复合齿轮马达瞬态扭矩理论研究与实验分析

　　普通齿轮马达结构简单、抗污染能力强和加工方便是其显著的优点,但其结构形式使其不可避免地存在径向力不平衡、输出扭矩脉动较大等缺陷。复合齿轮马达是将内外齿轮马达原理与轮系理论相结合的一种新型的执行元件,具有排量大、扭矩均匀性好、噪声低、径向液压力平衡等优点。现以三惰轮复合齿轮马达为例研究复合齿轮马达的瞬态输出扭矩,多惰轮复合齿轮马达分析方法类似[1-3]。

　　1　复合齿轮马达的工作原理

　　定轴轮系三惰轮复合齿轮马达主要由中心轮、惰轮、内齿轮、密封块、前后侧板、前后端盖(未画出)等组成(见图1)。其中,中心轮与三个惰轮构成三个外啮合齿轮马达,三个惰轮同时又与内齿轮构成三个内啮合齿轮马达,密封块既作为外齿轮马达的壳体,又将内、外齿轮马达的进油腔和排油腔隔开,同时又起到辅助配流作用。复合齿轮马达采用端面配流结构,前后两侧板即配流板。高压油液经侧板上油孔进入到3个外啮合和3个内啮合腔,内齿轮、三个惰轮、中心轮在油液压力作用下产生力矩,驱动齿轮旋转。

　　2　复合齿轮马达的输出扭矩

　　2.1　几何排量及流量

　　复合齿轮马达由三个内齿轮马达和三个外齿轮马达组成,其几何排量[4]为

　　q_M= 12Pm²Bz1 　　(1)

　　式中:z₁为中心轮的齿数;B为齿轮的宽度;m为齿轮的模数。

　　2.2　理论平均输出扭矩

　　复合齿轮马达的理论平均输出扭矩为

　　式中:Δp_M为马达进出油口压力差,Δp=p_H-p_T为进油口压力,p_T为出油口压力,通常假定p_T=0;qM为马达几何排量,q_M=12Pm²Bz1。

　　3　复合齿轮马达的瞬态输出扭矩

　　3.1　概述

　　复合齿轮马达的瞬态扭矩是在理论输出扭矩T_Mt(或实际平均输出扭矩T_M=T_Mtη_Mm)附近波动的。假定液压马达供液压力pH= const,供液流量Qs= const ,则有

　　式中:p_H为供液(入口)压力;Qs为供液(入口)流量;η_Mv为容积效率;η_Mm为机械效率;T_M(t)为瞬态输出扭矩;XM(t)为瞬态输出角速度。

　　由式(3)知,当TM(t)变化时,XM(t)必然变化,因而研究马达的瞬态扭矩与研究马达的瞬态角速度或转速是一致的。研究液压马达瞬态扭矩,方法有两种,一是研究液压瞬态作用力得出瞬态扭矩;二是研究瞬态排液体积,称之瞬态几何排量,qM(t)是非流量概念的瞬态排油体积,根据公式TM(t) =$pMVM(t)分析瞬态输出扭矩。