垂直的两平面，将图1的整个图形，即一个叶片3和两条密封条4垂直安放在I2和J2之间的凹槽内，正好完全密合，E2和F2是中心轴过O2半径与壳体1柱面F4半径相同的柱面，G2和H2是两相同的空心圆台部分侧面，其中一个空心圆台上下两底分别是圆平面B2和以直线K2L2为直径的圆面，K2M2的直线段长度为转子2的宽度，整个转子2不仅关于球台中心O2对称，也是轴对称。

图6和图7所示为本发明的配气锥5的形状。配气锥5是一圆台，共有相同的两个，其中一个圆台上下两底A3和B3的半径分别和转子2空心圆台侧面G2和H2上下两底的半径相等，高度也与转子2空心圆台侧面G2和H2的高度相等，一侧面是被一平面相截的平面C3，该平面可以与配气锥5圆台侧面的母线平行，也可以不与配气锥5圆台侧面的母线平行，平面C3最宽处的宽度不大于转子2正交的十字板板厚，平面C3的空间位置以如下而定：保证装配好后平面C3和相应的壳体1圆环平行平面C4和D4相贴合，点D3至E3的圆台面为排气面，点D3至E3的圆台面为135度，点F3至G3的圆台面为进气面，F3至G3的圆台面小于135度。

图8、图9和图10所示为本发明的壳体1的形状。壳体1是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球面，厚度与转子2的宽度K2M2相等，A4和B4是两个半径相等的平行的圆平面， F4是柱面，其中心轴过O4，半径与转子2左右外侧E2和F2柱面的半径相等，壳体1柱面的对角是一空心圆环，圆环宽度与叶片3厚度相等，空心圆环的两个侧面C4和D4是平行的圆环平面，E4是中心轴通过O4的柱面，位于壳体1的对角线上，其外径与叶片3柱面C1的外径相等，且大于壳体1球面F4的外径，圆环平行的C4和D4两平面的空间位置以如下而定：保证装配好后C4和D4两平面与一配气锥5侧面的平面C3及另一配气锥5侧面的相应平面贴合。整个壳体1关于球台中心O4对称。

图13所示为本发明的垫块6的形状。垫块6是一段圆环，共有相同的四条，其中一条外侧A5是半径与壳体1对角圆环E4外径相等的柱面，内测B5是半径等于图4转子2线段O2M2的球面，其上下厚度与转子2正交的十字板宽度K2M2相等，两腰部C5和D5是圆台面，该圆台面上底面和下底面的直径分别是直线P1Q1和M1N1（如图1所示），M1P1则是其侧面母线，垫块6形状为轴对称。

本发明的运行工作原理如下：

如图16所示，在气动马达的一端，转子2、叶片3、密封条4、配气锥5和壳体1将气腔分割成五个各自独立的密封腔Q1、Q2、Q3、Q4和Q5。

在转子2的一端，当转子2处于进气开始位置（如 图15）时，高压气从配气锥的进气面进入气腔Q1，如图16，这时气腔Q4和Q5已经充满了高压气，而气腔Q2 和Q3则为低压气，五个气腔形成的压差，在转子2上产生扭矩，使转子2逆时针旋转，继而推动叶片3逆时针旋转。当转子2逆时针旋转时，气腔Q2和Q3里的低压气通过配气锥5的排气面排出。当高压气继续从配气锥5的进气面进入气腔Q1、Q4和Q5时，转子2继续逆时针旋转。

当转子2转到图16位置，并继续逆时针旋转时，气腔Q4从高压进气腔继而变成低压排气腔，而高压气则继续进入气腔Q1和Q5，气腔Q2和Q3仍为低压排气腔。气压差产生的扭矩继续推动转子2逆时针旋转，当转子2逆时针转动图17位置时，排气腔Q2里的低压气排尽，而Q1和Q5仍为高压进气腔，Q3和Q4仍为低压排气腔，这时高压气又从配气锥5的进气面进入新的高压进气腔，推动转子2继续逆时针旋转。

当转子2旋转到图18位置并继续旋转时，腔Q5从高压进气腔继而变成低压排气腔，这时Q1仍为高压进气腔，Q3和Q4仍为低压排气腔，而高压气继续进入新的高压进气腔，推动转子2继续逆时针旋转。

当转子2逆时针转动图15位置时，排气腔Q3里的低压气排尽，而Q1仍为高压进气腔，Q4和Q5仍为低压排气腔，高压气还在进入新的高压进气腔，推动转子2继续逆时针旋转。

当转子2旋转到图16位置并继续旋转时，腔Q1从高压进气腔继而变成低压排气腔。如此周而复始，推动转子2不断逆时针旋转。在气动马达的另一端，情况也和这一端完全相同。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本方面进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本方面作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种叶片气动马达，其特征在于，包括壳体（1）、转子（2）、叶片（3）、密封条（4）、配气锥（5）和垫块（6），转子（2）位于壳体（1）中心，壳体（1）位于外部，配气锥（5）位于转子（2）两端空心圆台面内，叶片（3）安放在壳体（1）对角的的空心圆环内，同时也位于转子（2）的槽内，并与转子（2）成一个角度，叶片（3） 的一个平面与配气锥（5）的圆台侧面相贴合，密封条（4）位于转子（2）和叶片（3）之间，其平面一侧与转子（2）贴合，圆台面一侧则与叶片（3） 的圆台面E1贴合，垫块（6）位于壳体（1）对角的空心圆环内，正好填满由壳体（1）、叶片（3）、转子（2）和密封条（4）形成的空缺；

所述叶片（3）为四分之一圆形，共有相同的四片，其中一片叶片（3）由两个平面A1、B1和柱面C1、球面D1及两圆台面E1、J1围合而成；其中，柱面C1是中心为球心O1、半径与壳体（1）的空心圆环的柱面E4的半径相同的柱面，球面D1是球心为O1半径与转子（2）球面C2半径相同的球面，圆台面E1和圆台面J1的上底面直径均是直线R1S1，圆台面E1和圆台面J1的下底面的直径均是直线M1N1，圆台面E1的侧面母线是直线M1R1，圆台面J1的侧面母线是直线N1S1；平面A1和平面B1平行；平面A1和平面B1的距离为叶片（3）的厚度，叶片（3）厚度与壳体（1）的空心圆环宽度相等；

所述密封条（4）共有相同的八条，其中一条密封条（4）的与圆台面E1接触的面是圆台面，该圆台面的上底面的直径是直线R1S1，下底面的直径是直线P1Q1，该圆台面的侧面母线是直线P1R1，该圆台面的平面K1与过球心O1的轴线平行，平面K1与过球心O1的轴线的垂直距离为转子（2）正交的十字板板厚的一半，球面G1是球心为O1半径与转子（2）中心的球面C2半径相等的球面，球面F1是球心为O1半径等于转子（2）线段O2M2的球面，平面H1和平面I1平行，其半长OP1与壳体（1）柱面F4半径相等，斜面R1和斜面S1是两斜度与平面D4对于圆平面B4的斜度相等的斜面；密封条（4）的宽度与叶片（3）厚度相等；叶片（3）和密封条（4）均为轴对称；

所述转子（2）当中是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球台，球台中间如同对称插入一正交的十字板，圆平面A2和圆平面B2平行，球面C2和球面D2是球心为O2的球面，平面I2和平面J2相互垂直，一个叶片（3）和两条密封条（4）垂直安放在平面I2和平面J2之间的凹槽内，正好完全密合，柱面E2和柱面F2是中心轴过球心O2、半径与壳体（1）柱面F4半径相同的柱面，侧面G2和侧面H2是两相同的空心圆台部分侧面，其中一个空心圆台上下两底分别是圆平面B2和以直线K2L2为直径的圆面，直线K2M2的直线段长度为转子（2）的宽度，整个转子（2）不仅关于球心O2对称，也是轴对称；

所述配气锥（5）是一圆台，共有相同的两个，其中一个圆台的上底面A3的半径与转子（2）空心圆台的侧面G2和侧面H2上底面的半径相等，下底面B3的半径与转子（2）空心圆台的侧面G2和侧面H2下底面的半径相等，高度与转子（2）空心圆台的侧面G2和侧面H2的高度相等，一侧面是被一平面相截的平面C3；该平面C3与配气锥（5）圆台侧面的母线平行，或者不与配气锥（5）圆台侧面的母线平行；平面C3最宽处的宽度不大于转子（2）正交的十字板板厚，平面C3和相应的壳体（1）圆环平行平面C4和平面D4相贴合；

所述壳体（1）是两头平行截掉两个球冠的腰鼓形球面，厚度与转子（2）的宽度K2M2相等，圆平面A4和圆平面B4平行且半径相等，柱面F4的中心轴过圆心O4、半径与转子（2）左右外侧的柱面E2和柱面F2的半径相等，壳体（1）柱面的对角是一空心圆环，圆环宽度与叶片（3）厚度相等，空心圆环的两个侧面是是平面C4和平面D4，平面C4和平面D4平行，壳体（1）的空心圆环的柱面E4的中心轴通过圆心O4，位于壳体（1）的对角线上，其外径与叶片（3）柱面C1的外径相等，且大于壳体（1）球面F4的外径，平面C4与一配气锥（5）侧面的平面C3贴合，平面D4与另一配气锥（5）侧面的相应平面贴合，整个壳体（1）关于球台中心O4对称；

垫块（6）是一段圆环，共有相同的四条，其中一条的外侧是半径与壳体（1）的空心圆环的柱面E4外径相等的柱面A5，内侧是半径等于转子（2）线段O2M2的球面B5，其上下厚度与转子（2）正交的十字板宽度K2M2相等，两腰部是圆台面C5和圆台面D5，该圆台面上底面和下底面的直径分别是直线P1Q1和直线M1N1，直线M1P1则是其侧面母线，垫块（6）形状为轴对称。