1、本科毕业论文（20 届）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 本科毕业论文I摘 要传统的摆线针轮液压马达的运动输出机构结构比较复杂，循环油路设计也十分复杂，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。为了克服其中的不足，设计了一种新的行星针轮摆线液压马达。本文的研究步骤如下：一.介绍摆线针轮液压马达的发展概况和发展趋势；二. 对行星摆线针轮进行研究，其中先分析行星摆线针轮的工作原理，接着分析它的运动；三. 介绍外行星摆线针轮液压马达的基本理
2、论问题；四.对外行星摆线针轮液压马达的主要结构进行分析，先介绍它的组成，接着分析它的工作原理，最后介绍新型液压马达的原理及应用。五. 研究外行星摆线针轮液压马达的关键技术，对液力传动机构、油路循环机构、油路密封机构、端面配流机构进行研究，最后对整体机构进行研究。此马达采用孔销输出机构，实现了同步端面配流，缩短了轴向尺寸，大大减轻了重量。总体结构相对简单和紧凑，提高了转速和效率，且密封性能良好。关键词：针轮摆线液压马达；孔销输出机构； 端面配流； 密封性能Abstract本科毕业论文IItraditions the motion output organization structure lay
3、ing bare the line needle wheel hydraulic pressure motor is comparatively complicated，circulation oil road design is also very complicated，hermetic sealing is neither sufficient，adopt axial to mating stream way，whose ceaseless change of rate of flow，overall efficiency and speed regulation range using
4、 the hydraulic pressure motor to be difficult to improve. For overcoming deficiency among them， motor having designed that the new planet needle wheel lays bare line hydraulic pressure among one. The main body of a book research step as follows:1st chapter introduces the general situation and develo
5、ping trend laying bare; 2nd chapter arranges the line needle wheel to the planet being in progress studying， analyses a planet among them first laying bare line needle wheel operating principle， proceed to analyse its motion; 3rd chapter introduces that the outer planet lays bare the fundamental lin
6、e needle wheel hydraulic pressure motor theory problem; 4th external chapter planet lays bare main line needle wheel hydraulic pressure motor structure carrying out analysis，the composition introducing it first， proceed to analyse its operating principle， introduces new model hydraulic pressure moto
7、r principle and applies finally. 5th chapter studies the outer planet laysbare the line needle wheel hydraulic pressure motor key technology，circulation organization，the oil road seal off organization，end face matches stream organization being in progress studying to the hydraulic drive organization
8、，oil road，be in progress finally to overall organization studying.This motor has adopt a hole to sell the organization outputing，has realized synchro end face matching stream，has shortened the axial dimension，has lightened weight greatly. Population structure is relatively simple and compact，have im
9、proved the rotation rate and efficiency，the hermetic sealing function is fine and.Keywords: The needle wheel lays bare the line hydraulic pressure motor; The hole sells the organization outputing; End face matches stream; Seal off a function目 录本科毕业论文III前言 .1第 1 章 摆线针轮液压马达发展 .21.1 摆线针轮液压马达发展概况 .21.2
10、摆线针轮液压马达发展趋势 .3第 2 章行星摆线针轮的研究 .72.1 摆线行星针轮传动 .72.2 摆线行星针轮传动的工作原理 .72.3 摆线行星针轮传动的运动分析 .8第 3 章 外行星摆线针轮液压马达的基本理论问题 .113.1 摆线的形成及啮合基本公式 .113.2.摆线啮合的主要几何关系 .123.3 液压摆线齿轮马达排量计算 .133.4 受力扭矩的产生 .133.5 容积效率问题分析 .143.6 启动扭矩和最低转速 .143.7 流量脉动率 .15第 4 章 外行星摆线针轮液压马达主要结构分析 .164.1 外行星摆线针轮液压马达组成 .164.2 外行星摆线针轮液压马达的工
11、作原理 .174.3 新型液压马达原理及应用 .174.3.1 新型液压马达的原理 .174.3.2 新型液压马达的特性 .174.3.3 新型液压马达的应用 .18第 5 章 外行星摆线针轮液压马达传动研究 .195.1 液力传动机构的研究 .195.1.1 液力传动的自身特点 .195.1.2 液力传动在使用中注意事项 .195.2 运动输出机构的研究 .205.2.1 摆线轮柱销孔和柱销之间初始间隙的计算 .205.2.2 受力分析的基本原则 .21本科毕业论文IV5.2.3 最先接触位置处柱销接触力的计算 .215.2.4 最先接触位置处柱销总变形的计算 .225.3 油路循环结构 .
12、225.4 油路密封结构 .225.5 端面配流分析 .23结 论 .24致 谢 .25参考文献 .26本科毕业论文1前言开发海洋，船舶先行，而船舶行业发展的前提是船舶设计、制造、与维修行业首当其冲。老式的船用摆线针轮液压马达，目前在各类运输船上被广泛使用。老式的船用摆线针轮液压马达，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。同时，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。这些都严重阻碍
13、了实现浙江船舶工业“十一五”规划，以我省船舶工业发展的主攻方向是船舶修造，以修起步，基本形成国际化修船体系，具备双高船舶修理或改装能力和海洋工程平台坞修能力，修船坞容量达 400 万吨，具备 30 万吨级船舶坞修能力，修船量占国内总量的 20以上的目标。为了弥补老式船用摆线针轮液压马达使用中存在的不足，设计了一种新型的行星针轮摆线液压马达，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 根圆柱销轴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，即孔销机构为运动输出机构，
14、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，和孔销机构中方式，和具有全方位充分密封结构循环油路，形成这种各相关零件的装配关系的条件，新型的行星针轮摆线液压马达是一条空间结构同步同心旋转的端面配流的马达。新型船用摆线针轮液压马达以此来更好地解决船舶动力与阻力及航速的问题。摆线马过就是通过将高压油转化转动力矩一种动力机。它可用在大多数的机械交通工具上，而且运转平稳，不会有太大的振动，高效率的转化使资源得以充分利用。本科毕业论文2第 1 章 摆线针轮液压马达发展1.1 摆线针轮液压马达发展概况液压技术渗透到很多
15、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。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。液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。 由于
16、要使用原油炼制品来作为传动介质，近代液压传动技术是由 19 世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到 20 世纪 30 年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大，反应快，动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元件的标准化，规格化，系列化而在机械制造，工程机械，材料科学，控制技术，农业机械，汽车制造等行业中推广开来。由于军事及建设需要的刺激，液压技术日益成熟。20 世纪 60
17、 年代后，原子能技术，空间技术，计算机技术等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动，控制，检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个方面都得到了应用。如工程机械，数控加工中心，冶金自动线等。液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性优势。经过近一个世纪的发展，液压技术在机械机构及流体原理方面已鲜有创新。但液压技术却从与之相关的技术中得益良多。正如 1998 年德国国际流体技术年会（IKF）上引用的数据表明：近 20 年来，液压技术的发展来源于自身的科研成果仅约 20% ，来源于其他领域的发明占 50%，移植其他技术成果占 30%。我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，目前正
18、处于迅速发展，提高的阶段。其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自从 1964 年从国外引进一些液压元件生产技术，同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80 年代起更加速了对国外先进液压产品和技术的有计划引进，消化，吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量，经济效益，研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。随着工业迅猛发展逐日发展壮大，相继建立了科研机构和专业生产厂家，从事液压技术研究和液压产品生产。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
19、为行星轮，行星轮绕着太阳轮公转相啮合的液力传动机构；其运动输出机构结构比较复杂，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。本科毕业论文3目前我国摆线马达按照配流方式可分为两类: 一类为轴配流式, 有 3 个系列: BM1、BM 2、BM 3,以南京某厂为代表; 图 1.1 BM1 摆线马达 图 1.2 BM2 摆线马达 图 1.3 BM3 摆线马达另一类为端面配流结构, 有 4 个系列:BM - C、BM - D、BM - E、BM - F, 以上海某厂为代表。
20、图 1.4 BM-C 摆线马达 图 1.5 BM-D 摆线马达图 1.6 BM-E 摆线马达 图 1.7BM-F 摆线马达其它还有镇江、石家庄、山东等地厂家生产。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；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，新型的行星针轮摆线液压马达，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
21、传动机构，另借助 4 根圆柱销轴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，即孔销机构为运动输出机构，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，和孔销机构中方式，和具有全方位充分密封结构循环油路，形成这种各本科毕业论文4相关零件的装配关系的条件，新型的行星针轮摆线液压马达是一条空间结构同步同心旋转的端面配流的马达。1.2 摆线针轮液压马达发展趋势21 世纪是一个高度自动化的社会，随着科技的发展和人类的新需要，大型智能型行走机器人将应运而生。资料表明，液压技术作为能
22、量传递或做功环节是其中必不可少的一部分。故无论现在还是将来，液压技术在国民经济中都占有重要的一席之地，发挥着无法替代的作用。现代液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向 21 世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。下面从考查其主要服务领域需求人手，来展望液压技术的发展趋势。（1）减少能耗, 充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失
23、和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道 ,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展 3 通径、4 通径电磁阀以及低功率电磁阀。改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造
24、成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。（2）主动维护液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算
25、出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。（3）增强对环境的适应性、拓宽应用范围本科毕业论文5泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。 过去，液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空
26、气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。 （4）数字化液压技术的应用实现机电一体化充分利用现有的液压 CAD 设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计- 制造 -销售 -使用-设计的闭环系统。将计算机防真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。下一个目标是，
27、利用 CAD 技术支持液压产品到零不见设计的全过程，并把 CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（CIMS），使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：a.电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压 on-oE 系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，为适应上述发展, 压力、流量、
28、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。b.发展和计算机直接接口的功耗为 5mA 以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于 3mS)等。c.液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断，由于计算机的价格降低，监控系统，包括集中监控和自动调节系统将得到发展。d.计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。e.由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。液压行业：液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。气动行业：
