一种圆柱滚筒式气泵及滚筒组件加工方法 |
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| 申请号 | CN202010348839.X | 申请日 | 2020-04-28 | 公开(公告)号 | CN111365237B | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 广州大学; | 发明人 | 张建辉; 陈晓生; 陈震林; 张帆; 赖立怡; 黄智; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种圆柱滚筒式气 泵 及滚筒组件加工方法。包括驱动 电机 、圆柱泵体、 转轴 组件以及滚筒组件，圆柱泵体内设置有圆柱孔，圆柱泵体上还设置有前泵盖和后泵盖，滚筒组件固定在转轴组件的外周侧，转轴组件的一端与前泵盖转动装配、另一端从后泵盖穿出并与 驱动电机 的 驱动轴 传动装配；转轴组件和后泵盖转动装配，前泵盖上设置有进 风 口，后泵盖上设置有出风口；滚筒组件包括圆柱筒壁以及多个 叶片 ，各叶片沿着圆柱筒壁的周向方向间隔设置，滚筒组件还包括设置在圆柱筒壁内的 支架 结构，支架结构内设置有供气流通过的 通风 孔。通过采用本发明的圆柱滚筒式气泵，实现了气流的稳定输出，避免了容积式气泵不能连续稳定输出气流的情况。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种圆柱滚筒式气泵，其特征在于：包括驱动电机、圆柱泵体、转轴组件以及滚筒组件，所述圆柱泵体内设置有圆柱孔，所述圆柱泵体的左右两侧还设置有前泵盖和后泵盖，所述滚筒组件固定在转轴组件的外周侧，所述转轴组件的一端与前泵盖转动装配、另一端从后泵盖穿出并与驱动电机的驱动轴传动装配；所述转轴组件和后泵盖转动装配，所述前泵盖上设置有进风口，所述后泵盖上设置有出风口；所述滚筒组件包括圆柱筒壁以及设置在圆柱筒壁内表面上的多个叶片，各叶片沿着圆柱筒壁的周向方向间隔设置，所述滚筒组件还包括设置在圆柱筒壁内的支架结构，所述支架结构的内侧用于与转轴组件转动装配、外侧用于与圆柱筒壁固定连接，所述支架结构内设置有供气流通过的通风孔。 |
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| 说明书全文 | 一种圆柱滚筒式气泵及滚筒组件加工方法技术领域[0001] 本发明涉及气泵技术领域，特别是涉及一种圆柱滚筒式气泵及滚筒组件加工方法。 背景技术[0002] 气泵又称空气泵，气泵广泛应用于打气、污水处理、电镀鼓气、沼气池曝气、隧道通风等场合。目前的气泵主要为容积式泵，气泵主要通过对泵缸内的容积做周期性调整来实现对流体的泵送，日常生活中的液压泵即属于容积式泵。 [0003] 目前的容积式气泵在使用过程中存在以下问题：①为了提高功效，泵腔需要具有较好的密封性，这使得气泵的制造成本较高；②由于要在泵腔内做功，泵腔中的活塞件与泵腔之间存在较大摩擦作用，这一方面降低了气泵的工作效率，另一方面还容易产生噪音；③受限于泵腔的腔体大小限制，气泵的输出气体流量会受到泵腔大小的约束；④由于容积式气泵存在吸入和排出的周期循环，输出气体存在间歇性输出的问题，不能稳定平稳的输出气流；⑤对于污水处理、电镀鼓气、沼气池曝气、隧道通风等空气质量不高的工况环境，气泵很容易将外界的杂质吸入泵腔，这一方面容易引发泵腔内部残留物的氧化变质发臭，另一方面还容易造成泵腔内表面摩擦阻力增大的现象，不易于长时间的使用；⑥气泵在周期运动的过程中还需要克服压力脉冲，这容易加速气泵的疲劳破坏。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种圆柱滚筒式气泵，用于解决现有技术中容积式气泵存在间歇性输出现象，不能稳定泵送气流的技术问题。本发明还提供了一种用于加工上述圆柱滚筒式气泵中滚筒组件的加工方法。 [0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种圆柱滚筒式气泵，采用如下的技术方案： [0006] 一种圆柱滚筒式气泵包括驱动电机、圆柱泵体、转轴组件以及滚筒组件，所述圆柱泵体内设置有圆柱孔，所述圆柱泵体的左右两侧还设置有前泵盖和后泵盖，所述滚筒组件固定在转轴组件的外周侧，所述转轴组件的一端与前泵盖转动装配、另一端从后泵盖穿出并与驱动电机的驱动轴传动装配；所述转轴组件和后泵盖转动装配，所述前泵盖上设置有进风口，所述后泵盖上设置有出风口；所述滚筒组件包括圆柱筒壁以及设置在圆柱筒壁内表面上的多个叶片，各叶片沿着圆柱筒壁的周向方向间隔设置，所述滚筒组件还包括设置在圆柱筒壁内的支架结构，所述支架结构的内侧用于与转轴组件转动装配、外侧用于与圆柱筒壁固定连接，所述支架结构内设置有供气流通过的通风孔。 [0007] 进一步地，所述支架结构包括前支架和后支架，所述前支架设置在圆柱筒壁的前侧，所述后支架设置在圆柱筒壁的后侧。 [0008] 进一步地，所述转轴组件包括同轴布置的第一转轴和第二转轴，所述第一转轴的前端与前泵盖转动装配、后端与前支架固定连接，所述第二转轴的前端与后支架固定连接、后端与后泵盖转动装配，所述前泵盖、后泵盖、前支架、后支架均为三叉结构，所述前支架和后支架上均设置有用于与圆柱筒壁过盈装配的环形台阶槽。 [0010] 进一步地，所述前泵盖和后泵盖的中心位置均设置有用于安装轴承的阶梯通孔，各阶梯通孔孔径较大的端口均朝向滚筒组件一侧。 [0011] 进一步地，所述叶片的高度沿着从后至前的方向先变大后变小，所述叶片的最高点与叶片后端的间距要小于叶片的最高点与叶片前端的间距。 [0012] 进一步地，所述叶片和圆柱筒壁一体成型设置或分体设置。 [0014] 本发明的滚筒组件加工方法包括以下步骤： [0015] S1：按圆柱筒壁的展开图切取一片状材料； [0016] S2：按照一定的距离间隔在片状材料上标记好若干个叶片的位置以及叶片的形状，并在片状材料上切割出各叶片； [0017] S3：将若干个叶片同时朝片状材料的一端翻折一定的角度； [0018] S4：将片状材料的两母线连接结合在一起呈现圆台状，同时确保所述的叶片是朝滚筒组件的内侧。 [0019] 本发明的滚筒组件加工方法包括以下步骤： [0020] S1：按圆柱筒壁的展开图切取一片状材料； [0021] S2：按照一定的距离间隔在片状材料上标记好安装叶片的位置，并在所标记好的位置切开若干条缝隙； [0022] S3：通过注塑成型、3D打印或者三维曲面加工的加工工艺获得若干叶片； [0023] S4：将上一步骤获得的叶片朝同一侧安插在所述片状材料的若干缝隙中并将其固定住； [0024] S5：将片状材料的两母线连接结合在一起呈现圆台状，同时确保所述的叶片是朝滚筒组件的内侧。 [0025] 本发明实施例一种圆柱滚筒式气泵与现有技术相比，其有益效果在于：通过采用本发明的圆柱滚筒式气泵，当需要输送气流时，启动驱动电机，电机会带动转轴组件和滚筒组件转动，滚筒组件上的各叶片会形成气流，形成的气流会从后泵盖的出风口流出。从而实现了气流的稳定输出，避免了容积式气泵不能连续稳定输出气流的情况。附图说明 [0026] 图1是本发明实施例的圆柱滚筒式气泵的整体结构示意图； [0027] 图2是本发明实施例的圆柱滚筒式气泵的支架结构示意图； [0028] 图3是图2中A‑A处的剖视示意图； [0029] 图4是本发明实施例的圆柱滚筒式气泵的叶片排布示意图； [0030] 图5是本发明实施例的圆柱滚筒式气泵的叶片高度变化示意图； [0031] 图6是本发明实施例的圆柱滚筒式气泵的圆柱筒壁展开示意图。 [0032] 图中，1‑驱动电机，2‑圆柱泵体，3‑滚筒组件，4‑转轴组件，5‑后泵盖，6‑前泵盖，7‑支架结构，8‑圆柱筒壁，9‑后支架，10‑前支架，11‑叶片，12‑第二转轴，13‑第一转轴。 具体实施方式[0033] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0034] 如图1至图6所示，本发明实施例优选实施例的一种圆柱滚筒式气泵。圆柱滚筒式气泵包括驱动电机1、圆柱泵体2、转轴组件4以及滚筒组件3，所述圆柱泵体2内设置有圆柱孔，所述圆柱泵体2的左右两侧还设置有前泵盖6和后泵盖5，所述滚筒组件3固定在转轴组件4的外周侧，所述转轴组件4的一端与前泵盖6转动装配、另一端从后泵盖5穿出并与驱动电机1的驱动轴传动装配；所述转轴组件4和后泵盖5转动装配，所述前泵盖6上设置有进风口，所述后泵盖5上设置有出风口；所述滚筒组件3包括圆柱筒壁8以及设置在圆柱筒壁8内表面上的多个叶片11，各叶片11沿着圆柱筒壁8的周向方向间隔设置，所述滚筒组件3还包括设置在圆柱筒壁8内的支架结构7，所述支架结构7的内侧用于与转轴组件4转动装配、外侧用于与圆柱筒壁8固定连接，所述支架结构7内设置有供气流通过的通风孔。 [0035] 具体而言，本实施例中圆柱泵体2即为一段圆环柱，圆柱泵体2内设置有圆柱孔，滚筒组件3即转动装配在圆柱孔内。为了实现滚筒组件3的转动装配，本实施例中圆柱泵体2的前端固定有前泵盖6，后端固定有后泵盖5，本实施例中前泵盖6和后泵盖5均包括圆环外圈以及固定在环形外圈内的支撑杆，其中圆环外圈的直径与圆柱泵体2的直径相同，圆环外圈的厚度与圆柱泵体2的壁厚也相同，本实施例中圆环外圈通过螺钉固定在圆柱泵体2的端部，在其他实施例中，圆环外圈也可以直接与圆柱泵体2焊接固定。本实施例中在圆环外圈内的支撑杆设置有三个，三个支撑杆的长度均与圆环外圈的内孔半径相同，三个支撑杆沿着周向方向等间隔设置，即任意相邻两个支撑杆之间均间隔120°。本实施例中在三个支撑杆的交汇中心位置设置有管状结构，管状结构内设置有供转轴组件4穿过的阶梯通孔，本实施例中阶梯通孔用于安装轴承，轴承具体为角接触轴承，角接触轴承能够承受双向轴向负载和径向负载。本实施例中各支撑杆的一端均固定在管状结构的外周侧，另一端均固定在圆环外圈的内侧。 [0036] 需要说明的是，本实施例中前泵盖6和后泵盖5上的阶梯通孔镜像对称设置，即前泵盖6上的阶梯通孔孔径较大的端口朝向后侧，后泵盖5上的阶梯通孔孔径较大的端口朝向前侧。本实施例中前泵盖6内任意相邻两个支撑杆之间均形成扇形孔，该扇形孔构成本实施例中的出风口；后泵盖5内任意相邻两个支撑杆之间也均形成扇形孔，该扇形孔构成本实施例中的进风口。 [0037] 如图2和图3所示，本实施例中滚筒组件3包括圆柱筒壁8以及支架结构7，本实施例中支架结构7包括前支架10和后支架9，其中前支架10固定在圆柱筒壁8的前端，后支架9固定在圆柱筒壁8的后端。本实施例中前支架10和后支架9的结构与前泵盖6和后泵盖5的结构类似，如图2所示，本实施例中前支架10和后支架9均包括圆环圈以及设置在圆环圈内的三个直杆，各直杆均沿着圆环圈的半径延伸设置，任意相邻两个直杆之间均间隔120°，在三个直杆的交汇中心位置设置有用于供转轴组件4插入的圆柱孔，三个直杆交汇中心处设置有一段圆管，该圆管的内孔即为圆柱孔。本实施例中前支架10和后支架9上任意相邻两个直杆之间均形成扇形孔，该扇形孔构成本实施例中供气流流入或流出圆柱筒壁8的通风孔。需要说明的是，本实施例中三个直杆和三个支撑杆均形成三叉结构。 [0038] 为了增强结构的稳定性，本实施例中在前支架10和后支架9的圆环圈上还设置有用于与圆柱筒壁8过盈装配的环形台阶槽，如图2所示，本实施例中前支架10的环形台阶槽设置在前支架10的后侧，后支架9的环形台阶槽设置在后支架9的前侧。本实施例中前支架10和后之间均通过螺栓或螺钉与圆柱筒壁8安装固定，在其他实施例中也可以采用焊接固定的方式。 [0039] 本实施例中转轴组件4包括第一转轴13和第二转轴12，其中第一转轴13位于前支架10和前泵盖6之间，第一转轴13的前端插入前泵盖6的阶梯通孔内，并通过轴承与前泵盖6转动装配；第一转轴13的后端插入前支架10的圆柱孔内并通过螺栓或螺钉与前支架10固定装配，在其他实施例中，第一转轴13和前支架10之间也可以采用螺纹装配的方式安装固定。本实施例中第二转轴12位于后支架9和后泵盖5之间，第二转轴12的前端插入后支架9的圆柱孔内并通过螺栓或螺钉与前支架10固定装配，第二转轴12的后端插入插入后泵盖5的阶梯通孔内，并通过轴承与前泵盖6转动装配。需要说明的是，本实施例中第一转轴13的前端未从前泵盖6的阶梯通孔伸出，本实施例中第二转轴12的后端从后泵盖5的阶梯通孔穿出并与驱动电机1的驱动轴传动连接，传动连接的方式为联轴器连接。 [0040] 本实施例中叶片11有多个，各叶片11均为流线型，各叶片11均固定在圆柱筒壁8的内周壁上，各叶片11沿着圆柱筒壁8的周向方向等间隔设置。如图5所示，本实施例中各叶片11的高度沿着从前至后的方向有一个逐渐变大又逐渐变小的趋势。其中叶片11的最高点距离叶片11的后端较近、距离叶片11的前端较远，即叶片11的最高点与后端所形成的倾斜角度要大于与前端所形成的的倾斜角度。这样的结构设计使得叶片11能够起到两个作用，其中一个是由叶片11扭角对气流产生沿泵送方向的推力，另一个是叶片11的前后面产生压差，给流体提供一个向泵送方向的空气动力。此外，由于流体在叶片11上的射流附壁效应，使得叶片11前面与后面的压差增大，加大向泵送方向的空气动力，故能够更加显著地提高气泵的泵送效率。在两者共同作用下，气泵产生由输入端到输出端的单向泵送气流，该泵送气流的流场速度矢量是呈螺旋流线型，气泵可以将输入口进来的流体充分搅拌混合，持续地向外界环境泵送。本实施例中各叶片11在空间上为螺旋状，在其他实施例中各叶片11也可以为直线状。 [0041] 本实施例中圆柱筒壁8的材质为铝合金，叶片11的材质为玻璃纤维，在其他实施例中叶片11也可以采用其他纤维复合材料。由于气泵在工作时，滚筒组件3的内壁面与叶片11均是与泵送流体直接接触，故滚筒组件3的叶片11需具备一定硬度的同时还需具备一定的抗氧化，抗腐蚀性能，避免流体接触金属滚筒和叶片11造成表面化学腐蚀，延长气泵的使用寿命。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。因此叶片11选用玻璃纤维材料符合气泵的工况要求。此外，该材料的叶片11与筒壁连接的部位可以在熔融温度下，通过热粘的方式粘连在滚筒筒壁的缝隙中，无需其他连接件，结构简单，且通过热粘的方式能够近似看作叶片11与滚筒为一整体，连接稳定可靠，降低了转动时产生的噪音，减少了能量的振动能量传递损耗，提高气泵泵送效率，同时，减少其他连接方式连接不可靠带来了不必要振动，对滚筒组件3产生疲劳磨损，延长气泵的使用寿命。另外，由于铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，故在确保气泵在工作时，滚筒组件3不易发生疲劳损坏的前提下，在一定程度上减少滚筒组件3的重量有利于滚筒做回旋运动时减少能量的损耗。此外，铝合金材料塑性好，便于二次加工，有利于滚筒以及叶片11的制作；其具有优良的抗蚀性，一定程度上降低接触香薰精油发生化学腐蚀的可能性，延长气泵的使用寿命。 [0042] 如图6所示，本实施例中圆柱筒壁8由一片状材料翻卷得到，本实施例中叶片11为三角形形状，叶片11的数目为六，附在滚筒内侧筒壁。本发明优选实施例所述的带叶片11的滚筒组件3为组合式结构，即圆柱筒壁8、叶片11均为独立部件，在其他实施例中圆柱筒壁8、叶片11也可以为一个整体。 [0043] 本实施例中圆柱筒壁8和叶片11的组合式加工方式如下：步骤一，设计好所需的圆柱筒壁8的尺寸，按所述的圆柱筒壁8的尺寸展开图切取一片状材料；步骤二，按照相同的距离间隔在片状材料上标记好安装叶片11的位置，如图6所示，叶片11的实线为叶片11安装的位置，利用激光切割或者机加工的工艺在所标记好的位置(即实线的位置处)切开若干条缝隙；步骤三，按照设计的叶片11的尺寸，取叶片11的材料为玻璃纤维，通过注塑成型，3D打印或者三维曲面加工的加工工艺获得若干叶片11；步骤四，将上一步骤获得的叶片11与筒壁连接的部位加热至熔融温度，依照图6所示的形状位置，朝同一侧热粘在所述的片状材料的若干缝隙中并将其固定住，且叶片11的前面朝向同一侧；步骤五，将片状材料的两侧边线连接结合在一起呈现圆柱状，同时确保所述的叶片11是朝圆柱筒壁8的内侧，叶片11的前面朝向圆柱筒壁8的大端口。 [0044] 在其他实施例中，叶片11和圆柱筒壁8亦可为整体式结构，可以对圆柱筒壁8整体注塑成型或者3D打印，亦可通过机加工方式得到，圆柱筒壁8和叶片11机加工方式如下：步骤一,设计好所需的圆柱筒壁8的尺寸，按所述的圆柱筒壁8的尺寸的展开图切取一片状材料；步骤二，按照相同的距离间隔在片状材料上标记好若干个叶片11的位置以及叶片11的形状，通过三维曲面的机加工工艺在片状材料上切割出叶片11；步骤三，将若干个叶片11沿同时朝片状材料的同一边翻折一定的角度；步骤四，将片状材料的两边线连接结合在一起呈现圆柱状，同时确保所述的叶片11是朝圆柱筒壁8的内侧。 [0045] 本发明的工作过程为：当需要泵送气流时，启动驱动电机1，驱动电机1会带动第一转轴13和第二转轴12转动，进而实现对滚筒组件3的驱动，滚筒组件3上转动的各叶片11会将气流从出风口处泵出，从而实现对气流的泵送。 [0046] 本发明滚筒组件加工方法的实施例1：滚筒组件的加工方法与上述圆柱滚筒式气泵中组合式的加工方法相同，本实施例中不再详述。 [0047] 本发明滚筒组件加工方法的实施例2：滚筒组件的加工方法与上述圆柱滚筒式气泵中整体式的加工方法相同，本实施例中不再详述。 [0048] 综上，本发明实施例提供一种圆柱滚筒式气泵，其通过采用本发明的圆柱滚筒式气泵，使得气流能够从出风口稳定输出，从而避免了容积式气泵不能连续稳定输出气流的情况。此外，本发明结构简单，制作方便简单，且能够更加高效地泵送空气，同时还降低了气泵的疲劳损耗，延长了气泵的使用寿命，一定程度上还减少了气泵气流的回流。 [0049] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。 |
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