大马力气动马达研制方向及理论基础
气动马达是紧凑的, 轻量的, 平稳而无振动的动力源。它的机械软特性良好, 几乎即时起动和停止, 且不受连续失速和过载的影响。使用简单的控制阀, 它具有可变的速度和扭拒, 并可逆转。气动马达形式有多种,而齿轮式气动马达与活塞、叶片式气动马达相比具有独到之处。
1.研制方向
鉴于我国大功率气动马达这一空白及一立方米抓岩机的急需, 机械工业部决定进行大马力气动马达的研制。
根据国内外情况, 大功率气动马达多采用齿轮式结构
。我们决定研制50 马力气动马达斜齿转子式气动马达象直齿转子式一样借助完全充满压气的工作, 即没有压气的膨胀。与直齿转子式气动马达相比有如下优点:
(1 ) 因齿侧表面是以齿廓上不同的点参加接触, 所以对安装误差的敏感性小。
(2 ) 齿侧表面的比压比较小, 因此侧面磨损较低。
(3 ) 重迭系数大, 从而使转子运转平稳。
(4 ) 有减少转子齿数的可能性, 因而允许减小马达的尺寸和重量。
斜齿转子的逆转通常是通过改变进气方向来实现，同时, 考虑到气动马达机械特性软,在它作为原动机时, 当气路气压波动时, 将会使马达的驱动力发生变化, 亦即使马达的载荷在工作中也会发生变化。结果导致马达的稳定运转受到破坏, 为此, 决定在马达内设立调速机构, 以保证马达运转稳定。
2. 设计理论基础
(1 ) 斜齿轮式气动马达的理论基础
齿轮式气动马达与齿轮式液压马达的工作原理一样。图1 是齿轮马达的工作原理
图。压缩空气p , 进入C 腔, 通过齿轮啮合区域并沿图示方向运动。齿轮转子的齿在点B互相啮合使压气不能从C 腔直接进入D 腔, 而它在旋转时占据并储存在齿槽中而后进入D腔, 并由此排入大气。
利用在任何表面上压力产生的力的投影合力等于压力乘以这个表面在垂直于合力的平面上的投影面积的法则, 可以用B O I 、B O ZI O , 且2 0 : 代替齿侧面( 点B 是两个转子齿的啮合点, 而点A l 和月: 是马达齿廓与壳体最终切点)。
2 ) 离心式调速机构的理论基础如前所述, 当气路压力波动时, 马达驱动力的变化引起其载荷在工作中的变化, 这样就破坏了机器稳定运转所需的条件, 从而使马达的运转速度发生波动。这种波动称为非周期性速度波动。
这时, 如果不及时进行调节, 即设法重新建立等效驱动力与等效阻抗力的平衡关系, 则马达的转速或者将持续地增高而导致“ 飞车” 现象, 使马达损坏, 或者将持续下降而使马达停止运转。为此, 在马达上设置调速机构, 使其具有自动调节这种非周期性速度波动的能力。
图3 所示为马达离心调速器的简图, 马达的主轴与轴1 相联, 驱动调速器绕轴1 转
动。当马达稳定运转时, 重球G 在离心力和弹簧( 图中L ) 力的作用下处于平衡状态,
使套筒M、节流装置N 处于一确定位置, 此时马达转速稳定。当马达的负荷减小时, 主轴转速上升, 重球在离心力的作用下将套筒M 提高, 节流装置N 下降, 从而减小了工作介质进入马达的通路。于是驱动力减小而与负荷重新平衡。反之, 若负荷增大, 则主轴转速降低, 套筒M 下降, N 抬高, 通路增大, 从而增大驱动力而与负荷重新平衡利用达朗伯原理及力的平衡计算即可解决调速器计算问题。
图3 中调速器受到的外力对转轴1 的力矩郑等于零, 故系统对于轴1 的动量矩守恒
。
