专利名称：多功能旋转球形缸或泵的制作方法
多功能旋转球形缸或泵，下简称“球缸”主要是为动力设备而设计的。它可以代替多种活塞机械把能量变成旋转运动。避开喷气机、汽轮机以及电磁为动力的机械不说，那么现行的普通发动机如气油机、柴油机多为活塞式的，很多泵体如气压泵、液压泵、气压件、液压件也多为活塞式的。它们的活塞在缸或泵的内腔中作来回运动，既消耗能量又增加噪声。不会直接旋转，或不能用旋转方式直接带动它们，必须借助曲轴、齿轮或其它的机械构件，因此就给制造增加难度，既多消耗材料和工时，又增大体积与重量。
如果用本设计的球缸来代替活塞缸或泵，这直接旋转的功能对上述弊端在很大程度上将得到改善，或彻底解决。如果用球缸的组合设计发动机由小到大的几个球缸设置於一根轴上，小的那个球缸出口连接后面大的那个球缸的进口，气体工质由小的那个球缸进口进入，再由最后那个大的球缸出口排出，那末该工质将在这几个球缸的中盘上，由小到大依次释放其膨胀功，而提高了热机的效力。在汽体压力较低的情况下，也不会象汽轮机那样，气体从进口直通出口跑了。不仅如此，本球缸尚能派生出其它许多用途。例如变速，只要控制工质从球缸进口的流入量，就能很容易的改变球缸的转速。为了增大扭力，或改变转速而使用齿轮箱，那会损耗很多能量。要是用两只直径大小不同滚动磨擦的球缸和一个油箱作不同轴的组合，油箱中的油从小的那个球缸进口进入。它的出口连接太的那个球缸的进口，再由大的那个球缸的出口连接回油箱。如果用一旋转外力带动小的球缸的中轴，那么大的那个球缸的中轴也将随之旋转起来，且能得到较之小球缸中轴较大的扭力。反之如果外力带动大的球缸中轴，那么在小球缸的中轴上将会有比大球缸中轴更高的转速。代替连条或连杆作远距离传动，或要求改变旋转方向的运动，球缸会有更好的作为。如果能在精度上做得好些，球缸每旋转一周，通过缸体液体流量是一致的。所以还可以作为计量泵或直接设计成流量表。
本球缸的设计意想如下附
图1<1>是一个内壁为球R半径的外缸壁。附图1<2>是一个外壁为球R半径的内缸壁。附图1<3>是二个上、下为平头圆锥形的端盖，即“上端盖”、“下端盖”。附图A<4>是一个能把球缸内腔斜分隔成上、下两层，且一端有开口的圆盘状的“中盘”，中盘在球缸内腔中的位置永远是上方部分(A面)与上端盖的圆锥面相切成线且密封；简称“上切线”；下方部分(B面)与下端盖圆锥面相切成线且密封，简称“下切线”；中盘的外边在外缸壁的球面上相切成圆且密封，中盘中间斜切入内缸壁，能相对内缸壁作自由旋转且密封。附图1<5>是“中叶”，它切入中盘开口与内缸壁的球面相切成线且密封，其余三面分别与上、下端盖的锥面及外缸壁的球面固定结合，中叶的厚度是中盘与中叶相交在中叶中部时能正好自由滑动为度。当中盘开口与上、下端盖锥面相交于中叶的上顶端或下顶端的位置时，间隙也应是最小且接近密封。附图1<6>是“中轴”，它穿过内缸壁与中盘且能带动内缸壁旋转，但不与中盘直接接触。中轴两端分别与上、下端盖能作相对自由旋转的结合。中盘的垂直中心线与中轴交叉成角，当中轴作旋转运动时，中叶在中盘的开口处上下移动，中盘的垂直中心线将绕中轴上、下空间划出两个互相对顶的圆锥体。中轴旋转，但中盘并不旋转，而只是它的两条切线，上切线与下切线围绕中轴轴心旋转而变了位置。外缸壁在靠近中叶的两侧各有一个进口或出口，气体或液体就从此出、入。
球缸的工作程序一如下如附图2<1>所示，中盘在球缸腔内的位置是左高右低，中盘上方的A面与上端盖的锥面相切，上切线正好处在中叶上方正中，此时中盘开口与上端盖锥面的间隙最小且接近密封，中盘下方的B面，它与下端盖相切。球缸内腔被中盘斜分上、下两层，互不相通，此时的上层处于容积最大，名为“A最大”，此时下层的B面被中叶分隔成前后两室，如果中轴作逆时针方向旋转，那么中叶前室的容积将是逐渐扩大，名为“B趋大”，它与进口相通。中叶后方之室的容积将是逐渐缩小，名为“B趋小”，它与出口相通。如果中轴开始作逆时针方向旋转，上、下端盖与中盘的切线就会移动，上切线不再在中叶正上方，而是向前移动了，下切线则向后移动。中盘与中叶的交叉线也向下移，在上端盖锥面下、中盘上方与中叶前方将新生一室称“A趋大”。同时中盘上方的A最大也不复存在。它随中盘逆时针方向旋转开始，容积就变小了，变成“A趋小”。中盘下方的B趋大的容积却更大了。随着中盘与中叶的交叉线下移，中盘开口离开了上端盖锥面，上、下层从开口中的泄漏增大，B趋大与新生的A趋大会因此而相通；中叶后方的B趋小容积更小了，和中盘上由A趋大变来的A趋小，也因开口的泄漏而相通。中轴继续作逆时针方向旋转。
如附图2<2>，上切线移到了球缸的正前方，下切线移到了球缸的正后方，中盘与外缸壁的切线也就移入进口与出口内，A趋大和B趋大因共拥有一个进口而相通，同样B趋小与A趋小因共拥有一个出口而相通。中轴继续作逆时针方向旋转。
如附图2<3>，上切线移至球缸的右方，下切线移至球缸的左方，且在中叶的正下方，此时中盘开口与下端盖锥面的间隙最小，接近密封，所以球缸内腔又一次被中盘分隔成彼此不相通的上、下两层。同样下层B面的室容积处在最大，名为“B最大”，它上层的A面也被中叶分隔成前、后两室，因为中轴是作逆时针旋转的，同样中叶前室的容积将逐渐扩大，名“A趋大”与进口相通；中叶后方一室容积逐渐缩小，名“A趋小”与出口相通。中轴再作逆时针方向旋转。
如附图2<4>，上切线移至球缸正后方，下切线移至球缸的正前方，中盘下层的B最大不复存在，变成B趋小，由中盘中开口的泄漏到共拥有出口与A趋小相通；在中盘下层靠近中叶前方将新生一B趋大，因中盘开口的泄漏到共拥有进口与A趋大相通。如中盘继续作逆时针方向旋转，那么球缸内的中盘将回复到B<1>的原始位置。
工作程序二如下如果在球缸的进口输入一个具有一定压力的气体或液体的工质。如图2<1>进入B趋大，工质的压力将中盘该部分向上顶，迫使中盘运动，因B趋大给予中盘向上顶力的中心在上切线右方，所以会使中盘与上、下端盖锥面的切线作逆时针方向移动，从而迫使球缸的中轴作逆时针方向旋转。当球缸中盘旋至附图2<2>位置时，在中盘上方中叶前方已新生一室A趋大，它与B趋大是因中盘开口的泄漏到共拥一个进口而相通，给中盘的合力，在中叶前方、上切线的左方部分是相互抵消的；B趋大余下部分在给中盘的向上顶力中心仍在上切线右方，所以中盘运动后，上切线与下切线作逆针方向移动，中轴保持逆时针方向旋转。当中盘运动至附图B<3>位置时，此时的B趋大处在容积最大变成B最大，上、下切线在它正中线上且密封，它对中盘的作用力是平衡的，但A趋大对中盘向下压的中心在上切线的左方，它仍会迫使中盘作出运动。上、下切线仍会作逆时针方向移动，那么中轴依旧作逆时针方向旋转。当中盘位置移动到附图2<4>，B最大的容积已不是最大了，变成为B趋小，并与中盘上层A面的A趋小因开口泄漏到共拥出口而向外排出已径作过功的工质。在中盘下层、中叶前方已新生一室B趋大，它与容积更大的A趋大因中盘开口泄漏到共拥进口而相通。它们在中盘下切线的左方部分与A趋大的余力是相互抵消的，A趋大余下部分给中盘向下的压力中心在下切线的右方，所以迫使中盘运动的结果仍使上、下切线作逆时针方向的移动。中盘在球缸中位置回复到初始状态。A趋大的容积也发展到最大变为A最大，它与前面所述的B最大一样，上、下切线位于正中线上，对中盘的力平衡，且自我密封。B趋小继续从出口排出作过功的废工质，B趋大仍由进口获得工质，容积继续扩大，它给中盘向上顶的压力中心在上切线右方，迫使中盘运动的结果是上、下切线继续作逆时针方向移动，也就是中轴永远作逆时针方向循环旋转。
权利要求
多功能旋转球形缸或泵，是为动力设备设计的，其目的是要把多功能旋转球形缸或泵，下筒称“球缸”的旋转运动代替活塞缸或泵的来回运动。其特征(1)它主要有出口、入口、球R半径的“外缸壁”、球R半径的“内缸壁”，两端是两个互相对顶平头圆锥面的端盖，连接内、外球缸壁组成环腔，有一个与内缸壁同心，与上下端盖的锥面相切，把环腔斜分成上、下两层，且有开口的“中盘”，有中叶切入中盘开口，还有一根两端穿过上、下端盖和内缸壁中心的“中轴”组成。
(2)应允许有多种形式组成特征(1)的缸体或泵体。
(3)依据特征(1)设计产品时，构件间有许多相对运动的地方，它们会产生磨擦，应允许由此而采取各种附加的措施。
(4)依据特征(1)设计产品时，环腔内许多相对运动的地方，还需要密封，应允许由此而采取各种附加措施。
(5)依据特征(1)设计产品时，应允许是单个缸、多个缸、或大小不同的多个缸的组合。
(6)依据特征(1)设计产品时，应允许有不同大小、不同外形、附加不同的接口与其它器件相接。
(7)依据特征(1)设计产品时，进口与出口，应允许有不同大小、不同形状、不同位置。
(8)依据特征(1)设计产品时，不论它用作发动机、各种泵类、各种气动件或液动件，用作连动、变速、改变扭力，还是作流量表或其它的场合使用，都应视作为同一设计。
全文摘要
多功能旋转球形缸或泵,是为动力设备设计的。由它的直接旋转的特征来替代活塞缸或泵的活塞的来回运动。缸体内腔有球形的特征,能完成一般活塞缸体、或泵体的功能,且有体积小、噪音低,且能在工质压力较低的条件下正常工作。在大、小多个串接工作时,且能充分发挥工质的膨胀功。能把气体、液体的势能直接转化成旋转运动,而且能直接用旋转的运动方式来驱动。因此,可以设计成各种新颖的发动机、气动或液动器件、各种泵类、流量仪表或用作改变扭力和变速等。
文档编号F03G7/00GK1195073SQ9810457
公开日1998年10月7日 申请日期1998年3月17日 优先权日1998年3月17日
发明者程佩镇 申请人:程涛, 程雪波