專利名稱：在旋轉(zhuǎn)型容積螺旋機(jī)中轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)的方法和旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在旋轉(zhuǎn)型容積螺旋機(jī)中轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)的方法和這種旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)型容積螺旋機(jī)包括共軛的螺旋元件，即包圍(凹形的)螺旋元件和被包圍(凸形的)螺旋元件。第一(凹形的)螺旋元件具有一個(gè)內(nèi)螺旋面(凹面)，第二(凸形的)螺旋元件具有一個(gè)外螺旋面(凸面)。螺旋面是非圓柱形的且在徑向限制元件。螺旋面以各自軸線為中心，各自的軸線相互平行且通常不重合，其相距距離為E(偏心距)。
這種類型的三維旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)見于US5439359，其特征在于被固定凹元件包圍的凸元件相對(duì)于凹元件作行星運(yùn)動(dòng)。
行星運(yùn)動(dòng)的第一分量是驅(qū)動(dòng)凸面的軸線，使凸面軸線軌跡是繞凹面軸線的半徑為E的旋轉(zhuǎn)柱面，這與軌道公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一致。即，第二(凸)元件的軸線繞第一(凹)元件的軸線旋轉(zhuǎn)，其特征在于后者的軸線是機(jī)器的主軸線。
行星運(yùn)動(dòng)的第二分量是驅(qū)動(dòng)凸件，使凸件繞其螺旋面的軸線旋轉(zhuǎn)。第二分量(圓周旋轉(zhuǎn))也可以稱為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
可以提供不同的運(yùn)動(dòng)來代替行星運(yùn)動(dòng)。為此，通常采用同步耦合連接。然而，通過提供合適的螺旋面，機(jī)器也可以自同步。
所述描述類型的容積型旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)常用于通過膨脹、排出和壓縮工作物質(zhì)來將工作物質(zhì)(介質(zhì))、氣體或液體的能量轉(zhuǎn)換為發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)器能或者反過來用于壓縮機(jī)、泵等。它們尤其用于石油、氣體和地?zé)徙@井馬達(dá)。
在多數(shù)情況下，螺旋面具有擺線(次擺線)形狀，例如見于法國專利FR-A-997957和美國專利US3975120。V.Tiraspolskyi在由巴黎TECHNIP版出版的《鉆探課程》的258-259頁的“液壓鉆井馬達(dá)”中描述了應(yīng)用在馬達(dá)中的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。
具有這種技術(shù)背景的螺旋機(jī)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換方法的效率由發(fā)生在機(jī)器內(nèi)的熱力學(xué)過程的強(qiáng)度決定，并且由廣義參數(shù)“角循環(huán)”表示其特性。該循環(huán)等于任何一個(gè)所選擇的具有獨(dú)立自由度的旋轉(zhuǎn)元件(凸元件、凹元件或同步連接)轉(zhuǎn)過的角度。
角循環(huán)等于具有獨(dú)立自由度的部件在由凸元件和凹元件形成的工作腔橫截面區(qū)域(或完全開啟和閉合)變化的整個(gè)周期內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度，同時(shí)，在具有內(nèi)螺旋面的機(jī)器中工作腔軸向移動(dòng)一個(gè)周期Pm或者具有外螺旋面的機(jī)器中工作腔體軸向移動(dòng)一個(gè)周期Pf。
具有曲線形共軛元件的容積型螺旋機(jī)器已知的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方法在相似的容積型機(jī)器實(shí)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)有下列缺點(diǎn)—有限的技術(shù)潛力，由于組織運(yùn)動(dòng)過程的不完善，不能增加具有獨(dú)立自由度的驅(qū)動(dòng)部件每一轉(zhuǎn)的角循環(huán)數(shù)；
—類似螺旋機(jī)器有限的單位功率；—有限的效率；—存在作用在機(jī)器的固定機(jī)身上的反作用力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決擴(kuò)展螺旋機(jī)中的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)的方法的技術(shù)和功能潛能的問題，提高螺旋機(jī)的單位功率和容量，降低熱損耗，降低容積型螺旋機(jī)對(duì)支撐件的反作用力。
本發(fā)明所提供的旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)至少包括兩組共軛元件，每組包括具有內(nèi)螺旋面的第一元件以及被封在第一元件內(nèi)的具有外螺旋面的第二元件，機(jī)器包括一組外部共軛元件和至少一組內(nèi)部共軛元件，其中每組內(nèi)部共軛元件被放置在另一組共軛元件的元件腔內(nèi)。共軛元件組同軸地設(shè)置在彼此的腔內(nèi)。
值得注意的是，一個(gè)元件可以作為兩個(gè)不同組中的一部分。這樣的元件可能同時(shí)具有一個(gè)外螺旋面和一個(gè)內(nèi)螺旋面，因此，同時(shí)成為一組外部共軛元件的第二元件或一組內(nèi)部共軛元件的第一元件。優(yōu)選地，元件在彼此的腔內(nèi)嚙合。
因此，容積型螺旋機(jī)中的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)的方法利用上面提到類型的機(jī)器，其中第一元件和第二元件的軸線是平行的，并且每組的第一元件和第二元件中至少一個(gè)可繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，每組中至少一個(gè)元件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，每組中至少一個(gè)元件產(chǎn)生行星運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明使用的機(jī)器具有更有效的結(jié)構(gòu)容積，同時(shí)提供更多數(shù)目的工作(排出)腔和驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)更多數(shù)目的工作循環(huán)，從而提高了效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，元件的運(yùn)動(dòng)被同步以提供動(dòng)平衡機(jī)。為此，機(jī)械耦合旋轉(zhuǎn)元件的端部是可行的。
這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，機(jī)器工作更穩(wěn)定，且需要較少的努力來穩(wěn)定整個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)，即機(jī)器的支撐不需要太重和過于精心制作。
如上所述，不同組中(構(gòu)成第一組)的某些元件的軸線(與機(jī)器的主軸)是重合的，但是其它元件的軸線不與主軸重合且通常相互不重合。大多數(shù)情況下，每組共軛元件的第一軸線相互重合或每組共軛元件的第二軸線重合。僅在很少的情況下，該機(jī)器的實(shí)施例具有的結(jié)構(gòu)中，第一組共軛元件的第一元件的軸線與另一組共軛元件的第二元件的軸線重合。參照優(yōu)選實(shí)施例，不重合的軸線繞重合軸線(繞主軸線)旋轉(zhuǎn)，以保持不重合的軸線相互之間以及相對(duì)于重合軸線(主軸線)的距離關(guān)系。
由于具有這種特征，可以以這種方式安排元件整個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心(一個(gè)元件的片段重心)放在主軸線上。如果保持非重合元件之間的距離關(guān)系，防止質(zhì)量中心的遷移即移動(dòng)是可能的。因此具有非重合軸線的元件的質(zhì)量關(guān)系可以保持，具有重合軸線的元件的質(zhì)量中心無論如何都在主軸線上。
這種方法可進(jìn)一步發(fā)展為這樣的方式，不同組的共軛元件的元件繞它們各自軸線的運(yùn)動(dòng)也被同步，也即元件的回轉(zhuǎn)被同步(除了它們的公轉(zhuǎn)同步外)。
有多種可能可提供這樣的同步。
通常，可選擇第一組旋轉(zhuǎn)的兩類旋轉(zhuǎn)，第一組旋轉(zhuǎn)包括a)一組共軛元件的第一元件繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)，b)一組共軛元件的第二元件繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)和c)第一軸線繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)或第二軸線繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)。然后，這兩類旋轉(zhuǎn)的每個(gè)都可以分別與第二組旋轉(zhuǎn)中的相應(yīng)一個(gè)同步，第二組旋轉(zhuǎn)包括d)另一組共軛元件的第一元件繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)和e)另一組共軛元件的第二元件繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)。
以概要形式描述的這種實(shí)施例可以分成四個(gè)不同的特定優(yōu)選實(shí)施例。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的第一優(yōu)選實(shí)施例中，第一組和第二組共軛元件各自包括行星移動(dòng)元件，第一組和第二組的行星移動(dòng)元件的軸線的旋轉(zhuǎn)被同步(公轉(zhuǎn)被同步)，且行星移動(dòng)元件繞它們軸線的旋轉(zhuǎn)也被同步(回轉(zhuǎn)被同步)。
在第二優(yōu)選實(shí)施例中，第一組和第二組共軛元件各自包括差速運(yùn)動(dòng)，第一組和第二組的第一元件的軸線的旋轉(zhuǎn)被同步(公轉(zhuǎn)被同步)，且第一組和第二組的第二元件的軸線的旋轉(zhuǎn)也被同步(另外的公轉(zhuǎn)也被同步)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的第三優(yōu)選實(shí)施例中，第一組共軛元件包括行星運(yùn)動(dòng)，第二組共軛元件包括差速運(yùn)動(dòng)。第一組和第二組的第一元件的軸線的旋轉(zhuǎn)被同步(公轉(zhuǎn)被同步)，且第一組和第二組的第二元件的軸線的旋轉(zhuǎn)也被同步(另外的公轉(zhuǎn)也被同步)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的第四優(yōu)選實(shí)施例中，第一組共軛元件包括行星運(yùn)動(dòng)，第二組共軛元件包括用于提供差速運(yùn)動(dòng)的同步耦合連接。第一組共軛元件的一個(gè)元件的軸線的旋轉(zhuǎn)與第二組共軛元件的同步耦合連接的旋轉(zhuǎn)同步。
在上面提到的所有實(shí)施例中，可以通過使第一組和第二組共軛元件的曲線包絡(luò)面機(jī)械接觸以形成運(yùn)動(dòng)副來實(shí)現(xiàn)各組元件之間的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。
如果上面討論的這種旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)包括三組不同的元件。首先，可選擇三種狀態(tài)，包括a)一組三元件中的第一元件(對(duì)于外包絡(luò)線為凹的或?qū)τ趦?nèi)包絡(luò)線為凸的)繞其固定中心軸線的旋轉(zhuǎn)(或固定狀態(tài))，以及一組三元件中的第三元件(同步裝置)繞其固定中心軸線的旋轉(zhuǎn)(或固定狀態(tài))，b)一組元件中的第二元件(初始次擺線)的軸線繞同步耦合連接上的一個(gè)固定中心軸線的公轉(zhuǎn)，c)借助于同步耦合連接(曲柄)或與第一元件同軸的第三(凸的)共軛螺旋元件的一組元件的第二元件的回轉(zhuǎn)。其次，上面提到的三種狀態(tài)可以各自分別與第二組狀態(tài)中的相應(yīng)一個(gè)(機(jī)械地)同步，第二組狀態(tài)包括d)另一組三共軛元件中的第一元件(對(duì)于外包絡(luò)線為凸的或?qū)τ趦?nèi)包絡(luò)線為凹的)繞其固定中心軸線的旋轉(zhuǎn)(或固定狀態(tài))，以及另一組三共軛元件中的第三元件(同步裝置)繞其固定中心軸線的旋轉(zhuǎn)，e)另一組元件的第二元件(初始次擺線)的軸線繞同步耦合連接上的其固定中心軸線的公轉(zhuǎn)，和f)另一組元件的第二元件的回轉(zhuǎn)。


從以下關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例附圖的描述，該發(fā)明將更為明顯圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的旋轉(zhuǎn)型容積螺旋機(jī)的橫截面圖。
發(fā)明內(nèi)容圖1顯示了根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)的橫截面圖。為了提高三維螺旋容積機(jī)的效率和生產(chǎn)能力，本機(jī)器具有不止一組的凸元件(被封閉的元件，即具有外螺旋面的元件)和凹元件(封閉元件，即包括內(nèi)螺旋面的元件)。而是，兩組共軛元件一方面為80、70，另一方面為60、50相互嚙合。即，一組內(nèi)部共軛螺旋元件50、60放置在第二組螺旋元件的螺旋元件70的腔內(nèi)。螺旋元件在彼此的腔內(nèi)同軸地設(shè)置(“螺旋”)。實(shí)際上，也可以說成是三組螺旋元件，因?yàn)槁菪?0也起第一封閉(凹)元件的作用，并且另一組共軛螺旋元件50、60的第一元件60也起被封閉(凸)元件。在此，元件60和70也組成了一組共軛元件。
外部元件80(凹元件)具有的內(nèi)螺旋面(內(nèi)封閉面)180的對(duì)稱級(jí)nf＝3，與它共軛的元件70具有的初始次擺線形式的外螺旋面(外部被封閉面)270的對(duì)稱級(jí)nm＝2，兩者構(gòu)成工作腔40。這些元件可認(rèn)為是一組主要的內(nèi)部共軛螺旋面，它們布置成第一元件80端部截面的中心O與螺旋機(jī)的中心縱向軸線Z重合，第二元件70的中心Om2與軸線Z偏離距離E2。為了控制第一和第二元件80和70相對(duì)于固定機(jī)身9的運(yùn)動(dòng)，80和70分別與控制裝置22的輸出口22′和22″機(jī)械地連接。
第一元件60(凹件)具有的呈外包絡(luò)面形式的內(nèi)螺旋面160的對(duì)稱級(jí)nf＝3，內(nèi)部的第二元件50(凸件)具有的呈初始次擺線形式的外螺旋面250的對(duì)稱級(jí)nm＝2，兩者構(gòu)成工作腔20?？烧J(rèn)為這些元件是一組輔助的內(nèi)部共軛螺旋面，它們布置成第一元件60端部截面的中心O與螺旋機(jī)的中心縱向軸線Z重合，第二元件50的中心Om1與軸線Z偏離距離E1(偏心距)。為了控制元件60和50相對(duì)于固定機(jī)身9的運(yùn)動(dòng)，60和50分別與控制裝置的輸出口21′和21″機(jī)械地連接。
元件70的附加內(nèi)螺旋面170和元件60的附加外螺旋面260形成附加工作腔30，所以圖1中工作腔的總數(shù)是九。(在元件80和60的內(nèi)部，當(dāng)元件70和50相對(duì)于圖中所示狀態(tài)移動(dòng)時(shí)，提供了三個(gè)工作腔。)通常情況下，共軛螺旋元件對(duì)的數(shù)量可以是任意的，且受到機(jī)器總體尺寸的限制。
第一雙弧線元件50(內(nèi)凸元件)與元件60的內(nèi)三弧線輪廓線160(三弧線輪廓線形式的外包絡(luò)線族)共軛。三弧線元件60的內(nèi)輪廓線160對(duì)元件50的雙弧線輪廓線250而言是凹元件，但對(duì)具有內(nèi)輪廓線170(雙弧線初始次擺線)的第二雙弧線元件70而言是凸元件。元件60的外三弧線輪廓線260(內(nèi)包絡(luò)線族)與元件70的內(nèi)輪廓線170共軛。這種現(xiàn)象同樣發(fā)生在第二雙弧線元件70上，70既是凸元件也是凹元件，其外輪廓線270(雙弧初始次擺線)與最后的三弧線元件80的內(nèi)三弧輪廓線180(外包絡(luò)線族)嚙合。
在這種特殊情況下，元件70與50機(jī)械地連接以繞分別通過中心Om2和Om1的軸線旋轉(zhuǎn)，并且元件60與80機(jī)器剛性連接，這樣工作腔20、30和40的數(shù)量從三增加到九。內(nèi)表面和外表面250、160、260、170、270和180機(jī)械接觸以形成這些工作腔20、30和40。
為使元件50和70機(jī)械地連接，元件50或70之一可以鉸接在穿過元件50機(jī)身的同步耦合連接Om1-O或者Om2-O的曲柄上，其中元件50和70不能同時(shí)鉸接在曲柄上。連接使得中心Om2和Om1在各種情況下都布置在一條直線Om1-O-Om2上且布置在中心縱軸線Z的不同側(cè)，所以元件50、70形成靜止和動(dòng)態(tài)平衡的元件旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。可以選擇元件50、70的質(zhì)量以提供平衡，即使元件70的質(zhì)量中心(一個(gè)元件片段的重心)處在穿過中心Om2的軸線上，元件50的質(zhì)量中心處在中心Om1上，其中元件50和70放置一起時(shí)其質(zhì)量中心處在中心O上。換句話說，元件50和70的耦合運(yùn)動(dòng)以這樣一種方式實(shí)現(xiàn)，即元件50和70放在一起時(shí)其質(zhì)量中心總是保持在中心O處且不遷移。
為使這些組中的元件產(chǎn)生相互連接運(yùn)動(dòng)以及同時(shí)使不同組中的元件產(chǎn)生同步運(yùn)動(dòng)，引入控制裝置21和22?？刂蒲b置21，22的輸出口21′、21″和22′、22″分別與元件50、60和70、80機(jī)械地連接。根據(jù)本發(fā)明，控制裝置可以產(chǎn)生具有兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，其中一個(gè)是獨(dú)立的。即，控制裝置可以使組內(nèi)一個(gè)元件產(chǎn)生繞另一個(gè)固定元件的行星運(yùn)動(dòng)。做為一種選擇，控制裝置可以產(chǎn)生具有三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，即，這些裝置可以產(chǎn)生一個(gè)元件繞其固定軸線的差速連接的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)元件的軸線繞第一元件的固定軸線行星公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者第二元件繞其自身軸線回轉(zhuǎn)的任何旋轉(zhuǎn)分量，以及同步耦合連接Om1-O繞第一元件固定軸線的旋轉(zhuǎn)。換句話說，具有三個(gè)自由度的組元件的運(yùn)動(dòng)中兩個(gè)自由度可以選作獨(dú)立自由度。
在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)換機(jī)器元件的運(yùn)動(dòng)具有四個(gè)不同的變化a)產(chǎn)生進(jìn)行行星運(yùn)動(dòng)(包括圓周漸進(jìn)運(yùn)動(dòng))的元件的軸線公轉(zhuǎn)以及產(chǎn)生另一組中與那個(gè)元件相似的元件的軸線的第一同步公轉(zhuǎn)；b)產(chǎn)生一組中兩個(gè)螺旋元件的差速運(yùn)動(dòng)以及產(chǎn)生另一組中兩個(gè)相似螺旋元件同步差速運(yùn)動(dòng)；c)產(chǎn)生在一組中進(jìn)行行星運(yùn)動(dòng)的螺旋元件的軸線的公轉(zhuǎn)以及產(chǎn)生在另一組中進(jìn)行差速運(yùn)動(dòng)的螺旋元件的軸線的同步公轉(zhuǎn)；d)一方面產(chǎn)生內(nèi)部組元件50、60的外元件60和內(nèi)部組的同步耦合連接Om1-O的差速運(yùn)動(dòng)或者產(chǎn)生外部組元件70、80的外元件和外部組的同步耦合連接Om2-O的差速運(yùn)動(dòng)，另一方面產(chǎn)生另一組中的一對(duì)螺旋元件的同步差速運(yùn)動(dòng)。
關(guān)于變化a)，元件50和70的兩個(gè)行星運(yùn)動(dòng)的同步以下列方式發(fā)生在同步和同相中起作用的控制裝置21、22使元件50、70以相等的角速度ωs和相等的轉(zhuǎn)動(dòng)相位回轉(zhuǎn)，并且元件60、80保持固定。由于自同步，在表面250和270在表面160和180上滾動(dòng)和翻轉(zhuǎn)過程中，同步中元件50和70進(jìn)行行星運(yùn)動(dòng)。作為已平衡的系統(tǒng)，元件50和70的質(zhì)量中心繞半徑為E1和E2的圓移動(dòng)，其中公轉(zhuǎn)角速度ωre＝-2ωs。不可移動(dòng)表面260的至高點(diǎn)在可移動(dòng)表面170上滑動(dòng)。
關(guān)于變化b)，兩組(對(duì))元件，一組是50和60，另一組是70和80的兩個(gè)差速運(yùn)動(dòng)以下列方式發(fā)生在同步和同相中起作用的控制裝置21、22使元件50、70以相等角速度和旋轉(zhuǎn)相位進(jìn)行最終角速度為ωs(或者提供速度為零的回轉(zhuǎn)，即圓周漸進(jìn)運(yùn)動(dòng))的回轉(zhuǎn)，其中元件60、80繞固定軸線Z以速度ωs/2旋轉(zhuǎn)。由于自同步，在表面250和270在表面170和180上滾動(dòng)和翻轉(zhuǎn)的過程中，元件50和70同步進(jìn)行行星(或者圓周漸進(jìn))運(yùn)動(dòng)。作為已平衡的系統(tǒng)，元件50和70的質(zhì)量中心(Om1，Om2)繞半徑為E1和E2的圓移動(dòng)，其中公轉(zhuǎn)角速度ωre＝-ωs/2?？梢苿?dòng)元件60的表面260的至高點(diǎn)在可移動(dòng)表面170上滑動(dòng)。
關(guān)于變化c)，應(yīng)注意到，在一組50和60中進(jìn)行行星運(yùn)動(dòng)的螺旋元件50的軸線公轉(zhuǎn)的產(chǎn)生以及在另一組70、80中進(jìn)行差速運(yùn)動(dòng)的螺旋元件70的軸線同步公轉(zhuǎn)的產(chǎn)生以類似于變化a)和變化b)所描述的方式發(fā)生，但不使元件60和70接觸。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向變化d)，元件60和同步耦合連接Om1-O的差速運(yùn)動(dòng)與元件70、80的差速運(yùn)動(dòng)的同步以下列方式發(fā)生控制裝置21、22例如使兩個(gè)元件60和80以及同步耦合連接Om1-O產(chǎn)生同步和同相的反旋轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)方向相反，但角速度相同，-ωro＝ωre，并且因?yàn)樵?0的表面250在元件60的表面160上翻轉(zhuǎn)，元件50形成角速度ωs＝-2ωre的回轉(zhuǎn)。在這種情況下，可移動(dòng)表面260的至高點(diǎn)在可移動(dòng)表面170上滑動(dòng)。進(jìn)一步，元件50將回轉(zhuǎn)同步和同相地傳輸給元件70是必要的，其中元件70在可移動(dòng)元件80的表面180上翻轉(zhuǎn)。作為已平衡的系統(tǒng)，與中心Om1和Om2重合的元件50和70的質(zhì)量中心繞半徑為E1和E2的圓移動(dòng)，其中公轉(zhuǎn)的角速度為ωre，在整個(gè)公轉(zhuǎn)過程中這些中心都處在一條直線Om1-O-Om2上。
這些組元件之間的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換可以通過使凸、凹共軛元件曲線包絡(luò)面進(jìn)行機(jī)械接觸來實(shí)現(xiàn)，以此形成運(yùn)動(dòng)副。
凹凸共軛元件對(duì)的角循環(huán)Ti由方程式給出Ti＝2π/[nm，f|(ωf/ωi)-(ωm/ωi)|]其中ωf、ωm-凹元件和凸元件繞自身中心的自身角速度；ωi-獨(dú)立元件的角速度，例如進(jìn)行公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的元件；并且該元件的轉(zhuǎn)角限定Ti的值；nm，f-對(duì)稱級(jí)；nm-具有外包絡(luò)線的內(nèi)轉(zhuǎn)跡線模式；以及nf-具有內(nèi)包絡(luò)線的外旋輪線模式。
關(guān)于所述變化a)元件70(輪廓線270)隨固定元件80的行星運(yùn)動(dòng)的內(nèi)轉(zhuǎn)跡線模式(為外包絡(luò)線180)由下列參數(shù)確定ωf(80)＝0；ωf(70)＝1；nm(70)＝2；nf(80)＝3；ωm(70)＝ωs(70)＝ωre(70)(1-(nf/nm))＝1(1-3/2)＝-0.5；Ti(re，70)＝2π/2(0+0.5)＝2π；元件70(輪廓線170)隨固定元件60的行星運(yùn)動(dòng)的外旋輪線模式(為內(nèi)包絡(luò)線260)由下列參數(shù)確定ωm(60)＝0；ωre(70)＝1；nm(60)＝3；nf(70)＝2；ωf(70)＝ωs(70)＝ωre(70)(1-(nm/nf))＝1(1-3/2)＝-0.5；Ti(re，70)＝2π/2(-0.5-0)＝2π。
關(guān)于所述變化b)差速運(yùn)動(dòng)元件70(輪廓線270)的行星運(yùn)動(dòng)以及元件80的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由下列參數(shù)確定ωf(ro，80)＝-1；ωre(70)＝1；nm(70)＝2；nf(80)＝3；ωm(70)＝ωs(70)＝(ωf-ωre)(nf/nm)+ωre＝(-1-1)(3/2)+1＝-2；Ti(re，70)＝2π/2(-1+2)＝2π；元件70(輪廓線170)的行星運(yùn)動(dòng)以及元件60的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由下列參數(shù)確定ωm(ro，60)＝-1；ωre(70)＝1；nm(60)＝3；nf(70)＝2；ωf(s，70)＝ωs(70)＝(ωm-ωre)(nm/nf)+ωre＝(-1-1)(3/2)+1＝-2；Ti(re，70)＝2π/2(-2+1)＝π；從上面看很顯然，在元件差速運(yùn)動(dòng)情況下角循環(huán)減小兩倍，相應(yīng)地方法的效率增大兩倍。
在每組腔40、30以及20內(nèi)工作介質(zhì)沿軸線Z的軸向移動(dòng)的方向由中心Om1和Om2的公轉(zhuǎn)方向確定，因此為工作介質(zhì)移動(dòng)選擇相同的方向，控制裝置21、22使中心Om1和Om2的公轉(zhuǎn)方向相同。并且為在腔40、30以及20內(nèi)的工作介質(zhì)移動(dòng)選擇相反的方向，控制裝置21、22使中心Om1和Om2的公轉(zhuǎn)方向相反。
值得注意的是工作介質(zhì)在元件組的工作腔內(nèi)沿Z軸線傳輸。如果軸線移動(dòng)方向改變，必須改變這些組中進(jìn)行行星運(yùn)動(dòng)的元件的中心Om1和Om2的公轉(zhuǎn)方向。
權(quán)利要求
1.一種在容積螺旋機(jī)中轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)的方法，所述機(jī)器具有至少兩組共軛元件(80，70；60，50)，每組包括具有以第一軸線(穿過中心O)為中心的內(nèi)螺旋面(180，160)的第一元件(80，60)和具有以第二軸線(穿過中心Om2，Om1)為中心的外螺旋面(270，250)的第二元件(70，50)，其中，共軛元件內(nèi)部組(50，60)同軸地設(shè)置在共軛元件外部組(80，70)的第二元件的至少一個(gè)腔內(nèi)；其中，第一和第二軸線(穿過中心O；Om1，Om2)相平行，每組所述第一和第二元件中至少一個(gè)可繞其軸線旋轉(zhuǎn)；所述方法包括產(chǎn)生每組中至少一個(gè)元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述元件的運(yùn)動(dòng)以可以提供給動(dòng)平衡機(jī)的方式被同步。
3.如權(quán)利要求1或者2所述方法，其特征在于，每組包括以與機(jī)器主軸線重合的軸線為中心的元件，每組各自的第二元件以不與主軸線重合的軸線為中心；非重合軸線繞主軸線旋轉(zhuǎn)，以保持非重合軸線相互之間以及相對(duì)于主軸線的距離關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1到3任一所述方法，其特征在于，每組共軛元件的所述第一軸線重合，第二軸線不重合；或者每組共軛元件的所述第二軸線重合，第一軸線不重合；非重合軸線(穿過中心Om1，Om2)繞重合軸線(穿過中心O)旋轉(zhuǎn)，以保持非重合軸線(穿過中心Om1，Om2)相互之間以及相對(duì)于重合軸線(穿過中心O)的距離關(guān)系。
5.如權(quán)利要求2到4任一所述方法，其特征在于，不同組共軛元件的元件繞它們各自軸線的運(yùn)動(dòng)被同步。
6.如前面權(quán)利要求1到5任何一個(gè)所述方法，其特征在于，第一組旋轉(zhuǎn)包括a)一組共軛元件的第一元件繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)；b)一組共軛元件的第二元件繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)；c)第一軸線繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)或第二軸線繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)，至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)分別與第二組旋轉(zhuǎn)中的相應(yīng)一個(gè)機(jī)械地同步，第二組旋轉(zhuǎn)包括d)另一組共軛元件的第一元件繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)；e)另一組共軛元件的第二元件繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，第一和第二組共軛元件分別包括行星移動(dòng)元件，第一和第二組的行星移動(dòng)元件的軸線的旋轉(zhuǎn)被同步，并且行星移動(dòng)元件繞它們各自軸線的旋轉(zhuǎn)被同步。
8.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，第一和第二組共軛元件分別包括差速運(yùn)動(dòng)，第一和第二組的第一元件的軸線的旋轉(zhuǎn)被同步，并且第一和第二組的第二元件的軸線的旋轉(zhuǎn)被同步。
9.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，第一組共軛元件包括行星運(yùn)動(dòng)，而第二組共軛元件包括差速運(yùn)動(dòng)，第一和第二組的第一元件的軸線的旋轉(zhuǎn)被同步，并且第一和第二組的第二元件的軸線的旋轉(zhuǎn)被同步。
10.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，第一組共軛元件包括行星運(yùn)動(dòng)，第二組共軛元件包括提供差速運(yùn)動(dòng)的同步耦合連接(Om1-O；Om2-O)，并且第一組共軛元件的元件的軸線的旋轉(zhuǎn)與第二組共軛元件的同步耦合連接的旋轉(zhuǎn)被同步。
11.如權(quán)利要求1到10任一所述方法，其特征在于，第一元件(80，70，60)的曲線內(nèi)表面(180，170，160)與第二元件(70，60，50)的曲線外表面(270，260，250)機(jī)械接觸，從而實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。
12.一種旋轉(zhuǎn)型容積螺旋機(jī)，包括至少兩組共軛元件(80，70；60，50)，每組包括具有內(nèi)螺旋面(180，160)的第一元件(80，60)和封閉在其內(nèi)的具有外螺旋面(270，250)的第二元件(70，50)，所述機(jī)器包括一組外部共軛元件(80，70)和至少一組內(nèi)部共軛元件(60，50)，其中，每個(gè)內(nèi)部組共軛元件(60，50)被設(shè)置在另一組共軛元件(80，70)的元件(70)的腔內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述螺旋機(jī)，其特征在于，不同組共軛元件的旋轉(zhuǎn)元件互相機(jī)械耦合，以提供所述元件的同步運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
為了更有效的使用旋轉(zhuǎn)型容積螺旋機(jī)的結(jié)構(gòu)容積，提供了多組(80，70；60，50)具有內(nèi)螺旋面的凹元件和具有外螺旋面的凸元件，其中，產(chǎn)生每組中至少一個(gè)元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如果不同組(80，70；60，50)中元件的運(yùn)動(dòng)被同步，可以提供給動(dòng)平衡機(jī)。
文檔編號(hào)F04C2/08GK1668851SQ03817024
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月17日
發(fā)明者亞歷山大·戈?duì)柸f 申請(qǐng)人:埃爾湯姆企業(yè)公司