1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 BM-630 液压马达的设计 一、前言 当今社会飞速发展，科技进步更是日新月异。工业革命与知识爆炸为科技进步打下了一个坚实的基础。社会也就跨入了一个全新的时代。电子工业与自动化工业的产生为工业的进步提供了机会。现在，随着人口数的增加社会的物质需求量也大大的增加，刺激了各方面工业的发展，而工业的发展则需要很多的源动力，液压摆线马达也就自然而然的应运而生了。 二、主题 20 世纪，由于电力工业的飞发展，工业领域中满目所见、充耳所闻皆是电马达的旋转和轰鸣，因此，人们大大忽视了 液压马达的存在。 其实，电马达由于受磁饱和的限制，在每平方厘米上只能产生数十牛顿的
2、电磁力，其数量级仅为 0.1MPa；而液压马达的工作压力通常为 10 MPa 数量级，两者相差几十甚至数百倍。因此，电此，电马达扭矩很小而转速很高，一般都要通过减速机构方能驱动负载。 液压马达，尤其是低速大扭矩马达，均可直接驱动负载。液压马达力密度大，在同等功率输出情况下，其重量、尺寸仅为直流电马达的 5%20%，相对质量很轻，所以转动惯小，启动、制动、反向运转快速性及低速稳定性好，并可方便地实施无级调速，这些令电马达无法相比的优点 ，使得近 20 年来液压马达和液压技术在全世界都得以迅速地推广应用和深入普及，人们在实践中也越来越感到液压马达的重要性。 世界上经济技术发达国家，一贯重视液压马达
3、的研究、开发、制造和应用，并不断进步和获得新的成果，而且论著颇丰。相比之下，我国由于技术基础较为薄弱，人们的认识水平也远远不及先进国家，国人对于液压马达的论述专著极为罕见，对于液压马达实用技术方面专著更可谓“蹋破铁鞋无觅处”。 到目前为止，液压马达的种类已是层出不穷，有高速液压马达，低速液压马达，摆动液压马达，还有如定量液压马达，变量液压马达，单作用液 压马达，多作用液压马达等，而摆线马达则是属于低速液压马达中的子种类 多作用液压马达中的一种，而单单摆线液压马达也分为好多种：双定子叠加式盘配流摆线液压马达，集成式摆线液压马达， BMR（ 2）轴配油摆线液压马达， BM 式摆线液压马达，外形星针
4、轮式摆线液压马达。 摆线齿轮马达 BM 是我国机械部重点企业、江苏省液压气动密封件协会大批量制造的行星转子式摆线齿轮液压马达。它是一种利用行星减速机械原理的内啮合摆线齿轮马达。这种马达自 1955 年发明以来，随即传入我国，以其独特的优点获得迅的发展。这种优点表现为：结构简单、体积 小、质量轻、转矩大，单位质量功率远比其他类型的液压马达。另外，这种马达的转速范围宽、使用可靠、低速稳定性好、价格低廉。目前全世界的年产量已超过百万台，被广泛应用于塑料机械、工程机械、农业机械、煤矿机械、起重运输机械、渔业机械及专用机床等设备中。 摆线齿轮马达在大多数资料中被列入低转矩液压马，但到目前为止，国内外生产
5、的此类产品，其最大排量为 1250mL/r，瞬时最大输出转矩为 35N m，转速为 180r/min 左右。因此，摆线齿轮马达应属于中速中转矩液压马达的范畴。 1）、摆线马达的定义 是一种利用行星减速机构 原理（即一齿差、少齿差原理）的内啮合摆线齿轮马达，国外称作俄比特马达，我国常简称为摆线马达。 液压马达习惯上是指输出旋转运动的 ,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置 . 2）摆线马达的工作原理 BM 系列摆线马达，尽管与内啮合摆线齿轮泵在零件、结构上有十分相似之处，但在概念上不要错误地认为是内啮合摆线齿轮泵的逆向当马达的使用 1。 如图， 它的工作原理为：摆线齿轮泵由一对内啮合的
6、内外转子所组成，内转子为外齿轮，中心为 1O ；外转子为内齿轮，中心为 2O ， 21OO 即为偏心距 e 。通常，内转子齿数 61z ；外转子齿数 72z ，两者相差一齿。丙者齿廓是一对共轭曲线，外转子齿廓为一段圆弧，内转子齿廓为短幅等距外摆线，工作时内外转子齿廓全部啮合而形成七个密封工作腔。 摆线泵 2的内转子靠轴和轴承定心，外转子靠外 径和壳体配合定心，两者为定轴轮系的啮合运动。当内转子绕 1O 回转时，带动外转子绕 2O 作同向回转下图表示内转子回转 180的过程，也是封闭工作腔逐渐增大与减小的过程。密封容腔 A 在回转过程中，由 61 AA 逐渐增大，形成部分真空，通过泵盖左侧配窗口
7、 a完成吸没，腔 B 在回转过程中由 61BB 逐渐减小，腔内没液通过泵盖左侧配 流窗口 b 而排出。当内转子不停旋转时，泵即可连续完成吸没和排没过程进行工作。 这种马达无明显特点，内转子 61z 每转一周，驱动外转子同方向转过7/6/1 zz 周。亦即这种马达每转一周中仅有 61z 个封闭容腔完成进、排没的容腔变化工作循环，容腔的变化是靠内、外转子相对运动实现的，对于追求排量的液压马达来说，这种内外转子式马达实用价值不大，厂家亦不生产。 BM系列摆 线马达在结构上与上述内外转子摆线马达的最大区别在于将外齿圈固定，去掉内转子的固定支承，而让它在与外齿啮合中作行星运动，既摆线齿轮中心 1O 绕固
8、定圈子中心 2O 公转，而摆线齿轮本身又以 1O 为中心自转，大大强化了内、外齿轮的相对运动，增大了马达排量，成为一种新型的、以体积小、扭矩大，多作用式为特点的马达 行星摆线马达。 由于液压传动易于实现无级调速，传递平稳，承载能力大，元件使用寿命长，易 于实现自动化，易于实现过载保护，易于实现标准化、系列化和通用化，体积小、质量轻、结构紧凑等一系列优点，以及液压马达的一系列优点，将使它在工业的发展中发挥出一个举足轻重的作用，而且也将为工业发展发挥一个不可替代的作用。 3）摆线马达的工作要求 摆线马达作为液压马达的一种，与其它液压马达有诸多的相似之处，如在工作要求上有： 1 重视扭矩效率 2 转
9、速范围很宽，较长时间在低速工况工作 3 通常在零或非常低转速时才达到最高压力 4 要求旋转方向可变。还要求能以泵方式工作， 以便对负载进行制动 5 长时间闲置后，开始工作时要经受温度的突变 6 传动轴要承受来自皮带轮、链轮、齿轮或直接安装的其他轮子的径向载荷。 4） 液压马达的特点及分类 3 从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素 -密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。 但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们
10、的性能要求也不一样，所以同类型的液压马 达和液压泵之间，仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。 液压马达按其结梅类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于 500r min 的属于高速液压马达，额定转速低于 500r
11、 min 的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式 和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节 (调速及换向 )灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低 (有时可达每分钟几转甚至零点几转 )，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。 其它液压马达 3的工作原理略述： 1.叶片式液压马达 由于压力油
12、作用，受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关，其转速由输入液压马达的流量大小来决定。由于液压马达一般都要求能正反转，所以叶片式液压马达的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通人叶片根部的通路上应设置单向阀，为了确保叶片式液压马达在压力油通人后能正常启动，必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良好的 密封，因此在叶片根部应设置预紧弹簧。 叶片式液压马达体积小，转动惯量小，动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合，但泄漏量较大，低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。 2.径
13、向柱塞式液压马达 径向柱塞式液压马达工作原理，当压力油经固定的配油轴 4 的窗口进入缸体内柱塞的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子的内壁，由于定子与缸体存在一偏心距。在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为 。力可分解为 和 两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为，柱塞直径为，力和之间的夹角 为 X 时，力对缸体产生一转矩，使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。 以上分析的一个柱塞产生转矩的情况，由于在压油区作用有好几个柱塞，在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转，并输出转矩。径向柱塞液压马达多用于低速大转矩的情况下。 3.轴向柱塞马达 轴向柱塞泵除阀式配流外，其它形式原则
14、上都可以作为液压马达用，即轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理为，配油盘和斜盘固定不动，马达轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，柱塞在压力油作用下外伸，紧贴斜 盘斜盘对柱塞产生一个法向反力，此力可分解为轴向分力及和垂直分力 Q。 Q 与柱塞上液压力相平衡，而 Q 则使柱塞对缸体中心产生一个转矩，带动马达轴逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向，则马达轴按顺时针方向旋转。斜盘倾角的改变、即排量的变化，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生转矩越大，转速越低。 4齿轮液压马达 齿轮马达
15、在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体外；为了减少启动摩擦力矩，采用 滚动轴承；为了减少转矩脉动齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。 齿轮液压马达由干密封性差，容租效率较低，输入油压力不能过高，不能产生较大转矩。并且瞬间转速和转矩随着啮合点的位置变化而变化，因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩的场合。一般用干工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。 5）课题的研究内容 课题研究的内容不同于已往的行星摆线马达 4，以往的多是内摆线马达，如今研究的的内行星摆线马达，结构或原理方案上上与内摆线马达大致相似，只是此次的摆线马达是摆轮固
16、定，而外部的针轮作摆线转动，但 通过空间的挤压而产生压力的原理与内摆线马达相同。 6）与传统摆线马达的比较 与传统的相比较，此次的摆线马达将以往的内摆线原理一改成此次的外摆线马达，以备特别设备的需要，使液压马达在工业中的使用范围更广，增加了液压马达的种类，从而也就一定程度上地扩大了设备的适用环境。 7）发展现状及其趋势 现今工业的蓬勃了展，为了适应不同工作环境的需求，对设备的要求提出了更多更具有特点化（甚至是个性化）的性能 9，虽然目前的设备种类较多，但是相对于如此多的不同的工作环境对设备又提出了更多的要求，马达则是其中的一种。以往的内 摆线液压马达是内摆线转动，而针轮固定不动，使摆线液压马达
17、的使用环境受到了一定程度的限制，而如今设计出这上款摆轮固定不动，而针轮转动的摆线马达，在一定程度了解决了摆线马达的使用环境，从而很好地扩大了其使用环境。而且由于液压设备的诸多如：易于实现无级调速，传递运动平稳，承载能力大 1。元件使用寿命长，易于实现自动化，易于实现过载保护，易于实现标准化、系列化和通用化及体积小、质量轻、结构紧凑等优点，使摆线马达（包括内、外行星摆线马达）在成为工业发展中一颗璀璨的明珠 2。 三、总结 近年来，各种液压设略去的快速 发展，液压马达是当今研究较多的液力输出方式 5，液压马达是产生液压动力的基础，本论文所研究设计的对传统的内摆线马达的改进设计，结合考虑液压伺服控制
18、今后的发展趋势，利用摆线原理来设计马达，降低成本，并能广范应用于许多的液压设备中，应提高液压马达的利用率。 在此次毕业设计过程中，对于碰到的问题，我能够认真的独立加以思考，并通过查找资料，找到解决的方法。无形中自己的能力得到了提高。在设计过程中，与同学一起讨论问题，从中学到很多，例如建立了仿真数学模型之后，采用仿真软件 MATLAB 对其进行了仿真 CAD 制图一些技巧 ，查找资料的方式及方法。还有在学习过程中如何调整自己的情绪，遇到棘手的问题该如何一步步慢慢解决。而且在这过程中自己的看图能力也得到一定提高。由于知识的缺乏和经验的不足，在设计过程中难免有错误和不足之处，待改进之处还恳请老师指正
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20、教育出版社， 1985 8 虞国跃 ,郑风琴 .摆线液压马达若干问题探讨 J.南京建筑工程学院学报， 1997， 43（ 4）：6367 9 栾振辉 .活齿泵的结构形式 J.煤矿机械， 2000.6 10 何存兴 .液压元件 M.北京：机械工业出版社， 1982 11 从庄远 ,刘镇北 .液压技 术基本理论 M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 1989 12 曹惟庆 ,徐曾荫 .机构设计 M.北京：机械工业出版社， 1998 13 大连理工大学工程画教研室编 .机械制图（第四版） M.北京：高等教育出版社 , 1993 14 哈尔滨工业大学理论力学教研组编 .理论力学（第五版） M.北京：高等
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