1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 新型船用外行星摆线针轮液压马达设计基本理论及关键技术研究 一、 引言 随着海洋运输船不断向大型化、高技术化、安全型和环保型发展，船舶对液压马达设备的要求也越来越高。当今世界船用设备的技术发展正在向着自动化、集成化、模块化、数字化和智能化、大功率、小体积、长寿命、无污染和安全可靠地方向发展。船用液压马达是船舶的重要部分，它决定整个船的性能。为了保证船舶航行的安全和满足当今用世界船用设备的技术发展方向。新型船用外行星摆线针轮液压马达也就船舶技术发展的必然产物。 二、 主题 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
2、装置 。 液压马达亦称为油马达，主要应用于注塑机械、船舶、起扬机等。 马达种类 径向柱塞马达 、 轴向柱塞马达 、斜轴式柱塞马达、斜盘式柱塞马达、低速液压马达、径向柱塞马达、连杆式液压马达 (是结构简单、工作可靠、品种规格多、价格低。其缺点是体积和重量较大，扭矩脉动较大。 ) 无连杆式液压马达、摆缸式液压马达、滚柱式液压马达、轴向式柱塞马达双斜盘式柱塞马达、轴向球塞式马达、叶片马达、 高速马达 、 齿轮马达 (具有体积小、重量轻、结构简单、工艺性好、对油液的污染不敏感、耐冲击和惯性小等优点。缺点有扭矩脉动较大、效率较低、起动扭矩较小（仅为额定扭矩的 60%70%）和低速稳定性差等。 ) 液压马
3、达的特点及分类特点 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
4、，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。 液压马达按其结构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 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
5、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。 液压马达的主要结构形式与原理 叶片式液压马达 由于压力油作用，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
6、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。 径向柱塞式液压马达 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
7、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。 1.单作用连杆型径向柱塞马达 连杆马达、 轴配流液压马达 、五角径向马达装配动画所示为单作用连杆型径向柱塞马达工作原理图，其外型呈五角星状。该马达由壳体 1、曲轴 6、配流轴 5、连杆 3、柱塞 2、和偏心轮 4 等零件组成。 优点：结构简单，工作可靠。 缺点：体积大、重量大，转扭脉动，低速稳定 性较差。 2.多作用
8、内 曲线 柱塞马达 该马达由配流轴 1、缸体 2、柱塞 3、横梁 4、滚轮 5、定子 6 和输出轴 7 等组成。这种马达的排量较单行程马达增大了 1 倍。相当于有 21 个柱塞。由于当量柱塞数增加， 在同样工作压力下，输出扭矩相应增加，扭矩脉动率减小。有时这种马达做成多排柱塞，柱塞数更多，输出扭矩进一步增加，扭矩脉动率进一步减小。因此这种马达可做成排量很大，并且可在很低转速成下平稳 运转。由于马达需要双向旋转，因此叶片槽呈径向布置。 3.柱塞式高速液压马达 柱塞式高速液压马达一般都是轴向式。 轴向柱塞马达 轴向 柱塞泵 除阀式配流外，其它形式原则上都可以作为液压马达用，即轴向柱塞泵和轴向柱塞马
9、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。 齿轮液压马达 齿轮马达在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、具有对称
10、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。 高速液压马达 额定转速高于 500r/min 的马达属于高速马达。高速马达的基本形式有齿轮式、叶片式和轴向柱塞式。它们主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。 低速液压马达 转速低于 500r/min 的
11、液压马达属于低速液压马达。它的基本形式是径向柱塞式。低速液压马达的主要特点是：排量大，体积大，转速低，可以直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大大简化，低速液压马达的输出扭矩较大，可达几千到几万 Nm，因此又称为低速大扭矩 液压马达。 叶片液压 马达 叶片马达 叶片马达与其他类型马达相比较具有结构紧凑、轮廓尺寸较小、 噪声 低、寿命长等优点，其惯性比 柱塞马达 小、但抗污染能力比齿轮马达差、且转速不能太高、一般在 200r/min 以下工作。叶片马达由于泄漏较大，故负载变化或低速时不稳定。 摆线马达 19 世纪 50 年代末期，最初的低速大扭矩液压马达是由 油泵 的一个定转子部件发展
12、而来的，这个部件由一个内齿圈和一个与之相配的齿轮或转子组成。内齿圈与壳体固定能接在一起，从油口进入的油推动转子绕一个中心点公转。这种缓慢旋转的转子通过花键轴驱动输出成为 摆线液压马达 。这种最初的摆线马达问世后，经过几十年演化，另一种概念的马达也开始形成。这种马达在内置的齿圈中安装了滚子 .具有滚子的马达能提供较高的启动与运行扭矩，滚子减少了摩擦，因而提高了效率，即使在很低的转速下输出轴也能产生稳定的输出。通过改变输入输出流量 的方向使马达迅速换向，并在两个方向产生等价值的扭矩。各系列的马达都有各种排量的选者，以满足各种速度和扭矩的要求。 摆线马达液压马达主要参数 1工作压力与 额定压力 工作
13、压力：输入马达油液的实际压力，其大小决定于马达的负载。 马达进口压力与出口压力的差值称为马达的压差。 额定压力：按试验标准规定，使马达连续正常工 作的最高压力。 2排量和流量 排量： VM (m/rad) 流量 不计泄漏时的流量称理论流量 qMt，考虑泄漏流量为实际流量 qM。 3容积效率和转速 容积效率 Mv：实际输入流量与理论输入流量的比值。 4转矩和机械效率 在不计马达的损失情况下，其输出功率等于输入功率。 实际转矩 T：由于马达实际存在 机械损失 而产生损失扭矩 T，使得比理 论扭矩 Tt 小，即马达的机械效率 Mm：等于马达的实际输出扭矩与理论输出扭矩的比 . 5功率和总效率 马达实
14、际输入功率为 pqM，实际输出功率为 T。 马达总效率 M：实际输出功率与实际输入功率的比值。 三、总结 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的性能，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。元件使用寿命长
15、，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。 参考文献 ： 1成大先 .机械设计手册 M， 5 版 .北京：化学工业出版社， 2008.1. 2黄锡恺，郑文纬 .机械原理 M .北京：高等教育出版社， 1985. 3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 (04) ： 63 67. 4郑州工学院摆线针轮行星传 摆线液压马达若干问题探讨 J.南京建筑工程学院学报 ， 1997，23(14)： 36 40. 5王洪举 ， 吕
16、景忠 ， 谭靖 .摆线液压马达渐开线花键万向节的运动分析 J. 建筑机械 ， 1996，53(11)： 39 43. 6张玉莲 ， 章 海 .一种新型的行星针轮摆线液压马达设计研究 J.液压与气动 ， 2006， 197(09)： 51 54. 7詹友刚， Pro/ENGINEER 中文野火版 4.0 产品设计实例精解 M.北京：机械工业版社， 2008 6. 8王知行 .，刘廷荣机械原理 M.北京：高等教育出版社， 2000.2. 9范存德 .液压技术手册 M.辽宁：辽宁科学技术出版社， 2004.1. 10吴永宽，郑剑云，陈天旗，何卫东 .摆线针轮行星传动的几何回差分析计算 J.大连铁道学
17、院学报 .1999.6， 33(02)： 12 17. 11叶邦颜，陈统坚 .机械工程英语 M， 2 版 .北京：机械工业出版 社， 2005.10. 12尹力 . 摆线针轮行星传动的可靠性优化设计 J.重庆交通学院学报 .2005， 13(03)： 29 33. 13饶振纲行星传动机构设计 M北京：科学出版社， 1978. 14范兴国，盛君豪 .渐开线齿轮行星传动的设计与制造 M.北京：机械工业出版社， 2002.4. 15王文藻 . 摆线针轮行星传动的运动分析 J. 通用机械 ， 2006， 15(04)： 11 25. 16徐灏 . 机械设计手册 M . 北京 :机械工业出版社， 199
18、2. 17 Elliot t S J , Johnson M E. Radiation modes and active control of sound powerJ Journal of the A coustical Society of America, 1993, 94 (4) : 2 194-2 204 18 Berkhoff A P Sensor scheme design for active structural acoustic controlJ Journal of the A coustical Society of America, 2000, 108 (3) : 1 037- 1 045
