專利名稱：混合式章動泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及泵，尤其涉及章動泵。
背景技術：
具有以圓形搖擺或擺動的運動方式使活塞往復運動從而引致泵送作
用的章動部件的章動泵是公知的。例如，第5,007,385號美國專利公開了 這樣一種裝置，它在擺動部件和罩殼之間采用了球形軸承或可選地使用 十字形(cross-type)萬向接頭。擺動部件由驅動軸偏心地驅動并具有臂， 該臂借助球窩接頭(balljoint)或其它樞軸接頭接合到做線性往復運動的 活塞。
這類裝置通常具有許多滑動面并從而具有許多軸承，因此使得整個結 構相對復雜、難以組裝并且^f艮昂貴。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種章動泵，在這種章動泵中，十字形萬向接頭將章 動部件連接至罩殼、球窩接頭將章動部件連接至活塞桿、并且活塞桿固 定于活塞頭，從而活塞頭可在泵缸中擺動。此舉去除了活塞桿和活塞頭 之間的軸承連接，同時能夠獲得使用萬向接頭將章動部件連接至罩殼以 消除活塞頭的邊載荷(side load)的有益效果。
根據本發(fā)明的另一個方面所述，活塞桿被制造得相對較長，從而使 活塞頭在泵缸中的擺動運動最小化?；钊麠U被制造得越長，則活塞頭在 泵缸中的擺動程度就越小。換句話說，例如對于12。傾角的萬向接頭而言， 在活塞桿足夠長的情況下，活塞頭將僅傾斜1°?；钊^的這種相對于其 在泵缸中的軸向對直的較小傾斜致使可以使用在擺動泵中普遍使用的活 塞皮碗(piston cup )，或者可以使用開口環(huán)密封件(split-ring seal)(開口 環(huán)是通常在內燃往復式發(fā)動機以及某些往復式泵中使用的類型)。開口環(huán) 密封件通常被認為是可以提供非常長的磨損期限和低的漏氣泄漏，而擺
動活塞皮碗則可在擺動活塞頭具有相對較大傾角的情況下提供足夠的密 封。
使用萬向接頭來將擺動部件連接到罩殼是理想的，這是因為萬向接 頭能夠傳遞由擺動部件所承受的扭轉負荷，從而降低活塞上的邊載荷。 活塞上的邊載荷會導致磨損增加、壽命縮短以及在泵的使用期限內的更 大的漏氣泄漏。
此外，利用u形接頭以及通過使用套節(jié)接頭來將擺動部件連接到活 塞桿而獲得的較長的行程可以較小的空間中提供明顯高于其它類型的章 動泵設計的較高流量。允許使用開口環(huán)密封件來代替活塞皮碗同樣可以 幫助p^f縫擦負荷，并提供較高的效率。
本發(fā)明的上述和其它目的以及有益效果將在隨后的詳細描述得到闡 述。在隨后的描述中，將參照示出了本發(fā)明的實施方案的附圖進行描述。


圖1是在90°剖面線上得到的剖視示意圖，它示出了采用本發(fā)明 的泵；
圖2是泵的可選實施方案的立體圖； 圖3是泵的剖面示意圖； 圖4是一部分軛的》丈大圖； 圖5是偏心銷的放大視圖； 圖6是泵的活塞的立體圖； 圖7是活塞的另一個立體圖； 圖8是閥頭的立體圖； 圖9是軛的頂部的立體圖；以及 圖IO是活塞的剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的泵IO具有可由任意數目的部分構成的罩殼12、 一對彼此相 對的壓縮活塞14 (圖中4叉示出了其中一個，而另一個與其相隔180。，圖 l是90。的剖視圖)、 一對真空活塞16 (圖中只示出了其中一個，另一個
真空活塞16與其相^f并相對于驅動軸18的軸線與其相隔180°)。每個活 塞14、 16分別具有頭部14A或16A以及桿部14B或16B。頭部14A和 16A在各自的泵缸20和22中輕微搖擺地往復運動。頭部14A和16A具 有各自的開口環(huán)密封件14C、 16C (它們優(yōu)選地由聚四氟乙烯復合材料制 成)，開口環(huán)密封件14C、 16C與泵缸20、 22的壁形成了滑動密封，并且 它們的外表面優(yōu)選地具有與泵缸的半徑相等的半徑以便活塞在泵缸中擺 動時能保持良好密封。進氣閥24和排氣閥26被分別設置用于為泵缸20 中的泵送室進氣和排氣，而進氣閥28和排氣閥30被分別設置用于為泵 缸22中的泵送室進氣和排氣。本發(fā)明也可應用于只通過壓力或只通過真 空運行的泵。在這種情況下，提供奇數個活塞(例如三個或五個)對于 使氣體脈動作用最小化是比較理想的。
泵缸20的進氣通過孔36進入進氣室34,而壓縮空氣離開泵缸20、 經過閥26進入排氣室36，然后通過與排氣室36連通的連接管38 (它由 虛線40表示)離開排氣室36。真空缸22的進入空氣通過孔42進入消聲 罩殼44,然后通過孔46進入罩殼12的內部，在罩殼12的內部，進入空 氣可穿過活塞頭16A、通過閥28然后進入泵缸22的泵送室。真空泵缸 22的壓縮的排出空氣穿過閥30進入排氣室48，然后通過孔50或可選地 通過與排氣室48連通的連接管52(它由虛線54表示)從排氣室48排出。 連接管38和52穿過消聲室44,使得泵的所有連接(包括進入真空室的 入口 42和壓力與真空泵的出口 )都可設置在泵的端部。如果需要，也可 以設置類似于管38和52的連接管以用于壓力泵缸20的進氣。
十字形萬向接頭56的兩個相對的臂與連接器58軸頸連接 (journalled)，其另外兩個相對的臂(它們與前面提到的第 一組的兩 個相對的臂成90° )則與擺動部件60軸頸連接。這里使用的術語"相 對的(opposed)"表示兩個臂相隔180° 。擺動部件60安裝軸承的外 座圈，被壓在偏心固定并與驅動軸18呈一定角度的偏心短軸(stub shaft) 64上。驅動軸18由具有固定于罩殼12的定子的電機68來驅動，并通過 軸承70軸頸連接至罩殼12。萬向接頭56的中心位于軸18的軸線上。在 軸18轉動時，萬向"t妻頭56 4吏得偏心件64能夠將擺動運動傳遞給擺動部 件60，從而使得兩個壓縮活塞14(它們相對于軸18的軸線彼此相隔180° )
相互之間具有180。的相位差，并且使得相對于軸18的軸線與壓縮活塞 14呈90。的兩個真空活塞16(并且它們相對于軸18的軸線彼此相隔180° ) 相互之間具有180。的相位差。
擺動部件60具有臂74，臂74從擺動部件60延伸到四個活塞桿14B 和16B。臂74延伸進入各個活塞桿并且各個臂的端部具有球形頭部76。 活塞桿14B和16B是中空的，并都在其內部容納固定的半套節(jié)(socket half) 78和偏置的半套節(jié)80。壓縮活塞桿14B的每個固定的半套節(jié)78通 過容納在桿部14B內的間隔管82與活塞頭14A保持恒定的間距，而真 空活塞桿16B的固定的半套節(jié)78則通過其末端處^皮壓接(crimped)的 桿部16B與真空活塞頭16A保持固定的間隔。每個壓縮活塞桿14B的偏 置的半套節(jié)80受到彈簧86(它通過壓接在端部84處而被保持在桿部14B 中)施加的朝向3求形頭部76和朝向活塞頭14A的偏壓。真空活塞16的 半套節(jié)80受到彈簧86施加的抵靠球形頭部76且遠離活塞頭16A的偏壓， 彈簧86的另一端抵靠每個活塞桿16B內的間隔管88而施加作用。彈簧 86在球形頭部76上提供預負荷，并且不會在各個活塞的工作行程期間受 力(除了它所施加的力之外)。這是因為，在壓縮活塞的動力行程(即朝 向上死點行進)期間，通過間隔管82和半套節(jié)78提供了球形頭部76和 壓縮活塞頭14A之間的剛性連接，而在真空活塞的動力行程(即朝向下 死點行進)期間，通過半套節(jié)78和壓接于其上的活塞桿16B提供了球形 頭部76和真空活塞頭16A之間的剛性連接。作為一種選擇，球和套節(jié)接 頭可交換，在活塞桿14B、 16B上設置球，而在擺動部件60上設置套節(jié)。
可選的，在壓縮機應用中，圖2到10中所示類型的章動泵IOO被 設計用于有效地使活塞往復運動以產生泵送作用。在圖2和3中最佳 描述的章動泵100包括通過使用多個緊固件108固定到閥頭104和閥 片106的罩殼102。罩殼102同閥頭104和閥片106通過^f吏用對準銷 110對準。雖然示出了對準銷110，可以想到，還可以使用其他對準裝 置來將罩殼102同閥頭104和閥片106適當地對準，包括模制對準通 道(molded alignment channels )、才妄片或類"f以裝置。
圖2和圖3示出了泵缸112和活塞114。本發(fā)明公開的章動泵100 是三泵缸設計，并且包括被設計用于繞給定點擺動或章動的軛116。
雖然示出了三泵缸，^f旦是應該想到，也可以使用一個、兩個、三個或 更多泵缸并且也落入本發(fā)明要求的保護范圍內。
章動泵100的軛116包括多個臂118,臂118適于接合活塞114的 連接桿120。輒116包括適于滑動地接合導向桿124的保持槽122。導 向桿124的第一端126固定到罩殼102而第二端128固定到閥片106。 輒116包括凹進的中心部分(recessed center portion) 130，中心部分130 包括適于容納樞軸J求134的球形凹陷132。圍繞3求形凹陷132的是多 個尖頭136，尖頭136用于輔助將球134保持在凹陷132中。116 還包4舌底部138，底部138包括圓筒形凹陷140。圓筒形凹陷140適于 容納錐形的偏心銷142。如在圖5中最佳示出的那樣，錐形偏心銷142 具有適于凈皮放置在軛116的底部138的圓筒形凹陷140內的第一端 144。錐形偏心銷142包括側壁144，側壁144為4偉形的以〗更產生空隙 146、 148，空隙146、 148提供附加的容差以防止錐形銷在章動泵100 運轉期間被束縛在圓筒形凹陷140中。
罩殼102包住軛116和活塞組件。罩殼包括多個凸緣150，凸緣 150包括用于容納緊固件108的孔。罩殼152包括中心支承152，中心 支承152包括適于容納球134的球形凹陷154。中心支承軸152還包 括多個適于將樞軸球134保持在球形凹陷154中的尖頭156。中心支 承軸152的尖頭156的設計使得當樞軸球134放置在球形凹陷132、 154中時，尖頭156放置在軛116的尖頭136中間。當樞軸球134位 于球形凹陷132、 154中時，尖頭136、 156圍繞球134以保持其位置。
軛116通過使用偏心件158而實現章動。如圖4中所示，偏心件 158連接至發(fā)動機162的驅動軸160。由發(fā)動機162旋轉的偏心件158 包括適于容納錐形偏心銷142的成角度的鉆孔(angledbore) 164。成 角度的鉆孔164與驅動軸160的中心線成一定角度放置軛116的中心 線，致使軛116繞球134章動。為了防止軛116的不希望的旋轉，保 持槽122與導向桿124接合。
軛116的臂118:被設計用于接合活塞114的連接桿120。該臂包括 端部166,端部166包括適于容納球170的球形凹陷168。該臂還包括 定位件172。與臂118的端部166相對的是連接桿120的上部176。連
接桿120的上部176還包括用于接合球170的球形凹陷178并且還包 括用于接合橡膠墊或套174的定位件181。這種布置允許軛116的臂 118在連接桿120上施加向下的力。所示的特定的套的布置可與壓縮 活塞一起使用。
如在圖6和圖7中所最佳示出的那樣，活塞114形成有連接桿120 并且包括頭部180和底部182。活塞114的頭部180包括適于同泵缸 112內壁接合的活塞皮碗密封。活塞皮碗密封184通過使用保持夾186 而固定。保持皮碗186包括多個指狀物188,指狀物188朝向活塞頭 部180的并固定底部邊緣190。
活塞114的底部182形成用于進氣閥的開口。所7>開實施方案的 底部182包括導向一對進氣槽194的一對錐形開口 192。圖3中還示 出了進氣閥198的橡膠柄196。槽194導向多個進氣孔200，這些進氣 孔200允許進入空氣穿過泵缸112。進氣孔200通過槽202彼此互連。 槽202還縮短了在孔200和進氣閥198之間的路徑。槽的總的功能就 是改善進入泵缸112的氣流。中心孔204的設計允許所示傘狀閥198 的橡膠柄196向上穿入錐形開口 192中。
進氣閥198由傘狀結構的彈性材料制成。進氣閥198包括適于覆 蓋孔200和槽202的彈性閥頭210。當需要進氣時，閥頭210的邊續(xù)_ 彎曲，從而允許空氣或氣體穿過活塞頭部分180。進氣閥198還包括 與閥頭210 —起形成的彈性閥柄196并且該閥柄196適于穿過活塞114 的孔206。彈性閥柄196包括將閥198固定的突出部分208。在將閥 198安裝到活塞114時，柄196穿過孔206并被拉動直到突出部分208 離開孔206為止。 一旦突出部分208就位，超出的閥柄材料被切掉并 移除。
圖8示出了章動泵100的閥頭104。閥頭104包括適于將閥頭104 密封到閥片106的整體的壓縮機密封和閥布置204。壓縮機密封204 包括適于防止壓縮氣體從發(fā)動機的驅動軸160周圍溢出的內彈性密封 部件212。為了保持內部密封部件212的位置， 一對環(huán)孔218、 220形 成在閥頭104中。壓縮機密封204還包括適于防止壓縮氣體溢出的外 彈性密封部件214。內彈性密封部件和外密封部件212、 214可以通過
在內彈性密封部件和外彈性密封部件212、 214之間延伸的多個肋狀部 件216互相連接，例如，如圖8所示。在圖8中所示的實施方案中， 壓縮機密封204包括彈性閥部件222，該彈性閥部件222可以例如4皮 連接至內彈性密封部件或外彈性密封部件212、 214，或者如果閥部件 222改變?yōu)樵趦葟椥悦芊獠考屯饷芊獠考?12、 214之間的梁，則其 可以同時連4妄到內密封部件和外密封部件212、 214。應該想到，閥部 件222還可以與彈性密封部件212、 214分離。
在使用中，驅動軸160和偏心件158的旋轉使得安裝在成角度的 鉆孔164中的偏心銷142繞驅動軸160旋轉。偏心銷142的旋轉〗吏得 軛116繞樞軸球134章動或擺動。通過使用導向桿124,防止輒116 旋轉。軛116的擺動引起臂118的振蕩，而臂118的振蕩又在連接桿 120和活塞114上施加向上和向下的力。泵缸112中的活塞114的往 復運動使得當活塞114向上運動時，進氣閥198允許空氣或氣體通過 活塞114的孔200,而當活塞114向下運動時，進氣閥198壓縮泵釭 112中的空氣。活塞114的向下運動^f吏得壓縮^L密封204的閥部件222 允許空氣或氣體,人泵缸112進入閥頭104并最終離開壓縮才幾100。
上面已經對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行了相當詳細的描述。對所描 述的優(yōu)選實施方案進行多種修改和變化對于本領域普通技術人員來說是 顯而易見的。例如，如果活塞桿被制造得足夠長或活塞的擺動減弱而使 得開口環(huán)密封件可以實用，那么可采用開口環(huán)密封件來代替杯形密封件。 因此，本發(fā)明不應該受到所描述的實施方案的限制。
權利要求
1.一種用于產生壓力或真空的章動泵，所述章動泵包括罩殼；中心支承，設置在所述罩殼中并包括半球形凹陷；驅動軸，適于連接至電動機；偏心件，適于連接至所述驅動軸；球，適于形成球窩接頭并適于設置在所述中心支承的所述半球形凹陷中；章動軛，設置在所述罩殼中并具有適于容納所述樞軸球的半球形凹陷；所述章動軛適于連接至所述偏心件，以使所述偏心件的旋轉使得所述章動軛繞所述球移動；連接至所述章動軛的連接桿；連接至所述連接桿的活塞；適于容納所述活塞的泵缸；并且其中所述章動軛繞所述球的移動使得所述活塞在所述泵缸中往復運動。
2. 如權利要求1所述的章動泵， 保持所述球的位置的多個尖頭。
3. 如^L利要求1所述的章動泵， 持所述球的位置的多個尖頭。
4. 如權利要求1所述的章動泵，其中所述中心支承包括用于輔助其中所述章動軛包括適于輔助保其中所述章動泵包括導向桿。
5.如權利要求4所述的章動泵，其中所述章動軛包括保持槽，所 述保持槽適于滑動地與所述導向桿接合以防止所述章動軛繞所述球窩 接頭旋轉。
6. 如權利要求1所述的章動泵， 通過所述活塞進入所述泵缸的閥。
7. 如權利要求1所述的章動泵, 離開所述泵缸的孔。
8. 如權利要求1所述的章動泵， 面的偏心銷樞接至所述偏心件。其中所述活塞包括適于允許氣體其中所述泵缸包括適于允許氣體其中所述章動軛通過具有錐形側
9. 如權利要求1所述的章動泵，其中所述章動泵包括閥頭。
10. 如權利要求9所述的章動泵，其中所述閥頭包括一片墊圏， 所述墊圏具有用于獨立密封室的多個密封表面。
11. 如權利要求IO所述的章動泵，其中所述墊圈包括多個彈性閥。
12. 如權利要求11所述的章動泵，其中所述彈性閥適于允許氣體 離開所述泵缸。
13. 如權利要求11所述的章動泵，其中所述活塞包括適于允許氣 體流過所述活塞的多個孔。
14. 如權利要求13所述的章動泵，其中所述活塞包括用于同所述 多個孔流體相通的環(huán)形槽。
15. —種用在壓縮機中的活塞，包括 頭部，具有第一側、第二側和周界；底部，連接至所述頭部；密封，連接至并延伸出所述頭部的所述周界； 延伸穿過所述頭部的多個孔，所述孔適于允許氣體^^人所述頭部的所述第 一側通過并到達所述頭部的所述第二側； 環(huán)形槽，同所述孔流體相通；以及連接至所述活塞的閥，所述閥適于選擇性地允許氣體通過所述孔。
16. 如權利要求15所述的活塞，其中所述閥是傘形的單向閥，其 允許氣體從所述頭部的所述第一側通過并到達所述頭部的所述第二側。
17. 如權利要求15所述的活塞，其中所述密封是皮碗密封，并且 所述皮碗密封以保持夾的形式作為在所述活塞上的保持件。
18. 如權利要求17所述的活塞，其中所述保持夾包括多個指狀物， 所述指狀物被偏置以與所述活塞接合。
19. 如權利要求15所述的活塞,
20. 如;k利要求19所述的活塞， 居中的孔中的柔性軸。
21. 如權利要求20所述的活塞， 閥固定至所述活塞的保持部件。
22. 如權利要求21所述的活塞， 的增大部分的形式存在。其中所述活塞包括居中的孔。 其中所述閥包括適于放置在所述其中所述柔性軸包括用于將所述其中所述保持部件以所述柔性軸
23. —種用在壓縮機中的活塞，包括 頭部，具有第一側、第二側和周界； 底部，部連接至所述頭部； 密封，連接至并延伸出所述頭部的所述周界;至少一個延伸穿過所述頭部的通道，所迷至少一個通道適于允許氣體從所述頭部的所述第一側通過并到達所述頭部的第二側； 孑L,延伸通過所述活塞的所述頭部；連接至所述活塞的閥，所述閥具有適于被放置在所述孔中的柔性軸；保持件，所述保持件以所述柔性軸的增大部分的形式存在，并適 于將所述閥保持至所述活塞。
24. —種用于壓縮才幾的整體的壓縮^a密封和閥結構，包括 內彈性密封部件，適于防止壓縮氣體溢出； 外彈性密封部件，適于防止壓縮氣體溢出； 多個肋狀部件，在所述內彈性密封部件和所述外彈性密封部件之 間延伸；多個彈性閥部件，連接至所述內彈性密封部件和所述外彈性密封 部件中的一個。
全文摘要
用于產生壓力或真空的章動泵。章動泵包括罩殼，該罩殼帶有設置在該罩殼中的中心支承。該中心支承包括半球形凹陷。該泵還包括適于連接至電動機的驅動桿和適于連接至驅動桿的偏心件。該泵還包括適于形成球窩接頭并且適于設置在中心支承的半球形凹陷中的球。此外，該泵還包括設置在罩殼中的章動軛。該軛包括適于容納樞軸球的半球形凹陷。該章動軛適于連接至偏心件，以使得偏心件的旋轉引起該軛繞球移動。該泵還包括連接至軛的連接桿、連接至連接桿的活塞以及適于容納活塞的汽缸，其中該軛繞著該球的移動導致活塞在汽缸中往復運動。
文檔編號F04B1/20GK101351641SQ200680050117
公開日2009年1月21日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權日2005年12月29日
發(fā)明者威廉·哈里·林恩, 洛伊·羅扎克 申請人:托馬斯工業(yè)股份有限公司