低速大扭矩Ⅰ型复合齿轮转子马达的机理研究

　　引言

　　齿轮马达因具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、工作可靠、价格低廉,且对油液污染不敏感等特点,因而广泛用于各种矿山机械和工程机械中。低速大扭矩马达的转速一般都在400 r/min以下,其输出扭矩一般都大于1 000 N·m,大排量马达的扭矩可达10⁵N·m以上,其稳定工作转速可低至每min数转,由于它具有低速大扭矩的特点,所以使用时可以直接驱动负载,一般不用减速装置。该种液压马达广泛应用于农用机械、船舶机械、港口机械、工程机械、采矿机械等的液压系统中。采用低速大扭矩液压马达直接驱动负载,具有低速运转平稳,启动效率高,转动惯量小,加速和制动时间短,结构紧凑,布置灵活等优点。常见的低速大扭矩液压马达型式有曲柄连杆式、径向柱塞式、静力平衡式、叶式等。本文提出一种新型低速大扭矩齿轮转子马达,具有低速启动性能好,输出扭矩大,可广泛应用于农用机械、矿山机械和工程机械中,当马达的工作轮及缸体用特殊材料加工或处理时,可用于纯水液压系统。

　　1　齿轮转子马达的结构及工作原理

　　1.1　结构原理

　　为便于分析,以一对外啮合齿轮转子马达为例,分析其基本结构原理(如图1所示)。

　　从图1可以看出,该马达和普通齿轮马达的本质区别在于:¹采用工作轮和传动轮相分离的技术,即工作轮齿间啮合力为零,一对工作轮负责将液压能转换为机械能,并利用轴将机械能通过另一对传动齿轮将扭矩进行输出。º采用了大齿结构[1],其齿高为普通齿轮齿高的2倍以上。

　　1.2　复合齿轮转子马达的定义及分类

　　由于复合齿轮转子马达有多种形式,为了便于研究,将复合齿轮转子马达进行了定义和分类。一个中心轮和若干个行星轮结构构成的齿轮转子马达总称为复合齿轮转子马达。

　　当复合齿轮转子马达的工作轮由标准齿轮副组成时,称为标准型复合齿轮转子马达。当复合齿轮转子马达工作轮的中心轮和行星轮均由普通大齿结构组成时,称为Ⅰ型复合齿轮转子马达。

　　当复合齿轮转子马达的工作轮的中心轮由大齿结构构成,而行星轮上只有大齿槽时,称为Ⅱ型复合齿轮转子马达。

　　1.3　工作原理

　　Ⅰ型复合齿轮转子马达由中心轮A、行星轮B、马达壳体C、密封块及前后端盖等组成,如图2所示。齿轮A为扭矩输出齿轮,B为空转齿轮。由于外啮合多齿轮液压马达中心轮受力平衡,但是空转齿轮上仍作用有不平衡的径向液压力及啮合力。为此空转齿轮B的个数采用3个以上,对称布置,这样可使中心轮受力平衡,同时空转轮可通过在高压腔的对面开平衡槽的方法达到液压力受力平衡(采用6个对称分布),虽然该外啮合齿轮转子马达共有N对高压腔和低压腔。当压力油进入该马达的高压腔时,在齿轮两侧压力差的作用下中心轮A转动,从而输出轴旋转并带动工作机构工作运转。由于有多对齿轮参与啮合(N对),故该马达的排量为普通外啮合齿轮马达的N倍,同样其输出扭矩也为一般普通的齿轮马达的N倍。由于有多对齿轮转子同时参与啮合,可减小齿轮啮合时产生的冲击,而且还能够显著降低输出扭矩的脉动,因此,该马达具有噪声低、起动性能好等显著特点。