專利名稱：驅(qū)動(dòng)主軸的制作方法
本申請涉及驅(qū)動(dòng)主軸，更具體而言涉及旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸以及包括該驅(qū)動(dòng)主軸的旋轉(zhuǎn)式噴霧器。本申請還涉及用于該驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪轉(zhuǎn)子。
旋轉(zhuǎn)式噴霧器用于將物質(zhì)以微粒形式噴射到目標(biāo)上。旋轉(zhuǎn)式噴霧器的常用用途之一是涂料噴射。
旋轉(zhuǎn)式噴霧器通常包括供應(yīng)裝置，該供應(yīng)裝置用于從供應(yīng)源向霧化錐形口(atomising bell)供應(yīng)物質(zhì)，該霧化錐形口用于粉碎或霧化物質(zhì)并將其射向目標(biāo)。該霧化錐形口被旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)，因此必須為該錐形口提供動(dòng)力。近來對更高性能的旋轉(zhuǎn)式噴霧器的需求已經(jīng)遞增。尤其已經(jīng)存在對于在供涂料噴涂工業(yè)中使用的能夠更快地噴涂涂料的旋轉(zhuǎn)式噴霧器的需求，即噴霧器具有更大的物質(zhì)通過量以使得每分鐘可以噴涂更多升的涂料。大多數(shù)該種旋轉(zhuǎn)式噴霧器或涂料噴射器是靜電型設(shè)備，在該設(shè)備和目標(biāo)間施加高電壓以將經(jīng)霧化的例如涂料的物質(zhì)抽取到目標(biāo)。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸以及旋轉(zhuǎn)式噴霧器和部件，由此提供高性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用作旋轉(zhuǎn)式噴霧器一部分的旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸，該驅(qū)動(dòng)主軸包括安裝有渦輪和本體的轉(zhuǎn)軸，該本體包括為了相對于本體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而向渦輪供氣的至少一個(gè)供應(yīng)通道。
在一組實(shí)施方案中，渦輪包括轉(zhuǎn)子本體部分和多個(gè)葉片，該轉(zhuǎn)子本體部分為碟形和環(huán)形中的一種，該多個(gè)葉片從轉(zhuǎn)子本體部分的一個(gè)大致平坦的面伸出，該轉(zhuǎn)子本體部分具有由相鄰葉片對限定的大致徑向的穿過渦輪的氣道；以及其中所述至少一個(gè)供應(yīng)通道包括噴嘴部分，在使用中氣體從該噴嘴部分離開主軸本體到渦輪，該噴嘴包括出口，并且穿過該噴嘴部分的氣道的橫截面積從噴嘴的入口到出口單調(diào)遞減。
該渦輪可以是反作用式渦輪。在本說明書中使用反作用式渦輪的措辭來指代一種渦輪，在該渦輪中至少某些轉(zhuǎn)矩(即動(dòng)力)是由從該渦輪的入口至出口的逐漸降低的氣壓而產(chǎn)生的。從經(jīng)過噴霧器的物質(zhì)通過量的角度而言，與依靠噴射氣體直接沖擊在渦輪葉片上產(chǎn)生動(dòng)力的沖擊式渦輪的使用相比，反作用式渦輪的使用通常能夠提高旋轉(zhuǎn)式噴霧器的效率。
該渦輪可以包括多個(gè)葉片，和穿過渦輪的由相鄰葉片對限定的氣道?？梢栽O(shè)置渦輪以使得至少一條氣道具有第一部分，該第一部分的橫截面積從第一端至第二端減少，該第一端比第二端更接近渦輪的入口。
穿過部分渦輪的氣道的橫截面積的減少可使該渦輪成為反作用式渦輪。
可以設(shè)置渦輪使得所述至少一條氣道具有第二部分，該第二部分的橫截面積從第一端至第二端增加，該第一端比第二端更接近渦輪的入口。該第二部分從入口至渦輪可比第一部分更遠(yuǎn)。
該渦輪可以包括轉(zhuǎn)子本體部分以及多個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)子本體部分上的葉片。該轉(zhuǎn)子本體部分可以是基本碟形或環(huán)形的。
優(yōu)選地該葉片彼此具有相同形狀和尺寸。
優(yōu)選地該氣道彼此具有相同的形狀和尺寸。
優(yōu)選地，面向各自相鄰葉片的葉片表面在一個(gè)方向上彎曲但在另一個(gè)方向基本平直。該彎曲使得能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期葉片形狀和氣道橫截面，而在一個(gè)方向上限制彎曲使得加工便利。
在某些實(shí)施方案中，葉片可從大致碟形或者環(huán)形的轉(zhuǎn)子本體部分的一個(gè)大致平坦的面伸出。在此情況下，葉片的端面(facing surface)可在大致徑向上是彎曲的且在大致軸向上是基本平直的。
該渦輪葉片可具有翼形形狀。當(dāng)氣體在葉片周圍和葉片間流動(dòng)時(shí)，由于機(jī)翼效應(yīng)可產(chǎn)生動(dòng)力，即“升力(lift)”。
可以設(shè)置渦輪葉片及定其尺寸以在各種各樣的不同操作條件下保持層流。
渦輪可包括幫助減少損耗的至少一個(gè)表面特征。該表面特征可包括用于減少損耗的凹口、孔和槽中的任意一個(gè)或其任意組合。典型地，該表面特征設(shè)置在渦輪的非工作表面上。使用非工作表面的措辭指代在產(chǎn)生動(dòng)力中氣體不需或不必流經(jīng)的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，各葉片可以設(shè)有大致軸向的孔或大致軸向延伸的盲凹部。在另一個(gè)實(shí)施例中，該渦輪的外彎曲表面可以具有圓周槽。由去除渦輪的材料所產(chǎn)生的表面特征可以具有減少重量和/或極性慣性矩的又一優(yōu)點(diǎn)。
該渦輪可以是徑向進(jìn)給渦輪。
該至少一個(gè)供應(yīng)通道可包括噴嘴部分，使用中氣體從該噴嘴部分離開主軸本體到渦輪。該噴嘴部分可包括喉部。在本說明書中使用措辭喉部來指代在噴嘴的較寬的入口和出口端之間的噴嘴通道的相對狹窄部分。
經(jīng)過噴嘴部分的氣道的橫截面積可朝向喉部單調(diào)遞減。優(yōu)選地，穿過噴嘴部分的氣道的橫截面積從噴嘴的入口朝向喉部單調(diào)遞減。噴嘴的寬度可單調(diào)遞減以提供橫截面積的預(yù)期減少。
穿過噴嘴的通道可部分由吸力面限定，部分由壓力面限定。吸力面是流經(jīng)該噴嘴的氣流的壓力在其上最低的面，而壓力面是流經(jīng)該噴嘴的氣流的壓力在其上最高的面。該吸力面可具有連續(xù)彎曲。
優(yōu)選地，通過噴嘴通道在一個(gè)尺寸上減少且在另一尺寸上保持基本不變而實(shí)現(xiàn)噴嘴橫截面積的減少。這簡化了加工過程。
噴嘴可沿著垂直于該驅(qū)動(dòng)主軸的主軸線的平面內(nèi)的弓形路徑。
優(yōu)選地，噴嘴的出口被設(shè)置為同時(shí)向穿過渦輪的多個(gè)氣道供氣。
優(yōu)選地，存在多個(gè)向渦輪供氣以驅(qū)動(dòng)該渦輪的噴嘴。
該主軸本體可包括氣體供應(yīng)腔室，該氣體供應(yīng)腔室被設(shè)置為向該噴嘴或各噴嘴供氣。
可以選擇氣體供應(yīng)腔室的容積以確保向噴嘴供應(yīng)足夠的供應(yīng)氣體。該設(shè)備的預(yù)定工作溫度是影響氣體供應(yīng)腔室尺寸選擇的一個(gè)因素。
該主軸的氣體供應(yīng)腔室軸向的深度可不同于該噴嘴或各噴嘴在軸向的深度。
可選擇噴嘴的橫截面積以調(diào)節(jié)輸入功率?？梢元?dú)立選擇該寬度和深度。
可以選擇噴嘴和葉片的數(shù)目以提供預(yù)期功率和其它特性。在存在多于一個(gè)噴嘴的情況時(shí)，可以選擇各噴嘴間的角度間距以適應(yīng)實(shí)際情況。
該渦輪的后部可用于安裝速度傳感系統(tǒng)中使用的指示器。該速度傳感系統(tǒng)可以是，例如光的或磁的。
該渦輪可相對于主軸本體的任一方向設(shè)置；該葉片可朝向或遠(yuǎn)離該軸承。
該主軸本體可包括排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于傳送氣體遠(yuǎn)離該渦輪出口的排氣通道。該排氣系統(tǒng)可以包括在渦輪出口和排氣系統(tǒng)的出口之間的排氣收集腔室部分通道。該排氣收集腔室能夠幫助減慢排氣并且緩和來自主軸的排氣路徑。優(yōu)選地，該排氣系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于從渦輪的出口向排氣收集腔室供應(yīng)排氣的排氣收集通道，以及多個(gè)用于從該收集腔室排出排氣到外部的排氣出口通道。
在必須改變排氣排出方向的位置可設(shè)置該排氣收集腔室。例如，可以將排氣收集腔室設(shè)置為在一個(gè)方向上接收大致軸向流動(dòng)的排氣，并在相反的方向上輸出大致軸向流動(dòng)的排氣。通過加工去除主軸本體的外部材料可提供該排氣收集腔室。
可以設(shè)計(jì)該排氣系統(tǒng)以抑制或者防止紊流和/或背壓力以使該渦輪上的壓降最大化。
至少一個(gè)排氣通道可以通過主軸本體，鄰近氣體供應(yīng)腔室但與之徑向偏移。所述的至少一個(gè)排氣通道可在氣體供應(yīng)腔室徑向內(nèi)側(cè)通過該氣體供應(yīng)腔室。這有助于形成緊湊的設(shè)計(jì)。如上所述地改變氣體供應(yīng)腔室的軸向深度以使其大于噴嘴的軸向深度，這可以有助于保證氣體供應(yīng)腔室具有足夠的容積。
該驅(qū)動(dòng)主軸可以是空氣軸承主軸。該本體可以包括空氣軸承，在該空氣軸承內(nèi)軸頸支承該轉(zhuǎn)軸用于旋轉(zhuǎn)。
該噴嘴或各噴嘴的形狀基本可由表1中給出的坐標(biāo)限定。
該噴嘴或各噴嘴的形狀可由從表1中給出的坐標(biāo)到不超出每個(gè)坐標(biāo)值的0.01的范圍來限定。
該葉片或各葉片的形狀基本可由表2中給出的坐標(biāo)限定。
該葉片或各葉片的形狀可由從表2中給出的坐標(biāo)到不超出每個(gè)坐標(biāo)值的0.01的范圍來限定。
主軸本體可包括主體部分、間隔環(huán)、渦輪供應(yīng)環(huán)和后蓋。該渦輪供應(yīng)環(huán)可部分限定噴嘴。該渦輪供應(yīng)環(huán)可部分限定氣體供應(yīng)腔室。該間隔環(huán)可用于使噴嘴和/或氣體供應(yīng)腔室的邊界完整。通過主體部分所具有的凹部可提供排氣收集腔室。通過間隔環(huán)可以提供排氣收集腔室的另一面?？梢酝ㄟ^在主體部分、間隔環(huán)、渦輪供應(yīng)環(huán)和后蓋中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)所設(shè)置的適宜的孔來提供排氣通道和氣體供應(yīng)通道。
可以在渦輪葉片和間隔環(huán)間限定葉頂間隙?？梢詫⒃撊~頂間隙最小化以減少泄漏并從而減少損耗。
在某些實(shí)施方案中，可以提供多個(gè)渦輪。可以背對背或者背對面地設(shè)置這些渦輪。
優(yōu)選地，該旋轉(zhuǎn)式噴霧器適合用作涂料噴射器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)式噴霧器，該噴霧器包括如上所述的驅(qū)動(dòng)主軸、錐形口構(gòu)件以及將物質(zhì)從貯存源供應(yīng)到該錐形口構(gòu)件的供應(yīng)裝置，其中該錐形口構(gòu)件可繞主軸線旋轉(zhuǎn)并且被設(shè)置大致朝向目標(biāo)噴射微粒流的圓錐形幕，從該供應(yīng)裝置可以產(chǎn)生該微粒。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)式涂料噴射器驅(qū)動(dòng)主軸，該驅(qū)動(dòng)主軸包括安裝有渦輪和本體的轉(zhuǎn)軸，該本體包括為了相對于本體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而向渦輪供氣的至少一個(gè)供應(yīng)通道。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)式涂料噴射器空氣軸承驅(qū)動(dòng)主軸，該驅(qū)動(dòng)主軸包括安裝有渦輪和本體的轉(zhuǎn)軸，該本體包括為了相對于本體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而向渦輪供氣的至少一個(gè)供應(yīng)通道。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子包括多個(gè)葉片，以及穿過渦輪的由相鄰葉片對限定的氣道，并且氣道被布置為使得至少一個(gè)氣道具有第一部分，該第一部分的橫截面積從第一端至第二端減少，該第一端比第二端更接近渦輪的入口。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子被設(shè)置用作反作用式渦輪。
旋轉(zhuǎn)式噴霧器(例如涂料噴射器)驅(qū)動(dòng)主軸有時(shí)安裝在機(jī)器人臂上。如果在轉(zhuǎn)軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)中改變驅(qū)動(dòng)主軸的方向，則該轉(zhuǎn)軸受到回轉(zhuǎn)力。該力相對于安裝在主軸本體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸的剛度而言是相當(dāng)高的。尤其是使用空氣軸承的情況，由于回轉(zhuǎn)效應(yīng)，施加在該轉(zhuǎn)軸上的力偶(轉(zhuǎn)動(dòng)力矩)可超過該軸承所能承受的力偶。當(dāng)轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)傾斜到使轉(zhuǎn)軸接觸軸承和/或主軸本體其它部件的材料的程度時(shí)，可導(dǎo)致軸的失效。該因素會(huì)實(shí)際地成為對可以多快地變化噴射頭(包括這種驅(qū)動(dòng)主軸)的方向以實(shí)施期望的噴射工作的限制因素。同理，如果給定需要的噴射頭的換向率時(shí)，它可限制轉(zhuǎn)軸在怎樣的速度下旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的研發(fā)中，設(shè)置該主軸的結(jié)構(gòu)以緩解該問題。
這些結(jié)構(gòu)至少在某些情況下可使該主軸具有允許高速驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)軸的改善的動(dòng)力特性。由于主軸內(nèi)增加的熱量會(huì)導(dǎo)致另一問題。在本發(fā)明的其它研發(fā)中，設(shè)置該主軸的結(jié)構(gòu)以緩解該問題。
該主軸本體可包括兩個(gè)彼此分開的徑向軸承。各徑向軸承可包括空氣軸承。
該渦輪可置于兩個(gè)彼此分開的徑向軸承之間。該轉(zhuǎn)軸可以安裝兩個(gè)置于該分開的徑向軸承之間的渦輪?？梢砸员硨Ρ车臉?gòu)造來布置該渦輪，以使得一個(gè)軸承面上的葉片遠(yuǎn)離另一軸承面上的葉片。
可以由兩個(gè)噴嘴向各個(gè)渦輪供應(yīng)驅(qū)動(dòng)氣體。可以存在四個(gè)噴嘴，兩個(gè)用于向第一渦輪供應(yīng)氣體，兩個(gè)用于向第二渦輪供應(yīng)氣體。該主軸本體可以包括第一氣體供應(yīng)通道，該第一氣體供應(yīng)通道用于向被布置為給第一渦輪供應(yīng)氣體的第一噴嘴以及向被布置為給第二渦輪供應(yīng)氣體的第一噴嘴供應(yīng)驅(qū)動(dòng)氣體。該主軸本體可以包括第二氣體供應(yīng)通道，該第二氣體供應(yīng)通道用于向被布置為給第一渦輪供應(yīng)氣體的第二噴嘴以及向被布置為給第二渦輪供應(yīng)氣體的第二噴嘴供應(yīng)驅(qū)動(dòng)氣體。該第一和/或第二氣體供應(yīng)通道可從主軸的外部連續(xù)地通向各自的噴嘴?？梢匀绱瞬贾茫徊贾脷怏w供應(yīng)腔室向噴嘴供應(yīng)氣體，替代地可以從氣體供應(yīng)通道直接向該噴嘴供氣。
可以將該排氣系統(tǒng)布置為使得逸出的排氣冷卻該主軸。當(dāng)有兩個(gè)間隔分開的徑向軸承時(shí)，可以將該排氣系統(tǒng)設(shè)置為使得逸出的排氣冷卻該兩個(gè)徑向軸承。
至少一個(gè)排氣通道的至少一個(gè)相應(yīng)部分可鄰近各徑向軸承通過。
該排氣系統(tǒng)可包括兩個(gè)排氣收集腔室。可以在第一徑向軸承的附近布置該第一收集腔室?？梢栽诘诙较蜉S承的附近布置該第二收集腔室。各收集腔室可以布置在接近對應(yīng)的一個(gè)徑向軸承端的區(qū)域內(nèi)。
該排氣系統(tǒng)可包括第一排氣收集通道，用于從第一渦輪的出口將排氣供應(yīng)到第一收集腔室。
該排氣系統(tǒng)可包括第二排氣收集通道，用于從第二渦輪的出口將排氣供應(yīng)到第二收集腔室。
可以有多個(gè)被布置為允許排氣從兩個(gè)收集腔室排出的共用排氣出口通道。
可將渦輪配置為使得離開一個(gè)渦輪的排氣通常在與離開另一個(gè)渦輪的排氣大致相反的方向上行進(jìn)。
可將該軸承剛性安裝到該主軸本體的其余部分。這區(qū)別于將軸承安裝在主軸本體內(nèi)的比如說柔軟的O形圈上以提供彈性安裝的裝配。
該主軸本體可包括如下所有部件或一個(gè)子集合第一主體部分、第一間隔環(huán)、至少一個(gè)渦輪供應(yīng)環(huán)、第二間隔環(huán)、第二主體部分以及端蓋部分。
該渦輪供應(yīng)環(huán)可至少部分限定噴嘴，該噴嘴被布置為向第一和第二渦輪供氣。相應(yīng)的間隔環(huán)可用作使噴嘴的邊界完整。可以由設(shè)置在第一主體部分的凹部來提供第一排氣收集腔室。可以由設(shè)置在第二主體部分內(nèi)的凹部來提供第二排氣收集腔室。可由相應(yīng)的間隔環(huán)提供收集腔室的另一面?？梢杂稍O(shè)置在第一主體部分、第二主體部分、第一間隔環(huán)、第二間隔環(huán)、渦輪供應(yīng)環(huán)和端蓋部分的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)的適宜的孔來提供排氣通道和氣體供應(yīng)通道。
該主軸可至少部分為鋁和含鉛炮銅。這可有助于確保從軸承表面到收集腔室的邊界的良好熱傳導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸，該驅(qū)動(dòng)主軸包括安裝有渦輪和本體的轉(zhuǎn)軸，該本體包括為了相對于本體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而向渦輪供氣的至少一個(gè)供應(yīng)通道，其中該本體包括兩個(gè)該轉(zhuǎn)軸軸頸支承在其內(nèi)的軸承，并且這兩個(gè)軸承彼此分開，渦輪置于二者之間；該本體還包括排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括兩個(gè)排氣收集腔室，在各個(gè)軸承附近布置相應(yīng)的一個(gè)排氣收集腔室。
現(xiàn)在僅通過實(shí)例的方式并參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中

圖1示意性地示出了涂料噴射器形式的旋轉(zhuǎn)式噴霧器；圖2示出了穿過圖1所示的旋轉(zhuǎn)式噴霧器的驅(qū)動(dòng)主軸的剖面圖；圖3A是圖2所示的驅(qū)動(dòng)主軸的主體部分的立體圖3B是圖3A所示的主體部分的平面圖；圖3C是圖3B所示的主體部分沿IIIC-IIIC線的剖面圖；圖4是圖2所示的驅(qū)動(dòng)主軸的間隔環(huán)的剖面圖；圖5是圖2所示的驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪供應(yīng)環(huán)和渦輪的平面圖；圖6是圖2所示驅(qū)動(dòng)主軸端蓋的立體圖；圖7是圖2所示的驅(qū)動(dòng)主軸的轉(zhuǎn)軸的剖面圖；圖8是有助于限定圖5所示的渦輪和渦輪供應(yīng)環(huán)的不同尺寸測量的示意圖；圖9A和9B更精確地圖解了圖5所示的渦輪供應(yīng)環(huán)的氣體供應(yīng)噴嘴的形狀；圖10更精確地示出了圖5所示的渦輪的葉片的形狀；圖11A和11B分別是一種替代的渦輪轉(zhuǎn)子的平面圖和立體圖；圖12示出了替代的旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸的端面視圖，該驅(qū)動(dòng)主軸可在圖1所示類型的旋轉(zhuǎn)式噴霧器中使用；圖13示出了圖12所示的驅(qū)動(dòng)主軸沿XIII-XIII線的剖面，該剖面示出了驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪驅(qū)動(dòng)空氣供給通道；圖14示出了圖12所示的驅(qū)動(dòng)主軸沿XIV-XIV線的剖面，該剖面示出了驅(qū)動(dòng)主軸的部分排氣系統(tǒng)；圖15示出了圖12所示的驅(qū)動(dòng)主軸的主要部件的分解視圖；圖16是圖12所示的驅(qū)動(dòng)主軸的前體部分的下側(cè)的三維視圖；圖17是圖12所示的驅(qū)動(dòng)主軸的后體部分的下側(cè)視圖；以及圖18示出了圖12所示的驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪供應(yīng)環(huán)。
圖1示意性地示出了涂料噴射器形式的旋轉(zhuǎn)式噴霧器，包括用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)涂料噴射錐形口2的驅(qū)動(dòng)主軸1。圖1中所示的涂料噴射器還包括用于從貯存器4向錐形 2供應(yīng)物質(zhì)的供應(yīng)裝置3，所述物質(zhì)即涂料，以便使該錐形口構(gòu)件可霧化該涂料并且將該涂料噴射向該涂料將涂敷的表面。對于諸如這樣的涂料噴射器常見的是，通過在軸1和待噴涂表面之間施加的高電壓所產(chǎn)生的靜電力使涂料向待噴涂的表面噴射。
這一水平的涂料噴射器的結(jié)構(gòu)和操作是常規(guī)的，并且該種涂料噴射器在本領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用且眾所周知。因此，由于在許多形式中清楚地表示了涂料噴射錐形口和供應(yīng)裝置3，并且這些形式為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，所以簡明起見將不再對涂料噴射錐形口和供應(yīng)裝置3進(jìn)行更多描述，而與本發(fā)明相關(guān)的是驅(qū)動(dòng)主軸1的特征。
參考圖2至10將更加詳細(xì)地描述驅(qū)動(dòng)主軸1。
圖2是穿過驅(qū)動(dòng)主軸1的剖面圖，示出了其主要部件。在最一般的水平，驅(qū)動(dòng)主軸1包括主軸本體101和轉(zhuǎn)軸102，該主軸本體101在正常使用中是靜止的，而軸頸支承的轉(zhuǎn)軸102用于在主軸本體101內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
主軸本體101本身包括若干部件。首先具有容納空氣軸承103a的主體部分103，轉(zhuǎn)軸102在該空氣軸承103a內(nèi)軸頸支承。間隔環(huán)104、渦輪供應(yīng)環(huán)105和后蓋106安裝至主體部分103。
圖3A、3B和3C中單獨(dú)并且更詳細(xì)地示出了主體部分103。圖4更詳細(xì)地示出了間隔環(huán)104，圖5更詳細(xì)地示出了渦輪供應(yīng)環(huán)105，圖6更詳細(xì)地示出了后蓋106。在圖7中單獨(dú)示出了轉(zhuǎn)軸102。
如圖2所示裝配轉(zhuǎn)軸102至驅(qū)動(dòng)主軸中時(shí)，該轉(zhuǎn)軸102安裝有渦輪107。圖5中還示出了渦輪107，在其相對于渦輪供應(yīng)環(huán)105的裝配關(guān)系中示出。
非常概括地說，驅(qū)動(dòng)主軸1依靠供應(yīng)到渦輪107的空氣運(yùn)轉(zhuǎn)，該渦輪107用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸102以驅(qū)動(dòng)該旋轉(zhuǎn)式噴霧器，更具體而言驅(qū)動(dòng)該涂料噴射器錐形口2。將渦輪用作旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力源本身當(dāng)然不是新穎的，但是本申請的驅(qū)動(dòng)主軸1包括多種特征，這些特征現(xiàn)在被認(rèn)為是新穎的并且具有有益效果。
渦輪107是徑流式渦輪，并且包括大致環(huán)形的轉(zhuǎn)子本體1071，該轉(zhuǎn)子本體1071上設(shè)有多個(gè)大致翼形的葉片1072。這些葉片1072自環(huán)形轉(zhuǎn)子本體1071的一個(gè)非彎曲表面突出。穿過渦輪107的氣道1073由相應(yīng)的相鄰葉片對限定。該渦輪被配置為反作用式渦輪而不是沖擊式渦輪。也就是說，至少某些動(dòng)力是通過逐漸抽取出流經(jīng)氣道1073的氣體的能量而獲得，而不是僅僅通過在葉片表面上噴射氣流的沖擊獲得。為了達(dá)到該效果，該葉片被細(xì)致構(gòu)型。
設(shè)置驅(qū)動(dòng)主軸以使得空氣從渦輪供應(yīng)環(huán)105在渦輪107外圓周處供應(yīng)到渦輪107中，并且從環(huán)形渦輪的內(nèi)圓周離開渦輪107。如圖5所示，各個(gè)氣道1073在渦輪入口側(cè)(即，外圓周)的寬度大于其穿過渦輪的氣道中點(diǎn)處的寬度。此外，氣道1073在渦輪出口側(cè)的寬度還大于氣道1073中點(diǎn)處的寬度，雖然該寬度不像氣道1073在入口處的寬度那樣大。
葉片1072的壁在如圖5所示的離開頁面的方向是基本筆直的。即該葉片在驅(qū)動(dòng)主軸1的軸向具有相同的橫截面。這使葉片1072的加工更加簡單，并且意味著通過在基本垂直于驅(qū)動(dòng)主軸1的軸線的平面內(nèi)的葉片形狀可以實(shí)現(xiàn)穿過渦輪107的氣道1073的橫截面積的所有變化。如上所述，葉片1072均具有翼型形狀。需要注意的是，該翼型形狀是不對稱的。這有助于實(shí)現(xiàn)氣道1073的預(yù)期驅(qū)動(dòng)效果以及預(yù)期形狀。
通過分別在后蓋106和渦輪供應(yīng)環(huán)105內(nèi)的孔1061和1051所產(chǎn)生的供氣通道向渦輪107供應(yīng)空氣。該通道通向氣體供應(yīng)腔室1052，該氣體供應(yīng)腔室1052又依次與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)噴嘴1053流體連通。沿基本垂直于驅(qū)動(dòng)主軸軸線的平面內(nèi)的路徑布置各噴嘴1053。各噴嘴1053橫切主軸的軸線。噴嘴1053所沿循的路徑是弓形的?？稍O(shè)想該噴嘴1053朝向主軸的軸線向內(nèi)盤旋。同樣，仔細(xì)構(gòu)形驅(qū)動(dòng)噴嘴1053和加工其尺寸以向渦輪107供應(yīng)空氣，通過該方式產(chǎn)生預(yù)期的驅(qū)動(dòng)特征。在本實(shí)施方案中，噴嘴1053仍然在基本垂直于驅(qū)動(dòng)主軸1的軸線的平面內(nèi)成形，同時(shí)噴嘴1053的側(cè)壁在平行于驅(qū)動(dòng)主軸1的軸線的方向上基本筆直。因此噴嘴1053在軸向方向上的橫截面積相同。噴嘴1053具有入口和出口，在入口處其與氣體供應(yīng)腔室1052相交會(huì)，在出口處其與渦輪供應(yīng)環(huán)105的內(nèi)側(cè)壁相交會(huì)并且向渦輪107供氣。在入口和出口之間是喉部，其是噴嘴1053最狹窄的部分。該喉部位于出口的一側(cè)，超過該喉部噴嘴1053的一側(cè)壁終止且噴嘴1053并入渦輪的周圍空間。如此成形各噴嘴1053以使得噴嘴1053在入口和喉部之間的寬度(和由此產(chǎn)生的橫截面積)單調(diào)遞減。由于噴嘴1053并入渦輪周圍的空間，穿過噴嘴1053的氣道的橫截面積實(shí)際上在通向出口的整個(gè)通道中持續(xù)單調(diào)遞減。配置各噴嘴1053的出口以同時(shí)向多個(gè)葉片1072/氣道1073供氣。在此情況在任意一個(gè)時(shí)間通過各噴嘴將氣體供應(yīng)到對應(yīng)的一組4個(gè)或5個(gè)葉片，且最有用的供應(yīng)是到達(dá)這些葉片1072中的兩個(gè)。
可以設(shè)想該噴嘴具有吸力面和壓力面。吸力面是使用中噴嘴中的氣體在其上具有最低壓力的面，而壓力面是噴嘴中氣體在其上具有最高壓力的面。對于本實(shí)施方案中所說明的噴嘴的形狀，該吸力面是噴嘴1053徑向最外側(cè)的表面。本噴嘴設(shè)計(jì)的另一特征是該徑向外表面具有連續(xù)的彎曲而不是具有任何直線部分。
寬度(橫截面積)的單調(diào)遞減和連續(xù)彎曲的這些特征對實(shí)現(xiàn)最有效的渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)是重要的。
通過考慮圖2，可以看到環(huán)形渦輪107被布置為使得葉片1072遠(yuǎn)離后蓋106。圖2中可見葉片1072的部分的縱剖視圖。這些在縱剖視圖中可見的部分是在環(huán)形渦輪轉(zhuǎn)子107的內(nèi)圓周上的部分。
如上所述，在工作中，氣體，即通常為空氣，以基本徑向向內(nèi)的方向穿過渦輪107，因此必須從該中心區(qū)域排出排氣。由在間隔環(huán)104、渦輪供應(yīng)環(huán)105和后蓋106中的相應(yīng)的排氣孔1041、1054和1062來提供為此目的的排氣通道。通過在驅(qū)動(dòng)主軸1的主體部分103內(nèi)加工成的凹部來提供排氣收集腔室1031。從圖3B中可以最清楚地理解排氣收集腔室1031的范圍。在此可見，覆蓋主體部分103的幾乎全部可用端面的區(qū)域已經(jīng)被銑去以形成腔室1031。該區(qū)域僅有的例外是一系列支柱1032和臺(tái)肩(land)1033，該支柱1032從收集腔室的基面向上突出并用于安裝固定件，該臺(tái)肩1033包括到空氣軸承103a的空氣供應(yīng)通道。
設(shè)置該排氣收集腔室1031使得自渦輪的空氣排空在必須改變方向以經(jīng)由后蓋106離開驅(qū)動(dòng)主軸1之前減慢。此外，該大腔室使得能夠充分使用所設(shè)置的排氣出口。所有來自渦輪的排出氣體(在實(shí)際的范圍內(nèi))被導(dǎo)向此排氣收集腔室1031，并且所有的排氣出口通道都連接到此共用收集腔室1031。
再參照圖5，可以注意到，提供了相應(yīng)的部分排氣出口通道的孔1054中的兩個(gè)被布置在氣體供應(yīng)腔室1052的徑向內(nèi)側(cè)。在該位置布置這些孔有助于最大化主軸外的可用排氣通道，但是引起了對于氣體供應(yīng)腔室1052所占用空間的限制。為了克服這一點(diǎn)，在本實(shí)施方案中，氣體供應(yīng)腔室1052的軸向深度大于噴嘴1053的軸向深度。這確保氣體供應(yīng)腔室1052具有經(jīng)由噴嘴1053向渦輪供應(yīng)氣體所需的容積。不同應(yīng)用所需的氣體供應(yīng)腔室1052的精確容積將基于包括工作溫度的若干因素改變，通過改變氣體供應(yīng)腔室1052軸向的深度可將該情況考慮進(jìn)來。這產(chǎn)生了一種特別有效的方法來改變渦輪供應(yīng)環(huán)105的構(gòu)造。
可以注意到，在渦輪供應(yīng)環(huán)105內(nèi)具有另一氣體供應(yīng)噴嘴1055。該供應(yīng)噴嘴1055以相反的圓周方向向兩個(gè)驅(qū)動(dòng)噴嘴1053供應(yīng)氣體并且用于制動(dòng)，即降低渦輪轉(zhuǎn)速及由此降低轉(zhuǎn)軸102的轉(zhuǎn)速。
如上所述，定位該渦輪107以使得葉片1072遠(yuǎn)離后蓋106。這意味著渦輪轉(zhuǎn)子本體1071的后部面向后蓋105，并且其可以是供速度傳感系統(tǒng)使用的有用面。具體而言，可將光、磁或其它類型的指示器施用到渦輪轉(zhuǎn)子本體1071的后面，以使得這些指示器可由適當(dāng)?shù)膫鞲衅?未示出)監(jiān)測以測量出轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。如果該功能是不需要的或者可以采用不同的方法獲得，那么可以以相反方式安裝該渦輪107，即葉片1072朝向后蓋106。如果這樣做，則可簡化排氣裝置。
在其它替代的方案中，可以配備多于一個(gè)的渦輪107來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸102。如果布置一個(gè)以上的渦輪107，可以背對背地布置這些渦輪并且其葉片1072彼此遠(yuǎn)離，或者正面對背面地布置這些渦輪以使得一個(gè)渦輪的葉片1072朝向另一個(gè)渦輪的背面。
現(xiàn)在將參考圖8至10給出渦輪107和渦輪供應(yīng)環(huán)105的更詳細(xì)的幾何結(jié)構(gòu)。
圖8示意性地示出了渦輪107的一個(gè)渦輪葉片1072和渦輪供應(yīng)環(huán)105周圍的結(jié)構(gòu)，以及間隔環(huán)104。圖8中還示出了有助于描述主軸1中渦輪107的設(shè)置的各種參數(shù)。R1是噴嘴1053的最外點(diǎn)相對轉(zhuǎn)軸102的旋轉(zhuǎn)中心的半徑。R2是噴嘴1053的內(nèi)徑。R3是葉片1072的外徑。R4是葉片1072的內(nèi)徑。在各種情況下，這些半徑均相對于轉(zhuǎn)軸102的旋轉(zhuǎn)中心開始。h是噴嘴高，即噴嘴1053在主軸1的軸向上的深度；tc是葉頂間隙，該葉頂間隙是葉片1072的自由平直表面和間隔環(huán)104的端面之間的距離。
在由申請者生產(chǎn)的主軸的實(shí)施例中，R1＝36mm，R2＝27.69mm，R3＝27.5mm或比其稍小，R4＝22mm，h＝2mm以及tc＝0.2mm。
所有這些尺寸可影響渦輪的性能，并且如果要實(shí)現(xiàn)良好的效率，葉頂間隙是特別重要的，否則將存在旁路該葉片的單一泄漏路徑。
圖9A示出了由申請者生產(chǎn)的一個(gè)實(shí)例設(shè)備中的噴嘴1053的徑向外表面(即吸力面ss)和噴嘴1053的徑向內(nèi)表面(即壓力面ps)的坐標(biāo)點(diǎn)。此外，下面的表1給出了在圖9A中的圖表中所標(biāo)出的ps和ss的坐標(biāo)點(diǎn)的值。轉(zhuǎn)軸102的旋轉(zhuǎn)軸總是在此坐標(biāo)系的原點(diǎn)(0，0)。
x y x yps 27.22375 13.60839 ss -20.2578 18.7499728.42584 14.70127-20.0505 19.0055925.57888 15.78488-19.7601 19.329624.8783 18.84932-19.4445 19.7174123.73284 17.88533-19.0413 20.1834522.74454 18.88424-18.5888 20.6613121.71885 19.83822-18.0243 21.2037520.86158 20.74042-17.4069 21.7828519.58067 21.58514-16.7154 22.3901318.48418 22.36785-15.9494 23.0186117.38094 23.08536-15.1094 23.65318.28025 23.73574-14.1968 24.2898915.19165 24.31842-13.2139 24.9179214.12488 24.83403-12.1842 25.52812.08877 25.28439-11.0522 26.1115112.09302 25.67237-9.8834 26.6804811.14808 26.00178-8.66348 27.1677610.25593 26.2771 -7.40251 27.62739.429989 26.50338-6.10595 28.034188.67485 26.68597-4.78345 28.38487.998384 28.83036-3.44414 28.676947.399601 26.94209-2.0974 28.90986.888841 27.02843-0.7528 29.084058.467605 27.088180.581077 29.201756.138888 27.131531.894797 29.288275.904184 27.159833.180275 29.282225.785511 27.175574.429882 29.255235.698249 27.177115.635743 29.191785.63442 27.188346.794884 29.099055.587222 27.1446 7.899165 28.984895.580075 27.114528.945278 28.858589.92825 28.722510.84921 28.59003旋轉(zhuǎn)軸在0，011.70138 28.488112.48359 28.3567413.19297 28.2668813.82587 28.1989314.37743 28.1541814.84201 28.130515.2127 28.1233115.4832 28.1259816.08814 28.1825216.60542 28.3262517.08991 28.55258表1在申請者所制造的實(shí)例主軸的情況中，設(shè)備的尺寸是一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)等于一毫米，不過當(dāng)然可以通過按比例地使坐標(biāo)增大或減小來改變設(shè)備的實(shí)際尺寸并保留設(shè)備的形狀。圖9B示出了壓力面ps的一個(gè)替代端。
圖10是示出了申請者所制造的實(shí)例渦輪的一個(gè)葉片1072的形狀的坐標(biāo)圖。轉(zhuǎn)軸102的旋轉(zhuǎn)軸同樣是在原點(diǎn)(0，0)。此外，下面的表2示出了如圖10所標(biāo)出的葉片的壓力面(ps)和吸力面(ss)的坐標(biāo)點(diǎn)。同樣，在申請者所制造的設(shè)備中，一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)代表一毫米，并且同樣可以根據(jù)需要按比例地增大或減小。
xy x yps 5.127442 27.01776ss 5.127442 27.017764.699552 26.98234 3.997104 26.971314.28412 26.88286 3.035171 26.862833.891262 26.72292.221799 26.711363.530062 26.50776 1.538156 26.530863.208271 26.24412 0.966921 26.331412.932106 25.93971 0.492568 26.120192.706147 25.60290.101503 25.902222.533338 25.24235 -0.217884 25.680982.415067 24.86665 -0.475218 25.458822.351315 24.4841-0.878182 25.237372.340845 24.10243 -0.832568 25.017692.381423 23.72866 -0.942341 24.800542.470036 23.35906 -1.009709 24.586422.6031 23.02907 -1.03519 24.375682.776643 22.71334 -1.017682 24.168522.986464 22.4258-0.954527 23.9653.228244 22.16968 -0.841578 23.764923.497634 21.94766 -0.673263 23.567753.790302 21.76191 -0.442652 23.372454.101953 21.61421 -0.141533 23.177190.080698 23.056930.334965 22.93471旋轉(zhuǎn)軸在0，00.623733 22.809340.949586 22.679321.315222.54281.723313 22.397492.176687 22.24062.678057 22.068743.230069 21.877883.835191 21.68313表2雖然具有由表1和2給出的坐標(biāo)確定的尺寸和形狀的噴嘴1053和葉片1072具有特定的良好結(jié)果，但當(dāng)然可以理解的是，即使在其部分或全部坐標(biāo)中存在微小變化，可以制造具有相似效果的設(shè)備。
圖11A和11B示出了渦輪轉(zhuǎn)子的替代形式。同樣，在環(huán)形轉(zhuǎn)子本體171上具有翼形葉片172。但是，在該渦輪107中，穿過各葉片1072沿大體軸向方向鉆出孔1074，并且在轉(zhuǎn)子本體1071的外圓周表面加工出寬槽1075。在各情況下，這么做以建立外緣，如果空氣穿過該渦輪從預(yù)期路徑漏出，空氣可以經(jīng)過該外緣逸散。因此如果空氣通過該葉片1072的自由平直表面泄漏，其必須通過相應(yīng)孔1074的邊緣，并且如果空氣將通過渦輪的外圓周表面泄漏而不從葉片間通過，其必須通過槽1075。
一般來說，在渦輪的非工作表面設(shè)置類似這樣的表面特征有助于減少損耗，因?yàn)橐脒吘壓瓦吔缭黾恿藲饬鞯淖枇Γ@些特征趨于阻止空氣的泄漏。
在本替代方案中，這兩種方法也具有減少渦輪107重量和減少渦輪107極慣性矩的效果。當(dāng)將渦輪107加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這兩個(gè)因素可以幫助減少不期望的動(dòng)態(tài)影響，諸如回轉(zhuǎn)反作用，并幫助改善加速時(shí)間。
為達(dá)到類似的效果可以添加其它的表面特征。例如，可以在葉片1072的平直自由表面上鉆盲孔，而不是貫穿全部渦輪107鉆出軸向孔。
雖然在本實(shí)施方案中該驅(qū)動(dòng)主軸包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)噴嘴，但可以使用不同數(shù)目的驅(qū)動(dòng)噴嘴以產(chǎn)生預(yù)望功率輸出和其它特性。此外，可以在渦輪上設(shè)置不同數(shù)目的葉片，并且可以改變大致軸向方向上的葉片高度以提供不同的功率。此外，可改變噴嘴1053在大致軸向上的深度以及它們寬度來控制功率。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在與不具有上述形狀及尺寸的噴嘴和渦輪的替代設(shè)備的相同速度下，根據(jù)上述說明而制造的實(shí)際設(shè)備已經(jīng)使得驅(qū)動(dòng)氣流減少30％，并且使得驅(qū)動(dòng)該渦輪所需的氣壓類似降低。
下面參考圖12至18所描述的是一個(gè)替代旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸1，該驅(qū)動(dòng)主軸1可替代上述的驅(qū)動(dòng)主軸在圖1所示類型的旋轉(zhuǎn)式噴霧器中使用。
在圖12至18所示的替代驅(qū)動(dòng)主軸中的許多部件與上述的驅(qū)動(dòng)主軸中的部件相同或相似。因此，清楚起見，使用相同的標(biāo)記數(shù)字來表示圖12至18所示的替代驅(qū)動(dòng)主軸中的對應(yīng)的部件，并且簡明起見省略對圖12至18所示的驅(qū)動(dòng)主軸的某些部件的詳細(xì)描述。
也許從圖15中最容易看出，該替代的驅(qū)動(dòng)主軸包括轉(zhuǎn)軸102，在此情況下在其上安裝有兩個(gè)渦輪107。該渦輪107以背對背的布局安裝，以使得一個(gè)渦輪的葉片1072遠(yuǎn)離另一個(gè)渦輪的葉片1072。
除了轉(zhuǎn)軸102上安裝有兩個(gè)背對背的渦輪107的事實(shí)之外，各渦輪107與上文結(jié)合圖1至圖10所描述的渦輪107或在圖11A和11B中示出的替代的變體基本相同。因此，省略了本驅(qū)動(dòng)主軸中的渦輪107的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸的詳細(xì)描述。
本驅(qū)動(dòng)主軸還包括前體部分103，該前體部分完全直接對應(yīng)于上文結(jié)合圖1至11B所描述的驅(qū)動(dòng)主軸的主體部分103。但是，本驅(qū)動(dòng)主軸還包括后體部分103′，該后體部分至少在某種意義上類似于該前體部分103。
本驅(qū)動(dòng)主軸包括渦輪供應(yīng)環(huán)105，該渦輪供應(yīng)環(huán)類似上文結(jié)合圖1至11B所描述的驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪供應(yīng)環(huán)。但是，因?yàn)楸掘?qū)動(dòng)主軸內(nèi)存在兩個(gè)渦輪107，本驅(qū)動(dòng)主軸內(nèi)的該渦輪供應(yīng)環(huán)105被布置為向兩個(gè)渦輪107供氣。在本驅(qū)動(dòng)主軸內(nèi)，存在兩個(gè)間隔環(huán)104，該間隔環(huán)位于該渦輪供應(yīng)環(huán)105的兩側(cè)。這兩個(gè)間隔環(huán)104彼此相似，并且類似于上文結(jié)合圖1至11B所描述的驅(qū)動(dòng)主軸內(nèi)的間隔環(huán)104。
本驅(qū)動(dòng)主軸還包括后蓋106，該后蓋類似于上文結(jié)合圖1至11B所描述的驅(qū)動(dòng)主軸的后蓋。在該具體實(shí)施方案中，在該主軸內(nèi)還設(shè)置了供軸速監(jiān)測系統(tǒng)使用的速度環(huán)108。
圖13和14中示出了裝配狀態(tài)下的該主軸，轉(zhuǎn)軸軸頸支承在兩個(gè)徑向空氣軸承103a(在前體部分103內(nèi))、103′a(在后體部分103′內(nèi))內(nèi)。該空氣軸承103a、103′a彼此分開。該雙渦輪107放置在分開的空氣軸承103a、103′a之間的適當(dāng)位置。此外，該分開的空氣軸承103a、103′a在主軸的總尺寸之內(nèi)盡實(shí)際所能地遠(yuǎn)離。這有助提供“剛性”主軸，在該主軸中轉(zhuǎn)軸102能夠承受作用在其上的相對高的轉(zhuǎn)矩。
在該裝配狀態(tài)下，通過間隔環(huán)104將該雙渦輪107鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢茫允沟迷撾p渦輪107與該渦輪供應(yīng)環(huán)105對準(zhǔn)。一個(gè)間隔環(huán)104的一側(cè)是前體部分103而另一間隔環(huán)104的相反側(cè)是后體部分103′。在后體部分103′的與朝向相應(yīng)的間隔環(huán)104的一側(cè)相反的一側(cè)是后蓋部分106。
在本驅(qū)動(dòng)主軸中，在主軸4本體內(nèi)設(shè)有兩個(gè)給該渦輪107供氣的渦輪供氣通道F。在圖13中可見其中一個(gè)渦輪供氣通道F，而在圖12中可見兩個(gè)渦輪供氣通道F的入口。這些供氣通道F由分別在后蓋106、后體部分103′和渦輪供應(yīng)環(huán)105內(nèi)的適當(dāng)?shù)目?061、1034′和1051限定。
類似的，在主軸本體內(nèi)提供多個(gè)，在此情況下是四個(gè)(在此實(shí)施方案中是四個(gè))渦輪排氣通道E。在圖14中可見其中一個(gè)排氣通道E，而在圖12中可見這四個(gè)通道E的出口。
同樣，這些排氣通道E由分別在后蓋106、后體部分103′、間隔環(huán)104和渦輪供應(yīng)環(huán)105內(nèi)的適當(dāng)?shù)目?062、1035′、1041和1054限定。
在圖16中可以最清楚地看出，該前體部分103包括排氣收集腔室1031，該排氣收集腔室似于上文結(jié)合圖1至11B所描述的驅(qū)動(dòng)主軸的主體部分103的排氣收集腔室。但是，如圖17中可見，在本驅(qū)動(dòng)主軸中，后體部分103′也包括排氣收集腔室1031′。與前體部分103的排氣收集腔室1031的情況相似，通過將后體部分103′內(nèi)的大多數(shù)材料銑去來形成后體部分103′的排氣收集腔室1031′。
排氣收集腔室1031和1031′執(zhí)行類似的功能，其功能是當(dāng)排氣(一般為空氣)離開各自的渦輪107時(shí)，它們接收排氣。實(shí)際上，在前體部分103內(nèi)的排氣收集腔室1031接收來自最靠近前體部分103的渦輪107的排氣，類似的，在后體部分103′內(nèi)的排氣收集腔室1031′接收來自最靠近后體部分103′的渦輪107的排氣。但是，在后體部分103′的排氣收集腔室1031′中，來自兩個(gè)渦輪107的排氣在經(jīng)由任意一個(gè)排氣通道E離開之前也能夠互相混合。
設(shè)置這些排氣收集腔室1031和1031′不僅有助于提高主軸的總體效率(通過使渦輪107上的任何節(jié)流效應(yīng)最小化)，還有助于為空氣軸承103a和103a′的材料提供冷卻作用。正如例如在圖14、16和17中所見，該軸承103a和103a′分別在排氣收集腔室1031和1031′附近。在被布置為隨高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸中，由于這樣的高速旋轉(zhuǎn)足以加熱軸承，所以冷卻功能是特別重要的。此外，由于在本驅(qū)動(dòng)主軸中所使用的渦輪的高效性，當(dāng)渦輪驅(qū)動(dòng)氣體離開渦輪107時(shí)，該渦輪驅(qū)動(dòng)氣體會(huì)明顯膨脹并因此顯著冷卻。在某些實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)在室溫下輸送該渦輪供氣時(shí)，該氣體可冷卻至接近零攝氏度。因此，在空氣軸承103a和103a′附近的排氣流通能夠具有顯著的冷卻效果。
為了提高冷卻效果，主軸或至少在排氣收集腔室1031和1031′附近的主軸部分可以由鋁和含鉛炮銅制成，以確保從軸承表面到排氣收集腔室1031和1031′內(nèi)的容積的良好熱傳導(dǎo)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，空氣軸承103a和103a′剛性安裝在主軸的其余部分內(nèi)，即在前體部分103a和后體部分103a′中。也就是說，該裝配不是一個(gè)將空氣軸承安裝在比方說軟的O形環(huán)內(nèi)來提供彈性安裝的裝配。
需要注意的是，由于渦輪107和周圍結(jié)構(gòu)的方向，離開其中一個(gè)渦輪107的排氣沿與離開另一個(gè)渦輪107的排氣的方向基本相反的方向行進(jìn)。因此，離開最靠近前體部分103的渦輪107的氣體必須在前體部分103的收集腔室1031附近轉(zhuǎn)向。另一方面，離開最靠近后體部分103′的渦輪107的氣體可以無需進(jìn)行這種方向改變而離開主軸。
圖18更詳細(xì)地示出了本驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪供應(yīng)環(huán)105。該供應(yīng)環(huán)105限定四個(gè)驅(qū)動(dòng)噴嘴1053，每一驅(qū)動(dòng)噴嘴具有類似于上文結(jié)合圖1至11B所描述的驅(qū)動(dòng)主軸的供應(yīng)環(huán)105內(nèi)的任何一個(gè)驅(qū)動(dòng)噴嘴1053的設(shè)計(jì)。其中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)噴嘴1053被配置為向一個(gè)渦輪107供應(yīng)氣體，而另外兩個(gè)驅(qū)動(dòng)噴嘴1053被配置為向另一個(gè)渦輪107供應(yīng)氣體。因此，可以設(shè)想成對地配置驅(qū)動(dòng)噴嘴1053以向相應(yīng)渦輪的正好相反部分供應(yīng)驅(qū)動(dòng)氣體。在渦輪供應(yīng)環(huán)105的一個(gè)表面加工出向一個(gè)渦輪107供應(yīng)氣體的噴嘴，而在渦輪供應(yīng)環(huán)105的相反表面加工出向另一個(gè)渦輪107供應(yīng)氣體的噴嘴1053。
在本實(shí)施方案中，將渦輪供應(yīng)通道F配置為直接向噴嘴1053提供驅(qū)動(dòng)氣體，因而在該驅(qū)動(dòng)主軸內(nèi)不存在上文結(jié)合圖1至11B所描述的主軸內(nèi)所具有的類型的氣體供應(yīng)腔室。曾經(jīng)認(rèn)為的是，設(shè)置該種氣體供應(yīng)腔室1052對于提供平穩(wěn)的渦輪供氣是重要的，例如當(dāng)允許所施加的氣體的壓力波動(dòng)時(shí)。但是，已意外地發(fā)現(xiàn)該氣體供應(yīng)腔室可以省去，而仍可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)。這也許是因?yàn)樵跍u輪供氣通道F自身內(nèi)似乎有足夠量的氣體來提供所需阻尼效應(yīng)。去除對氣體供應(yīng)腔室的需要(至少在某些實(shí)施方案中)產(chǎn)生了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，該優(yōu)點(diǎn)在于，這樣在主軸本體內(nèi)會(huì)有更多用于提供排氣出口的可用空間。因此，相比于上文結(jié)合圖1至11B所描述的驅(qū)動(dòng)主軸內(nèi)所設(shè)置的兩個(gè)排氣出口，在本驅(qū)動(dòng)主軸內(nèi)設(shè)置了四個(gè)排氣出口。
需要注意的是，一個(gè)渦輪供氣通道F向兩個(gè)圓周對準(zhǔn)的噴嘴1053提供驅(qū)動(dòng)氣體，而另一個(gè)渦輪供氣通道F向另一對圓周對準(zhǔn)的噴嘴1053提供驅(qū)動(dòng)氣體。因此，每個(gè)通道F提供氣體來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)渦輪107。
在裝配這一用于旋轉(zhuǎn)式噴霧器(特別是涂料噴射器)的驅(qū)動(dòng)主軸時(shí)，使用柔性供應(yīng)管的兩路分離的空氣供應(yīng)將被連接至供氣通道F的入口。
如上文在說明書開始部分中所描述的，在例如包括該主軸的噴射頭部快速運(yùn)動(dòng)的情況下可產(chǎn)生大的回轉(zhuǎn)力時(shí)，提供其中轉(zhuǎn)軸102相對主軸的其余部分相對剛性安裝的主軸是有利的，其中該回轉(zhuǎn)力在該轉(zhuǎn)軸上施加較大的轉(zhuǎn)矩。如果該主軸，即軸承裝置沒有硬到足以抵抗轉(zhuǎn)軸102相對于該軸承傾斜到與該軸承的材料發(fā)生接觸的程度，這種回轉(zhuǎn)力可導(dǎo)致失效。
權(quán)利要求
1.一種用作旋轉(zhuǎn)式噴霧器一部分的旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸，該驅(qū)動(dòng)主軸包括安裝有渦輪和本體的轉(zhuǎn)軸，該本體包括為了相對于本體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而向渦輪供氣的至少一個(gè)供應(yīng)通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述渦輪包括轉(zhuǎn)子本體部分和多個(gè)葉片，該轉(zhuǎn)子本體部分為碟形和環(huán)形中的一種，該多個(gè)葉片從轉(zhuǎn)子本體部分的一個(gè)大致平坦面伸出，該轉(zhuǎn)子本體部分具有由相鄰葉片對限定的大致徑向的穿過渦輪的氣道；以及其中所述至少一個(gè)供應(yīng)通道包括噴嘴部分，在使用中氣體從該噴嘴部分離開主軸本體到渦輪，該噴嘴包括出口，并且穿過該噴嘴部分的氣道的橫截面積從噴嘴的入口到出口單調(diào)遞減。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述至少一個(gè)供應(yīng)通道包括噴嘴部分，在使用中氣體從該噴嘴部分離開主軸本體到渦輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述噴嘴部分包括喉部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述穿過噴嘴部分的氣道的橫截面積朝向所述喉部單調(diào)遞減。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述穿過噴嘴部分的氣道的橫截面積從所述噴嘴的入口朝向所述喉部單調(diào)遞。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中穿過噴嘴的氣道，部分由吸力面限定，部分由壓力面限定，所述吸力面具有連續(xù)彎曲。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中通過所述噴嘴通道在一個(gè)尺寸上減少且在另一尺寸上保持基本不變而實(shí)現(xiàn)噴嘴橫截面積的減少。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述噴嘴沿著垂直于所述驅(qū)動(dòng)主軸的主軸線的平面中的弓形路徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述噴嘴的出口被設(shè)置為同時(shí)向穿過渦輪的多個(gè)氣道供氣。
11.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述渦輪是反作用式渦輪。
12.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述渦輪包括多個(gè)葉片，該葉片具有穿過渦輪的由相鄰葉片對限定的氣道。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中設(shè)置所述渦輪以使得至少一條氣道具有第一部分，該第一部分的橫截面積從第一端至第二端減少，該第一端比第二端更接近渦輪的入口。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中設(shè)置所述渦輪以使得至少一條氣道具有第二部分，該第二部分的橫截面積從第一端至第二端增加，該第一端比第二端更接近渦輪的入口。
15.根據(jù)從屬于權(quán)利要求13的權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述的第二部分從入口至渦輪比第一部分更遠(yuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中面向各自相鄰葉片的葉片表面在一個(gè)方向上彎曲但在另一個(gè)方向基本平直。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述葉片從大致碟形或者環(huán)形的轉(zhuǎn)子本體部分的一個(gè)大致平坦的面伸出，并且所述葉片端面在大致徑向上是彎曲的且在大致軸向上是基本平直的。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述渦輪葉片具有翼形。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述渦輪葉片具有不對稱形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求12至19任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中設(shè)置所述渦輪葉片及定其尺寸以在各種各樣的不同操作條件下保持層流。
21.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述渦輪包括至少一個(gè)用于減少損耗的表面特征，諸如凹部、孔或槽。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中在所述渦輪的非工作表面上設(shè)置所述表面特征。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中各所述葉片設(shè)有大致軸向的孔或大致軸向延伸的盲凹部。
24.根據(jù)權(quán)利要求21、22或23所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述渦輪的外彎曲表面設(shè)有圓周槽。
25.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述主軸本體包括排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于傳送氣體遠(yuǎn)離該渦輪出口的排氣通道。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述排氣系統(tǒng)包括在渦輪出口和排氣系統(tǒng)的出口之間的排氣收集腔室部分通道。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述排氣系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于從渦輪的出口向排氣收集腔室供應(yīng)排氣的排氣收集通道，以及多個(gè)用于從該收集腔室排出排氣到外部的排氣出口通道。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中在必須改變排氣排出方向的位置設(shè)置所述排氣收集腔室。
29.根據(jù)權(quán)利要求25至28任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中設(shè)計(jì)所述排氣系統(tǒng)以抑制或者防止紊流和/或背壓力以使該渦輪上的壓降最大化。
30.根據(jù)權(quán)利要求25至29任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中將所述排氣系統(tǒng)布置為使得逸出的排氣冷卻所述主軸。
31.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述主軸本體包括兩個(gè)彼此分開的徑向軸承。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述渦輪置于所述分開的徑向軸承之間。
33.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述轉(zhuǎn)軸安裝有兩個(gè)渦輪。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述轉(zhuǎn)軸安裝兩個(gè)置于所述分開的徑向軸承之間的渦輪。
35.根據(jù)從屬于權(quán)利要求30的權(quán)利要求31、32和34中任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中將所述排氣系統(tǒng)設(shè)置為使得逸出的排氣冷卻所述兩個(gè)徑向軸承。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中至少一個(gè)排氣通道的至少一個(gè)相應(yīng)部分鄰近各徑向軸承通過。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述排氣系統(tǒng)包括兩個(gè)排氣收集腔室。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中在第一徑向軸承附近布置第一收集腔室，并且在第二徑向軸承附近布置第二收集腔室。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中存在兩個(gè)渦輪，所述排氣系統(tǒng)包括用于從第一渦輪的出口將排氣供應(yīng)到第一收集腔室的第一排氣收集通道和用于從第二渦輪的出口將排氣供應(yīng)到第二收集腔室的第二排氣收集通道。
40.根據(jù)從屬于權(quán)利要求31的前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中可將所述軸承剛性安裝到所述主軸本體的其余部分。
41.根據(jù)從屬于權(quán)利要求2或3的前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述噴嘴或各個(gè)噴嘴的形狀基本是由表1中給出的坐標(biāo)限定的形狀。
42.根據(jù)從屬于權(quán)利要求2或3的前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述噴嘴或各個(gè)噴嘴的形狀是由表1中給出的坐標(biāo)到不超過每個(gè)坐標(biāo)值的0.01的范圍內(nèi)所限定的形狀。
43.根據(jù)從屬于權(quán)利要求2或12的前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述葉片或各葉片的形狀基本是由表2中給出的坐標(biāo)限定的形狀。
44.根據(jù)從屬于權(quán)利要求2或12的前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)主軸，其中所述葉片或各葉片的形狀是由表2中給出的坐標(biāo)到不超過每個(gè)坐標(biāo)值的0.01的范圍內(nèi)所限定的形狀。
45.一種旋轉(zhuǎn)式噴霧器，所述噴霧器包括根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的的驅(qū)動(dòng)主軸、錐形口構(gòu)件以及將物質(zhì)從貯存源供應(yīng)到該錐形口構(gòu)件的供應(yīng)裝置，其中該錐形口構(gòu)件可繞主軸線旋轉(zhuǎn)并且被設(shè)置為大致朝向目標(biāo)噴射微粒流的圓錐形幕，從該供應(yīng)裝置可以產(chǎn)生該微粒。
46.一種用于旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸的渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子包括多個(gè)葉片，以及穿過所述渦輪的由相鄰葉片對限定的氣道，并且所述氣道被布置為使得至少一個(gè)氣道具有第一部分，該第一部分的橫截面積從第一端至第二端減少，該第一端比第二端更接近渦輪的入口。
47.一種旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸，該驅(qū)動(dòng)主軸包括安裝有渦輪和本體的轉(zhuǎn)軸，該本體包括為了相對于本體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而向所述渦輪供氣的至少一個(gè)供應(yīng)通道，其中該本體包括兩個(gè)該轉(zhuǎn)軸軸頸支承在其內(nèi)的軸承，并且這兩個(gè)軸承彼此分開，渦輪置于二者之間，該本體還包括排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括兩個(gè)排氣收集腔室，在各個(gè)軸承附近布置相應(yīng)的一個(gè)排氣收集腔室。
48.一種用作旋轉(zhuǎn)式噴霧器一部分的旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸，該驅(qū)動(dòng)主軸包括安裝有渦輪和本體的轉(zhuǎn)軸，該本體包括為了相對于本體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而向渦輪供氣的至少一個(gè)供應(yīng)通道，其中該渦輪包括轉(zhuǎn)子本體部分和多個(gè)葉片，該轉(zhuǎn)子本體部分為碟形和環(huán)形中的一種，該多個(gè)葉片從轉(zhuǎn)子本體部分的一個(gè)大致平坦的面伸出，該轉(zhuǎn)子本體部分具有由相鄰葉片對限定的大致徑向的穿過渦輪的氣道；并且其中所述至少一個(gè)供應(yīng)通道包括噴嘴部分，在使用中氣體從該噴嘴部分離開主軸本體到渦輪，該噴嘴包括出口，并且穿過該噴嘴部分的氣道的橫截面積從噴嘴的入口到出口單調(diào)遞減。
全文摘要
一種用作旋轉(zhuǎn)式噴霧器一部分的旋轉(zhuǎn)式噴霧器驅(qū)動(dòng)主軸，該驅(qū)動(dòng)主軸包括安裝有渦輪(107)和本體的轉(zhuǎn)軸(102)，該本體包括為了相對于本體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸而向渦輪供氣的至少一個(gè)供應(yīng)通道(1061、1051、1052、1053)。該渦輪包括環(huán)形的轉(zhuǎn)子本體部分(1071)和多個(gè)葉片(1072)，該多個(gè)葉片從轉(zhuǎn)子本體部分的大致平坦的面中的一個(gè)面伸出。由相鄰葉片(1072)對限定穿過渦輪(107)的大致軸向的氣體通道。該至少一個(gè)供應(yīng)通道包括噴嘴部分(1053)，在使用中氣體從該噴嘴部分離開主軸本體到渦輪。各噴嘴(1053)包括出口，并且穿過該噴嘴部分的氣道的橫截面積從噴嘴的入口到出口單調(diào)遞減。也可以設(shè)置兩個(gè)渦輪(107)并且可以使用排出空氣來冷卻。
文檔編號(hào)B05B3/02GK101084069SQ200580037606
公開日2007年12月5日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月3日
發(fā)明者N·E·布雷特, G·考克斯, C·魯濱遜 申請人:Gsi集團(tuán)有限公司