凸轮转子气动马达
由于空气是一种安全的和干净的能源,所以压气驱动的叶片式马达已使用多年。但
叶片式马达做有用功的最低速度为300转/分左右,若需再低点的速度,就要增添齿轮或
皮带或滑轮等减速装置,往往变得不经济,实际上也做不到。
LSHT液压马达的扭矩大,使用普遍。小型(小排量)液压马达大多是多角凸轮转
子式的。但这种马达有不安全、漏泄的题,或简单地说有功率太大的间题,所以也不
理想。气动马达的工作压力为100磅/英寸2,而液压马达的工作压力为3000磅/英寸,所面,凸轮转子液压马以能产生很大的功率。
凸轮转子气动马达的开发,为低速大扭矩马达的选用提供了方便。对于流体能源工业来说,凸轮转子或马达并不是新东西,但以空气作能源,则是新的东西了。近年来在材料和阀门方面的研究发展使凸轮转子式马达可以以空气作能源了,在较低一些的功率范围内,这种马达往往优于液压马达,同时比电动马达经济。
与液压马达的异同凸轮转子马达可以视为齿轮马达的一种特殊形式,它的齿实际上是一些形状特别的凸角,成为流体的储槽。它们由内外两部分组成,其中一个部分的齿总是比另一个部分多一个。受压的流体作用于这颗齿,使一个部分围绕另一个部分旋转。从理论上说应存在两线间滚动接触,啮合的零件上几乎不会有应力或磨损。但实际上,零件难以精密制造,某些尺寸差异是不可避免的。
设计的关键在于凸轮转子的形状,如何让它产生功率;阀门的大小和配置,材料的所选择等。在工作原理方面,凸轮转子液压马达和凸轮转子气动马达基本上是一样的,速度范围也差不多。但空气是可以压缩的,相对于流体能源工对于液压流体来说,它是一种不同的介质。但因此,凸轮转子气动马达同凸轮转子液压马达还是有一些不同之处。
在液压马达里,一般是凸轮转子的外部装配后间接形成的,根据装配尺寸链的理论知,瓦为尺寸链的封闭环,其余各环均为组成环。对比两种气动发动机的装配尺寸链,不难看出:
1.带有死点圆弧气动发动机的死点间隙不受偏心距e的加工误差的影响,设计时,可适当增大气缸偏心距的制造公差,以降低其加工的难度。
2.带有死点圆弧气动发动机的装配尺寸链中的组成环较少,根据封闭环的公差等于
各组成环公差之和的原理知,在规定相同的死点间隙的变化范围时,该尺寸链中各组成环分配的制造公差较大,加工比较容易。
3.死点圆弧与气缸外圆同心,加工方便,容易保证加工精度。
通过以上分析,可知带有死点圆弧的叶片式气动发动机与一般结构的叶片式气动发动机相比,具有工艺性好的特点。此外,在气缸内腔增设死点圆弧后,气动发动机的死点封气性较好,有利于保证气动发动机的性能。
芬固定,内部分绕外部分旋转,功率是以内部分传输到输出轴上。为了补偿因凸角数目不同而引起的偏心影响,就要使用多槽的轴。两头磨损,易受扭力和润滑不足的影响,便成为设计中难以避免的弱点。若用空气做工作流体,这个弱点将更加明显。因此,气动马达改成不用多槽轴。它的凸轮转子的内部分同心地固定在轴上一起旋转;功率由外部分产生,外部分绕内部分旋转。这样设计已证明是可靠的、寿命长的,尽管由于以空气作介质而使工作环境条件苛刻了。
两者的另一个不同是在阀门方面。液压马达通常在凸轮转子的两侧开口,这样虽然复杂了一点,但却使较小型的壳体里有了较大的进出口。较大的直通阀门减小了流动限制和压力降,提高了马达的效率。在液压马达和气动马达里,只要阀门配置得恰当,流动可以是正方向,也可以是反方向,即马达是可逆的。
凸轮转子内外两部分的凸角数目也不同。例如一般的液压马达是内部分有6个凸角,外部分有7个凸角,而气动马达是内部分有3个凸角,外部分有4个凸角。凸角的数目虽然不影响效率,但不同数目却影响转速和扭矩。若想让马达功率超过1马力,而且转速要高一点,那么就应使凸角数目多一些。LSHT液压马达的凸角数目较少,能提供较大的排量和扭矩。
因为空气不象液压流体那样有润滑性,所以材料的选择很重要。由于这个原因,又因工作压力不高,所以凡是可能有摩擦和磨损的地方都选用工程塑料制做。目前凸轮转子马达正在被应用到各种非润滑的场合中
去,而气动马达至今还没有被专门定为用于非润滑场合。
有时候空气是唯一可选用的能源。例如在食品和印刷工业中,由于需要清洁,不允许发生油的滴落或漏泄,
因此便要选用空气作工作介质。空气比液压流体或电安全一些,在许多场合它是有竞争优势的,例如铸造行业常常选用空气作为工作介质,因为它不燃烧,气动马达具有防爆的特性。
有些不适用电动马达的地方可改用气动马达。例如电动马达通常不适合用来驱动水下装置。电动马达尽管有绝缘措施,但仍可能漏电,同时它产生的热量不易散失。
但在许多场合中,究竟选用电动马达好还是选用气动马达好,一下子是分不大清的。对于小功率转动的应用场合来说,电动马达应用的非常普遍,基本上没有用气动马达的,但对于低速的应用场合来说,凸轮转
子气动马达明显优于电动马达,而且往往比较经济。例如这种马达体积很小,产生的扭矩却很大,功率为1马力、转速为1725转/分(这个转速在美国比较普遍)的电动马达,重40磅,能产生36磅·英寸的扭矩;而4英
寸长的小型气动马达,重量只有10磅,则能产生200磅.英寸的扭矩。为了提高电动马达的转矩,人们增添了减速器,但这样一来又提高了重量、体积和成本。再如凸轮转子气动马达具有可变速能力。可变速的电动马达往往成本很高,而气动马达由于速度是同流量成正比例关系的,就具有了可变速的性能。而且由于压力的变化可以影响扭矩,在一定速度下可通过压力的调整来调节扭矩。
这样,在使用这种马达时便有了很大的灵活性。速度可以通过提高或减小流量来改变,扭矩可以通过调整压力来调节。
由于气动马达是用进出口之间的压力降作为驱动力,压气膨胀,温度就下降,因此这种马达具有自冷的本能。而电动马达在使用时会产生热量。电动马达通常不停车不能反方向起动,即不停车不能逆转。气动马达可以瞬时逆转,不会损坏。
在许多应用场合,能源切断后马达发生惯性转动是不理想的。例如在转动铣床的水
平分度头时,能源切断后马达继续转动就不可以。凸伦转子气动马达一侠流动截断就能立即停转,不需增添制动器。而电动马达在切断电源后会继续转动一阵子。凸轮转子气动马达在流动停止后无须制动器或离合器便可把载荷固定在一个给定位置上。而电动马达静止后,只有设法克服了轴承摩擦力才使轴转动。
增大,转速同时减小,直至达到最大的能力,这时马达便停转。气动马达不同于电动马达,可无限期地失速停转。
气动马达通常间歇运行,以节约能源,充分利用其优良的起动、停车和可逆转的特马长。而电动齿轮马达通常连续运行,避免频繁地起动
