平面式并联齿轮马达径向力分析

　　1 概述

　　齿轮马达具有结构简单,制造容易,抗污染能力强,价格低廉等突出优点,因而得到了广泛的应用,但传统的只有一对齿轮的外啮合齿轮马达,存在着转矩脉动率大和径向力不平衡的缺点,导致齿轮轴和轴承承受较大的偏载,加剧了磨损,缩短了工作寿命,也降低了马达的工作可靠性。为改善齿轮马达的性能,可采用多齿轮马达,本文对其中结构较为简单的三齿轮马达的齿轮径向力作深入的分析、研究,说明了特点,为该种马达的推广使用奠定基础。

　　2 结构原理

　　该种马达的结构原理如图1所示,中心齿轮(扭矩输出齿轮)和2个空转齿轮分别构成2个外啮合齿轮马达(子马达);在壳体内二子马达的进、出油口是分开的,而在端盖上开有2对进油孔和出油孔,用管道分别相连后,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),进而对齿轮的回转中心产生驱动力矩,推动齿轮按图1所示方向旋转,随着齿轮的旋转,液压油被从高压侧带向低压侧,再通过排油管排出。齿轮旋转时,即向外输出转速和转矩,以克服工作机构的负载力矩,并使其运转。马达的输出转矩应是3个齿轮所产生的液压力矩的叠加,输出转速同中心齿轮的转速。该种齿轮马达可采用外部管路连接的方式来实现配流,无需专门的配流装置,同普通齿轮马达结构十分相似(也采用三片式结构),便于设计、制造、安装和使用。

　　3 径向力分析

　　3.1 扭矩输出齿轮

　　(1)液压径向力

　　扭矩输出齿轮在工作时,同时和两侧的2个空转齿轮相啮合,形成了对称布置的2个子马达。由于每个子马达的进出油口对称分布,液压径向力也是对称分布,如图2所示。设2个液压径向力分布区间的合力分别为Fp1和Fp2(Fp1=Fp2),同y轴间的夹角为C,将Fp1和Fp2向扭矩输出齿轮中心简化,可得到一对等值反向的力,再将其分别向x轴和y轴投影可得

　　即作用在扭矩输出齿轮上的液压径向力的合力等于零。在作马达结构设计时,无需在扭矩输出齿轮的对应位置上开设均压槽。

　　(2)啮合力

　　设扭矩输出齿轮同2个空转齿轮的啮合力分别为Ft1和Ft2,在齿数和模数相同时,Ft1=Ft2。由机械原理可知,啮合力的作用方向同啮合线重合,将其向扭矩输出齿轮的中心简化,亦可得到一对大小相等,方向相反的作用力(见图2),将其分别向x和y轴投影可得

　　即作用在扭矩输出齿轮上的啮合力的合力也为零。

　　(3)合成径向力