1、 本科毕业论文 （ 20 届） BM-630 摆线液压马达的设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文 I 摘 要 液压马达是液压传动系统中的执行元件，它将来自液压泵输入的液压能变成作回转运动的机械能，从而驱动负荷进行工作。随着经济的发展和社 会的进步，液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。 课题主要进行了 BM-630 液压马达的结构设计，它是一种大功率，高效率，小体积，低价
2、格的马达。虽然体积小的马达，但是它的通过精心努力的设计功率仍然比普通的马达要大。最关键的是它的效率高，通过计算，它的总效率可以高达 90%以上。 可以预见，此结构在不久的将来，应用范围一定会越来越广，对解决中国能源的紧迫感有重大作用 。应用此技术对国民经济发展中节能、节省资源和降低制造成本也会产生一定的影响，对扩大液压机械的应用开拓是一项重大的贡献。 关键词： 摆线马达 ;配油机构 ;定子 ;转子 本科生毕业论文 II Abstract Hydraulic motor is the execute component within the Hydraulic Power Transmissio
3、n System. It transfers hydraulic energy from the hydraulic pump into mechanical energy running rationally. In this way, it drives load working. With the development of society and the economy, the technology of hydraulic pressure penetrates in many fields, applying in civil industry, machine tool, c
4、onstruction machinery, metallurgical machinery, agriculture and forestry machinery, automobile, shipping and so on. Furthermore, it develops into a branch of integrated automatics including transmission, control and detection. The topic is the structure design of BM-630 hydraulic motor ,it is high e
5、fficiency, small volume and low price what is to be studied in this task. With small volume, the hull will face much less resistance in water. Though the volume of the motor is small, it has a power higher than others because of its meticulous design. Whats more, it has very high efficiency with an
6、overall efficiency over 90 percent. It is foreseeable that in the near future this new structure will be applied more and more broadly, making contributions to solving the resource problems in China. It has good influence over energy conservation, resource saving and cost cutting in the development
7、of national economy and makes great contribution to enlarging the application area of hydraulic machinery. Key word： cycloid motor;Distribution oil sector;stator;rotor 本科生毕业论文 III 目录 前言 . 1 第 1 章 概述 . 2 1.1 液压马达的发展及 研究概况 . 2 1.1.1 液压马达的发展与应用 . 2 1.1.2 液压马达的发展趋势 . 5 1.2 几种常见的液压马达 . 5 1.3 BM 摆线液压马达型号的
8、意义 . 6 1.4 摆线齿廓的啮合原理 . 7 1.4.1 摆线齿廓啮合的齿廓形成原理 . 7 1.4.2 摆线针轮的啮合特性 . 8 1.4.3 摆线针轮啮合的连续传动条件 . 9 1.4.4 摆线齿廓方程 . 10 1.4.5 摆线齿廓的曲率半径 . 11 1.5 本章小结 . 14 第 2 章 BM 摆线液压马达工作原理和几点理论问题 . 15 2.1 BM 摆线液压马达的工作原理 . 15 2.2.1 BM 摆线液压马达摆线的形成及啮合基本公式 . 15 2.2.2 BM 摆线液压马达摆线啮合的主要尺寸计算 . 17 2.2.3 BM 摆线液压马达的排量计算 . 18 2.2.4 B
9、M 摆线液压马达的扭矩计算 . 18 第 3 章 具体的设计计算 . 20 3.1 摆线齿轮的几何计算 . 20 3.2 轴的计算和结构设计 . 21 3.3 螺栓的结构设计 . 23 3.4 摆线轮的结构 设计 . 24 3.5 BM-630 液压马达装配图 . 25 本科生毕业论文 IV 3.6 密封的选择与密封 . 26 第 4 章 主要零件的加工概况 . 29 4.1 摆线转子 . 29 4.2 输出轴 . 33 第 5 章 使用拆卸与装配 . 34 5.1 选择原理 . 34 5.2 使用、拆卸与装配 . 35 5.3 常见故障与排除 . 37 参考文献 . 38 小结 . 39 致
10、谢 . 错误 !未定义书签。 本科生毕业论文 1 前言 液压马达是液压传动系统中的执行元件，它将来自液压泵输入的液压能变成作回转运动的机械能，从而驱动负荷进行工作。液压马达通常可分为高速和低速两大类。高速类液压马达中，生产最早、结 构最为简单的是外啮合齿轮马达，在我国的制造时间始于新中国建立不久的 50 年代初期。随着我国第一个五年计划的提出与实施，作为万业之母的机床制造工业急待迅速发展，因此，上海机床厂、天津液压件厂积极仿制了苏联的包括齿轮泵在内的各种低压泵、阀元件，并立即获得成功。因此，这就可逆地成为我国最早使用的液压马达。 随着经济的发展和社会的进步，液压技术渗透到很多领域，不断在民用工
11、业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技 术。现今，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的 95%的工程机械、 90%的数控加工中心、 95%以上的自动线都采用了液压传动技术。作为在液压技术上的应用而产生的摆线液压马达，在工业发展中更是起着不可磨灭的作用。摆线液压马达的出现，使得马达行业产生了巨大的变改。同时广泛应用于船舶工业，大大提高了船舶的效率，为开发海洋事业给予了极大的帮助。 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
12、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速的发展。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。 传统的摆线针轮液压马达 ,目前在各类机械设备上广泛使用。其结构采用以针轮固定为太阳轮 ,以摆线齿轮为行星轮 ,行星轮绕着太阳轮公转相啮合的液力传动 机构 ;
13、其运动输出机构结构较复杂 ,是采用一套球形内齿外套万向节轴来连接花键轴头 ,轴向尺寸大其循环油路设计也十分复杂 ,其密封也不充分 ,而且采用轴向配流方式 ,其流量不断变化 ,使液压马达的总效率和调速范围难以提高。 为了克服摆线针轮液压马达使用中存在的不足，此次设计了一种新型的行星针轮摆线马达，其基本原理主要采用带左右轴头上装有角接触轴承的摆线齿轮（内齿轮）固定为太阳轮，而行星针轮为行星轮活套组合构成的液力传动机构，另借助 4 根圆柱销组件的圆柱销轴和滚针轴承，把行星针轮与左右端盖串联装配在一起，用螺母拧紧 成一个整体，然后通过左右端盖上的内孔，与摆线齿轮上 2 个角接触轴承定位，装成一只新型的
14、液压马达机体，又利用行星针轮摆线齿轮的啮合付原理结构特点，和孔销机构中各相关零件的装配关系的条件，一条空间结构同步同心旋转的端面配流方式，和具有全方位充分密封结构循环油路，形成一种新型的行星针轮摆线液压马达。 此次设计的马达采用行星针轮摆线啮合付的一齿差原理，又称它为外行星传动机构，它的产生对开拓液压技术应用范围将是一次重大的突破。它的技术优势明显，具体可分为：优化的液压机械技术、优化的结构创新设计和具有领先的应用技术和较大 的拓展性技术。 本科生毕业论文 2 第 1 章 概述 1.1 液压马达的发展及研究概况 1.1.1 液压马达的发展与应用 液压马达的最初模型可以追溯到公元前 100 中国
15、的水轮 (又称“水车” )，水轮是以流水为动力，进行旋转的动力装置 ;在中国古代，利用水轮驱动灌溉机械和纺车非常普遍。在 19世纪以前液压马达方面技术的发展比较缓慢，随着 19,20 世纪特别是 20 世纪液压传动与控制技术和液压泵的快速发展，对液压系统中具有特定性能要求的转动输出机构的需要越来越迫切，促进了液压马达的快速发展。现在，液压马达己成为液压传动系统中两大输出执行元件之一。 经过上个世纪液压传动与控制技术的快速发展，如今液压传动与控制技术已经成为是集液压技术、微电子技术、传感检测技术、计算机控制及现代控制理论等众多学科于一体的高交又性、高综合性的技术学科，具有显著的机电液一体化特征，
16、广泛地应用于工业、工程机械、农业、林业、渔业、军事、航天等领域，对社会各个领域的发展产生了一系列重大的影响。 系列摆线齿轮马达是我国机械部重点企业、江苏省液压气动密封件工业协会懂事长单位、全国产量最大的摆线马达专业生产厂家南京液压机械制造厂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 减速机构原理的内拟合摆线齿轮马达，国外称作俄比特马达，我国常称作摆线马达。 这种马达自 1955 年发明以来，随即传入我国，它以其独特的优点获得了迅速的发展。这些优点集中的表现为：结构简单，体积小，质量轻，转矩大，单位质量功率远比其它类型的液压马达大。另外，这种马达的转速范围宽，使用可靠，底速稳定性好
17、，价格低廉。目前全世界的年产量已超过百万台，被广泛应用与塑料机械，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设备中。 摆线齿轮马达在大多数资料中被列入低速大转矩液压马达，但到目前为止，国内外生产的此类产品，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 。 图 1.1 摆线齿轮泵的工作原理 本科生毕业论文 3 BM 系列摆线马达，尽管与内啮合摆线齿轮（转子）泵在零件，结构上有十分相似之处，但在概念上不要错误的认为是内啮合摆线齿轮泵的逆向当马达的使用。现将摆线齿轮（转子）泵的工作
18、原理，结构简介如下： 如图 1-1 所示，摆线齿轮（转子）泵由一对内啮合的内外转子组成，内转子为外齿轮，中心为 O1；外转子为内齿轮，中心为 O2, O1 O2 即为偏心距 e。通常，内转子齿数 z1 6，外转子齿数 z2 7，两者相差一齿。两者齿廓是一对公轭曲线，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 O1回转时，带动外转子绕 O2作同向回转。图 1-1（ a） （ f）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。
19、密封容腔 A 在回转过程中由A1 A2 逐渐增大，形成部分 真空，通过泵盖左侧配流窗口 a 完成吸油，腔 B 在回转过程中由B1 b6 逐渐减小，腔内油液通过泵盖右侧配油窗口 b 而排出。当转子不停旋转时，泵即可连续完成吸油和排油过程，进行工组。 图 1-1 的这种内、外转子式摆线齿轮泵当然能作为马达使用（见图 1-2 左）。但这种马达无明显特点，内转子 z1 6 每转一周，驱动外转子同方向转过 z1/z2 6/7 周。亦即这种马达每转一周仅有 z1 6 个密封容腔完成进、排油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，这种内外转子式液压马达的实用价
20、值不大 ，厂家亦不生产。 图 1.2 内啮合摆线马达的比较 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（见图 1-2（右）将外齿圈固定（而不再成为转子），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即摆线齿轮中心 O1绕固定齿圈中心 O2公转，而摆线齿轮本身又以 O1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。 通常认为，液压马达只不过是液压泵进行反向能量转换而已，但这只是一种粗浅的片面的理解。液压泵和 液压马达，从原理上讲两者具有可逆性，即任何一种容积式泵都可以作容积式液压马达使
21、用，反之亦然。但是，泵和马达在工作要求上有很多不同之处，对某些液压本科生毕业论文 4 泵或液压马达而言，为了改善各自的性能 (如效率、额定转速、额定转矩、低速平稳性等 )以适应不同的应用场合，相应类型的液压泵和液压马达在各自的具体结构上还是有差别的，它们在结构上的差别主要有： 1)液压马达需要正反转，在内部结构上必须具有对称性，而液压泵常是单方向旋转运行，为提高效率，大都是非对称的。例如，齿轮泵常采用不对称式卸荷槽结构，而齿轮马达则须使用对称式的 ;叶片泵 的叶片槽在转子上常具有一安放倾角，而叶片马达的叶片槽则必须径向布置，若倾斜布置的话，反转时即会折断叶片 ;轴向柱塞泵的配流盘为减除气穴现象
22、与噪音，常采用不对称结构，而轴向柱塞马达必须采用对称结构等。 2)液压马达在确定轴承的结构形式及其润滑方式时，应保证在很宽的速度范围内都能正常地工作，当马达速度很低时，若采用动压轴承，就不易形成润滑油膜，在这种情况下，应采用滚动轴承或静压轴承。液压泵常运行在某一高速区，且转速几乎没有什么变化，因此不存在这一苛刻的要求。 3)液压马达为提高启动扭矩，要求扭矩的 脉动小，结构内部摩擦力小。因此，像齿轮马达的齿数不能如齿轮泵那样少，轴向间隙补偿时的预压紧力也比泵小得多，以减少摩擦阻力而增大启动扭矩。 4)液压马达没有自吸能力的要求，但泵则必须保证这一基本功能，因此，像点接触轴向柱塞式液压马达则不能作
23、泵用。 5)叶片泵依靠转子旋转将叶片抛出的离心力使叶片贴紧定子起密封油作用，形成工作容器。若当液压马达使用，则因启动时没有力量使叶片贴紧定子，无法密封工作容腔，马达无法启动，所以，叶片马达必须有燕形摇摆弹簧或螺旋弹簧等叶片压紧机构，这是叶片泵所没有的。 液压 马达通常可分为高速和低速两大类，它们有着各自的优点和应用场合。通常高速液压马达的输出扭矩不大，仅几十牛 .米到几百牛 .米，所以又称为高速小扭矩液压马达。高速液压马达的主要形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等，同低速液压马达相比，它的优点有 :结构上和液压泵相同或相近，二者零部件通用程度高，易于组织生产和降低成本 ;转动惯量小，能高
24、速启动，高频率的切换 ;工作力矩小，易于制动 ;本身的低速稳定性不好，但在配合减速器使用之后可以得到甚至比低速液压马达更好的低速稳定性 ;价格便宜、重轻，易于现场更换 ;由于有着和泵基本相 同的结构，当负载变成动力使马达进入泵工况工作时，往往可以安全可靠地工作，而低速液压马达往往不能胜任。基于以上特点，高速液压马达在农业、渔业、轻工、纺织、冶金、交通、工程机械、建筑机械、军事、船舶等有着广泛的应用，如 YZK18, YZK20 振动压路机中的钢轮驱动系统为高速液压马达与减速器组合结构 5 ;水下钻孔机液压系统中的高速液压马达 6 通过减速机构驱动花键钻杆 16 转动进行切削运动 。 低速液压马
25、达排量大，体积也较大，转速在低到每分钟几转甚至零点几转时仍能稳定输出几千甚 至几万牛 .米的大扭矩，所以也常称为低速大扭矩液压马达。低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，例如连杆式径向柱塞马达、静力平衡式径向柱塞马达、内曲线径向柱塞马达等。与高速液压马达相比，低速液压马达具有较好的低速稳定性和较高的启动机械效率 ;输出扭矩大 ;由于可以和工作机构直接相连，使得这种传动方式灵活、紧凑，调速性能好。缺点是转动惯量大，制动时较为困难。低速液压马达，由于具有以上特点，使其广泛地应用于起重、运输、冶金、矿山、军事、船舶、水泥和制糖等机械设备的液压系统中。例如， SFJ 系列液压绞车液压系统 (图 1-4)
26、中 的液压马达 4 为低速大扭矩 SGM 系列径向柱塞液压马达，该 SFJ本科生毕业论文 5 系列液压绞车运转平衡、安全可靠，而且效率高、能耗小、噪音低、体积小、外观美，它广泛用于船舶、石油、化工、港口、铁路、汽车起重机等各类起重运输设备中。 1.1.2 液压马达的发展趋势 液压传动与控制的不断发展，对液压马达的性能提出了更高的要求，现有的液压马达性能较之过去也有了较大的改进，可以从以下几个方面看出一些新的发展方向 : 1)压力，现在的液压马达额定压力有明显的提高，过去那种 21MPa 以下压力的马达己经不多见了，它们大都在 25-40MPa 之间。如 SSC, XM 系列斜盘式轴向柱塞马达的
27、额定压力高达2500MPa，额定转速 3000rpm;林德公司的 HMF-02 系列定量柱塞马达和 HMV 系列变量柱塞马达的最高压力为 5OMPa，额定压力为 42MPa，排量分别为 35.6-135.6cmL/r 和 22-135.6cmL/r, HMF35-02 定量柱塞马达的最高转速达到了 4500rpm。 2)转速，近 20 年来，对提高泵的转速引起的振动、高噪声及降低寿命等一系列问题认识的不断深化，对其中一些技术难题的突破，使泵的转速也有了很大的提高。如力士乐 A2FM5斜轴式轴向柱塞液压马达的最高转速达 11000rpm,最高压力 35MPa，排量 4.93 cmL/r。在向高速
28、发展的同时，对低速大扭矩液压马达的低速稳定性性能方面也有了一定的提高，很多该类液压马达能够在 0.2rpm 或者更低转速下稳定运行，如宁波意宁的 INM6-1600 液压马达连续运行转速为 0.2-250rpm，最高运行转速 40rpm，最高压力 45MPa,额定压力 25MPa,额定扭矩6600N.m，排量 1690 cmL/r。 3)输出扭矩，大扭矩的输出能大大简化需要大扭矩的传动系统，有利于提高传动效率 。现有低速大扭矩液压马达的输出扭矩高达几十万牛米，如 NJM-E40 内曲线马达的输出扭矩为114480N.m，最大压力 25MPa,额定压力 16MPa，最高转速 12rpm，排量 4
29、0000cmL/r 。 4)油温，在 20 年以前，技术规定通常最高工作油温为 60 C0 ;现在，技术的进步己经打破了这个界限，油温可远高于此数值。如 CMA, CM5 系列齿轮马达的工作油温为一 20-95 C0 ，排量分别为 16.9-80.4 cmL/r 和 5.2-25cmL/r。 5)噪声，对于改善工作环境的要求愈益提高，各国液压行业都在千方百计降低液压马达的噪声，现已出现了不少低噪声液压马达。现有的一些中小型柱塞液压马达、齿轮液压马达等噪声己降至 60-68dB，即己低于一般电动机噪声水平。 6)多功能液压马达，随着节能等要求的不断提高，具有自动调节的多功能变量液压马达的使用及生
30、产亦不断增大。这类变量液压马达通常与传感器、比例液压元件等结合，形成了输出扭矩、转速、功率等自动调节的控制系统，提高了液压系统的效率。 7)特种液压马达，在某些工业、 军工、深海领域等有特殊工况和特殊性能要求下的液压传动系统，它们往往需要有特殊性能要求的液压马达，需要进行单独设计。 此外，泄漏量、散热性、体积等方面性能以及性价比的提高也将是今后液压马达的发展方向。 1.2 几种常见的液压马达 液压马达的分类有很多种方式。按其结构形式不同可分为齿轮马达、叶片马达和柱塞马达；按排量是否可变可分为定量马达和变量 马达 。此外，液压马达还可以按转速大小将其分为高速液压马达和低速液压马达。 下面就比较常见的几种液压马达做一下介绍：
