三极并联齿轮马达输出角速度特性研究

　　0 引言

　　齿轮马达具有结构简单、体积小、重量轻、转动惯量小、制造容易、价格低廉、抗污染能力强等突出优点,因而在矿山机械液压系统中得到了广泛的应 用,但普通齿轮马达,存在着输出转速脉动率大的缺点。本文研究一种具有3个空转齿轮和1个扭矩输出齿轮结构形式的三极并联齿轮马达,对其输出角速度特性进 行较深入地分析研究,以明确特点,利于其推广使用。

　　1 结构原理

　　三极并联齿轮马达主要由中心齿轮(扭矩输出齿轮)、3个对称布置的空转齿轮、壳体、前盖、后盖及配流盘等组成,结构原理见图1。扭矩输出齿轮和 3个空转齿轮分别构成3个外啮合齿轮马达(子马达);在壳体内3个子马达的进、出油口是分开的,而在端盖上开有3对进油孔和出油孔,通过配流盘分别相连 后,汇集成总的进油口和排油口同外界相通。当从进油口输入压力油时,在各齿轮齿面上作用有不平衡液压力(作用方式同于普通齿轮马达),进而对扭矩输出齿轮 的回转中心产生驱动力矩,推动中心齿轮旋转,向外输出转速和转矩。随着齿轮的旋转,液压油被从高压侧带向低压侧,再通过排油口排出。马达的输出转矩应是3 个子马达所产生的液压力矩的叠加;输出转速同于扭矩输出齿轮的转速。由于3个空转齿轮和扭矩输出齿轮分别构成的3个子马达相互独立,进油口和出油口并联, 并共用一个轴向外输出转速和转矩,形成一个由3个子马达(三极)构成的并联齿轮马达。

　　2 马达输出转速

　　(1)理论平均转速 因该马达是由3个子马达所构成,在同等齿数时,排量增加3倍,所以理论平均转速

　　式中q—子马达的几何排量;

　　Q—输入马达的流量。

　　在输入流量及齿轮参数相同时,角速度减少为普通齿轮马达的1/3,利于改善马达的低速稳定性。如要获得较高的转速,则应增加输入流量。

　　(2)理论瞬时转速 由于有3个子马达同时工作,当输入流量一定时,每个子马达得到的流量为输入流量的1/3,所以由普通齿轮马达瞬时输出转速的计算公式可得理论瞬时转速

　　式中Q_sh—马达的输入流量;

　　B—齿宽;

　　R_e—齿顶圆半径;

　　R—节圆半径;

　　f₁、f₂、f₃—子马达的啮合点距。

　　式(2)也可由三从动轮式复合齿轮泵瞬时流量的计算公式导出,即理论瞬时角速度也相应减小,且随啮合点距而变。

　　3 输出转速的脉动分析

　　齿轮马达的瞬时输出转速和转矩随啮合点同节点之间的距离(啮合点距)的变化而变化,而啮合点距的变化,是由齿轮啮合传动的特点所决定的,是不可 避免的。所以对于只具有一对齿轮的普通齿轮马达,其较大的输出转速和转矩的脉动,也就成了必然。但对于具有3对齿轮啮合的并联齿轮马达来说,在每一瞬时, 每个子马达中至少有1对轮齿处于啮合状态,其输出转速的脉动情况,取决于3个子马达啮合点距的相位变化情况。若能使3个子马达啮合点距的相位变化不同,则 可使3个子马达的瞬时输出转速的极大和极小值交替出现,相互叠加的结果,即可大大减小脉动。由参考文献[1]可知,齿轮马达输出转速的脉动率(不均匀系 数)的计算公式和外啮合齿轮泵的流量脉动率相同。该并联齿轮马达的结构同三从动轮复合齿轮泵基本相同,工作原理互逆,其啮合点距的大小和相位变化也相同, 所以,该马达输出转速的不均匀系数的计算公式也应和具有同样结构的三从动轮式复合齿轮泵的流量脉动系数的计算公式相同(通过详尽的分析也可得到同样的结 论),在取齿数z=3k±1时,该马达输出转速的不均匀系数