冲击式小型气动马达的工作原理及结构
冲击式小型气动马达是将压缩气体通过喷嘴喷射到叶轮上,利用气体的冲击动能推动叶轮转子转动。
图1 工作原理及能量转换过程
图1给出了冲击式小型气动马达的基本工作原理和能量转换过程,其中pi ( i = 0, 1, 2)为气体在各个阶段的压力, ci ( i = 0, 1, 2)为气体在各个阶段的速度。
首先,具有一定温度和压强的压缩气体在固定不动的喷嘴中进行膨胀加速,气体的压力和温度降低,速度增加,将压缩气体的部分压缩能转换成气体的动能;然后,沿喷嘴出口方向喷出的高速气流冲击动叶轮,气流速度的大小和方向都发生变化,对动叶轮产生推动力,推动叶轮旋转做功,通过转轴向外输出机械功。冲击式小型气动马达由单级组成,动叶轮的叶片形状近似对称,可以理解为纯冲动级,压缩气体只在喷嘴中膨胀,在动叶轮中不膨胀,不考虑能量损失时,叶片气流通道进出口的压强相等,相对速度也相等。
图2 冲击式小型气动马达结构示意图
根据上述工作原理, 本文研制的冲击式小型气动马达的结构如图2所示, 主要的结构尺寸列于表1。
表1 主要结构尺寸
表1中l表示叶片数, r表示叶轮平均半径, b表示叶片宽度, h表示叶片高度,α表示喷嘴出口角度,β表示叶片出口角度。冲击式小型气动马达主要由喷嘴、叶轮、轴、外罩和端盖组成,叶轮轴由2个滚珠轴承支撑, 轴承和轴承座置于端盖和外罩内,端盖和外罩通过螺纹连接固定。由于气体在排空的过程中会产生一定噪音, 在对噪音有特殊要求的场合,需要进行消声降噪处理,马达外罩的末端留有机械接口, 可以方便地与消声器连接,从而实现小型气动马达与消声器的集成。
