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一种新型摆线液压马达 * 王摇 舰,王春涛, 张态成 浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院,浙江 舟山摇 316022 摘摇 要介绍一种全新的摆线液压马达设计的结构和工作原理,并从理论上分析其性能特点。 研究的摆线液压马达 与现有的各类液压马达相比具有结构紧凑,体积小,重量轻,系列数多,排量大,密封性和能量转换率高等特点。 关键词针轮摆线;液压马达;工作原理;结构性能 中图分类号 TH137. 51摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标志码A摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号1007-4414201402-0121-03 A New Type of Cycloidal Hydraulic Motor WANG摇 Jian, WANG Chun-tao, ZHANG Tai-cheng College of Ship and Ocean Engineering, Zhejiang Ocean University, Zhoushan Zhejiang摇 316022, China Abstract The structure and working principle of a new type of cycloidal hydraulic motor were introduced, and its perance features were analyzed in theory. This cycloidal hydraulic motor has many features such as compact structure, small volume, more series number, big output volume, and high leakproofness and energy conversion rate compared with the existing various types of hydraulic motors. Key words pinwheel cycloid; hydraulic motor; working principle; structure perance 0摇 引摇 言 液压马达习惯上是指输出旋转运动,将液压泵提 供的液压能转变为机械能的能量转换装置[1]。 摆线 液压马达具有结构简单、体积小、重量轻、输出扭矩大 以及单位质量功率比其他类型液压马达大等特 点[2],广泛应用于工程、农业、船舶运输、矿山及渔业 等各种机械设备中。 现有摆线液压马达普遍采用外 齿圈固定作为定子,摆线齿轮作为转子与外齿圈啮合 作内行星运动,其运动输出机构通过连接输出轴头和 摆线齿轮的鼓形花键联轴器实现[3],配流方式有轴 配流、端面配流、滑阀配流等几种形式[4]。 此研究设计的是一种全新的摆线液压马达,其能 量转换机构采用摆线齿轮固定,外齿圈啮合其上作外 行星运动,通过高效孔销输出机构向外输出转速和扭 矩,采用端面配流机构,该马达与现有的摆线液压马 达相比,整体结构紧凑,缩短了轴向尺寸,排量和功率 都有很大的提升。 现从其结构、工作原理和性能进行 分析介绍。 1摇 新型摆线液压马达结构 新型摆线液压马达主要由液机转化机构、孔销输 出机构、端面配油机构、机壳等部分组成,图 1 所示为 新型摆线液压马达结构图。 1. 1摇 液机转换机构 液机转换机构的功能是将液压能转换成机械能, 是液压马达的核心,对能量转换起着决定性的作用。 图 1摇 新型摆线液压马达结构图 1. 输出轴摇 2. 密封摇 3. 机壳摇 4. 左端盖摇 5. 右端盖摇 6. 针齿轮 7. 轴摆线齿轮摇 8. 圆锥滚子轴承摇 9. 档环摇 10. 销轴组件 11. 配油阀摇 12. 固定孔销盘摇 13. 偏心环摇 14. 配油摆线齿轮 摇 摇 液机转换机构主要是轴摆线齿轮和针轮相互啮 合组成的一齿差共轭副。 将摆线齿轮 Zg固定为太阳 轮,使针轮 Zb啮合其上作外行星运动,应用 K-H-V 型行星轮系中 g 轮固定时的传动比公式作为其传动 原理[5]。 其传动公式为 ig Hb 棕H 棕b zb zb-zg zb 式中ig Hb为针轮公转与自转的传动比;Zb为针轮齿 数;Zg为摆线齿轮齿数;H 为系杆偏心距为 A。 图 2 所示为一齿差针轮摆线共轭副结构,它具有 良好的结构特性,即 121 机械研究与应用2014 年第 2 期 第 27 卷,总第 130 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 设计与制造 *收稿日期2014-02-24 基金项目浙江海洋学院科研启动费编号Q1202 作者简介王摇 舰1985-,男,山东泰安人,在读硕士,研究方向液压元件设计。 通讯作者王春涛1965-,男,浙江定海人,教授,研究方向海洋机电装备技术。 1 组成结构中各个几何要素的对称性。 当针 轮的某一针齿与摆线齿轮的齿根相啮合时,该针齿相 对的两针齿部分齿廓和摆线齿廓围成的齿腔容积达 到最大 Vomax。 以这两针齿和上方一针齿啮合线为 界,将其它各针齿分隔成对称分布的两齿腔区,各齿 腔容积大小一一对应相等,自下而上由大变小。 这一 齿腔布局和变化特性,满足了液压能转换的条件高低 压区分隔,液量对称等量和液流量沿着一个方向旋转 流动。 2 一齿差针轮摆线齿轮共轭副结构具有较高 的容积效率和机械效率。 一齿差针轮摆线齿轮共轭 副理论上称为全齿无间隙啮合传动,各个齿腔独立密 封,容积效率高;针轮与摆线齿轮共轭副为平面力系 传动,运转平稳阻力小,大大提高了机械效率。 3 按总体结构设计要求,将摆线齿轮设计成左 右轴颈式,便于它与机壳固定,又利于其它相关构件 联接和定位。 图 2摇 一齿差针轮摆线齿轮共轭副 1. 2摇 孔销输出机构 孔销输出机构主要由左端盖、右端盖、销轴组件 等部分组成,如图 3 所示,它的功能是密封液机转换 机构的针轮摆线共轭副两端面,并将液机转换机构得 到的针轮体的角速度 棕b和转矩 Mb传输到输出轴, 同时将角速度传递给配油机构,驱动端面配油阀运 转,对液机转换机构实现同步配油。 图 3摇 孔销输出机构 1. 左端盖摇 2. 销轴组件摇 3. 右端盖 孔销输出机构左右端盖有和针轮体等径分布的 Zb个相同大小的销孔,销孔直径 Dwdp2Adp为销 轴直径,A 为偏心距,通过由六角头铰制孔用螺栓、 固定销套和活动销套组成的销轴组件和针轮体装配 在一起。 右端盖筒孔内装一对圆锥滚子轴承定位,左 端盖筒孔内装端面配油阀,动配合定位。 1. 3摇 端面配油机构 端面配油机构的功能,是驱动端面配油阀,将高 压油从阀的一侧,引入针轮摆线共轭副中高压齿腔 区,随后将已尽能量的低压油,从低压齿腔区挤入端 面配油阀的另一侧,排出回油箱,使液压马达连续作 机械功。 端面配油阀的结构采用内外装配,内外套上各设 对称隔离开的高低压油路,配油阀的右端面上各油口 与左端盖孔底面上所设的 zb个月牙形通油孔相对应。 高压油从机壳上进油口,经左端盖径向进油口,通过 配油阀外套开口进入配油阀高压油区 c,使高压油由 径向转轴向流动,经过左端盖轴向配油孔 c忆,进入液 机转换机构的高压齿腔区 d,实现能量转换,液机转 换机构的低压齿腔区 e 的低压油经左端盖轴向配油 孔 e忆进入配油阀低压区 f,通过配油阀外套径向开口, 经左端盖径向排油口进入马达机壳上的排油口排回 油箱。 如图 2、4、5 所示。 图 4摇 左端盖左视图摇 摇 摇 图 5摇 阀的右端面通油口 摇 摇 为使端面配油阀实现连续循环同步配油,配油机 构的传动方式采用与液机转换机构同一传动原理和 结构,配油针轮 Zb忆直接同轴同相位装于孔销输出机 构的左端盖左端面处。 传动公式为 ig b忆H忆 棕b忆 棕H忆 1 zb忆。 端面配油机构的动力和角速度来自于孔销输出机构, 棕b忆棕b棕b忆为配油机构中针轮的角速度,配油针轮 Zb忆以角速度 棕b忆自转,啮合其内配油摆线齿轮 Zg忆,配 油摆线齿轮受固定在轴摆线齿轮左端轴颈端的固定 孔销盘牵连,以 棕g忆0 作平动,转化其偏心距 A 为 H忆 系杆公转,以角速度 棕H忆棕b忆zb忆输出,驱动端面配油阀 转动,与液力转换机构中针轮体的公转速度 棕Hzb棕b 相等,从而实现给液机转换机构同步配油。 221 设计与制造摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇2014 年第 2 期 第 27 卷,总第 130 期机械研究与应用 2摇 新型摆线液压马达工作原理 当高压油输入液机转换机构中,在高压油压力作 用下,针轮体朝齿腔扩大方向旋转,它以角速度 棕b驱 动孔销输出机构转动,孔销输出机构以等角速度 棕b 棕b忆驱动端面配油机构,端面配油机构带动同轴上端 面配油阀,获得角速度 棕H忆棕b忆zb忆,与液机转换机构中 针轮体公转的角速度 棕H棕bzb相等,实现等速进排 油。 孔销输出机构将液机转换机构和端面配油机构 包络在内,形成一条闭式液机能连续循环转换系统。 孔销输出机构的左端盖设一渐开线花键法兰,联接左 端盖和花键轴头,由花键轴头向外输出 棕b和 Mb,驱 动负载做功。 3摇 新型摆线液压马达的性能和结构特点 新型摆线液压马达与现有的各类常用液压马达 进行比较,在结构和性能上具有良好的优势。 1 摆线液压马达系列数多、排量大。 根据摆线 液压马达的排量公式,一级行星传动齿数有数十种, 设计搭配参数偏心距 A 和齿宽 B 各有十余种,可知 新型摆线液压马达具有较大的系列数和排量值,能满 足大部分配套机械所需的功率要求。 2 新型摆线液压马达结构紧凑。 在液压马达 结构内部,可设置径向、轴向和环向密封结构。 径向 采用球铁活塞环密封,容积效率高,轴向和环向采用 塑料青铜钢复合板密封条,内衬 O 型橡胶圈,靠压缩 橡胶圈产生的回弹力给密封接触面一定的压力,密封 条磨损后能自动补偿,保证了密封可靠性,对提高液 压马达的液压力和转速以及使用寿命意义重大。 3 能量转换效率高。 液机转换机构采用一齿 差针轮摆线共轭副,为平面力系传动,仅受径向阻力, 共轭副又滚动啮合,旋转平稳,阻力小,采用强氮化表 面处理,高精磨削成型,效率较高,其运动输出机构为 高效孔销输出机构,传输效率高,液压马达的总效率 得到提升。 4 作为能量转换传动技术,液压马达单一的针 轮摆线共轭传动副结构,有利于实现标准化生产。 4摇 结摇 语 这种新型摆线液压马达是以一齿差针轮摆线齿 轮共轭副结构为核心,在液压马达的结构布局上进行 了一系列的创新设计,马达整体结构紧凑,从理论上 分析,马达的综合性能相比传统摆线液压马达有着巨 大的优势。 对于新型液压马达在实际应用中可能会 遇到的一些问题,还需在以后的研究和实验中进一步 解决。 参考文献 [1]摇 张培红. 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