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摘要 文章介绍的非圆齿轮轮系是一种新型低速大扭矩液压马达的动力部分。是一种性能良好的低速大扭矩液压马达。具有结构简单、工作压力高、排量大、噪声低、对污染敏感性低等特点。对轮系节曲线参数的确定、加工中的问题和解决方法以及实物试验等作了全面的说明。
关键词：非圆齿轮轮系 节曲线 加工 试验
低速大扭矩液压马达具有转速低输出扭矩大的特点。这类液压马达的输出扭矩一般都大于1000Nm,大排量马达的扭矩可达105N·m以上，其稳定工作车速可低至每分钟数转。由于它的低速大扭矩特点，使用时可以直接驱动负载，一般不用减速装置。采用低速成大乞求矩液压马达直接驱动负载，具有低速运转平稳、启动效率高、转动惯量小、加速和制动时间短、结构紧凑、布置灵活等优点。但一般情况下由于输出扭矩大，需要安装尺寸较大的制动器。较为多见的低速大扭矩液压马达，主要是柱塞式、摆线齿轮式和叶片式，一般齿轮式液压马达则多为高速和中速。
（图片） 1 结构
此种新型的低速大扭矩液压马达采用的结构如图1所示，它由带齿的非圆转子1、行星齿轮2、内侧带齿的定手齿圈4、前端盖3、后端盖6及转轴8组成。非圆转子周围是行星齿轮，它们相互啮合。前、后端盖分别于装置的前、后端。转轴位于装置的中部，垂直穿过前、后端盖和其中的非圆转子，并与非圆转子固结在一起。前、后端盖与非圆转子、行星齿轮和定子齿圈之间形成密封空间。图1中的结构在通入液压油后，行星齿轮在高压油的作用下一方面绕自身转轴自转，一方面在密封空间中移动，与行星齿轮啮合的非圆转子随之转动，通过转轴输出扭矩。行星齿轮的移动及非圆转子的转动导致内部密封空间的容积随着变化，这样有些密封容积变大，需要输入液压油；有些密封容积变小，需要排出液压油；因此我们在后端盖上合适的位置设置进油孔、出油孔可以使正常运转。
非圆齿轮轮系液压马达最重要的就是其能量转换部件；非圆齿轮轮系如图2（图中的齿轮以节曲线表示）所示，图中节曲线为三角形的齿轮为图1中的带齿非圆转子，节曲线为四方形的齿轮为内侧带齿的定子龅 圈，7个圆柱齿轮为行星轮，1、3、5、7为进油孔，2、4、6、8为出油孔。
（图片） 2 轮系节曲线参数的确定
液压马达设计时，首先应根据尺寸、输出扭矩、排量要求来选择合适的模数和齿数。模数在可能的情况下选取最大的，有利于提高齿轮的强度，但同时应考虑行星轮的齿数，模数过大，在相同尺寸的要求下，齿数太少则行星轮承受载荷能力受到影响；根据行星轮齿数得到轮系的变位系数，三角轮、四方轮节曲线的曲率较大，一般不考虑根切问题，然后得到三角轮、四方轮节曲线；轮系的压力角过大影响传动效率，但可以提高轮齿的强度，而且与机械退刀不会发生干涉。
下面我们具体设计一种此类型的低速大扭矩液压马达。它的性能要求如下：最大工作压力为18MPa，输出扭矩为5000N·m；排量为1.75L/r；轮系尺寸要求：长度和宽度均小于200mm，高度为80mm。
设计出如下的非圆齿轮轮系，轮系中各齿轮的设计参数如下：
模数=2；轮系高度=80mm；
三角轮：齿数=78；齿顶高系数=0.8；齿根高系数=1.25；变位系数=0.4；负变位；长轴=85.656;短轴=65.998。
四方轮：齿数=104；齿顶高系数=0.8；齿根高系数=1.25；变位系数=0.4；正变位；长轴=109.656;短轴=89.998。
行星轮：个数=7；齿数=12；变位系数=0.4；正变位。
3 加工中的问题及解决
三角轮和四方轮是在数控插齿机上加的，机床一共有三个轴：Y、B、C。Y轴平行于机床导轨。刀具在Y轴上直线移动，B轴是刀具旋转轴；C轴是工件旋转轴，如图3所示。
（图片） 在实际加工过程中，主要遇到了下面的三个问题：根切、带刀和泄漏。
（1）根切 由于受到尺寸的限制，在整个轮系中行星轮的齿数最少，只有12个容易产生根切。为了尽量减少变位系数，我们采用短齿（齿顶高系数=0.8）及较大的齿形角（20º），但此时齿轮传动重合度将减小，影响传动的连续性和平衡性，同时在传递同样的转矩时，齿廓间的下压力也将增大，增加了功率的损耗。此时圆柱齿轮的最小不根切齿数为14，仍然需要正变位。为了保持正常的啮合关系，行星轮正变位后，三角轮应负变位，四方轮应下变位，各齿轮的变位量相同，啮合节曲线的位置不会改变。非圆齿轮的变位与圆齿轮变位相似，刀具要沿工件和刀具的中心连线移动一个距离，所走过的轨迹是原节曲线的等距线。
（2）带刀 在三角轮和四方轮的加工过程中遇到带刀问题，这是由让刀运动不配合，影响了齿轮的齿形和表面精度。可以用下法来解决：一是在设计时，增大插齿刀的齿形角，但这会啬功率的损耗；最根本的方法是采用四轴的数控插齿机，把原自动让刀系统改变为机床上可以控制的一个轴，配合其它三个轴的运动来避免带刀。
（3）泄漏 在液压马达的运转过程中，遇到的最重要的问题之一是泄漏的问题基本上是如何保证侧面间隙适度的问题，在合理的结构设计基础上，需要的是精密加工。
4 低速在扭矩液压马达的实物试验
在非圆齿轮；轮系制造完成后，就可以装配成液压马达，同时我们设计了马达试验台对马达的性能进行测试。试验台原理是使用两台相同型号的新型液压马达，其中一台作为马达，带动另一台（此时作为加载泵），中间用油路连接；通过力、压力传感器，可以测出马达的工作压力及此时的输出扭矩。并将有关数据用计算机实时采集、打印。
按上面参数制造的液压马达，试验结果如下：
液压油压力：5MPa时，T=146.1N·m;10MPa时，T= 2096N·m；15MPa时，T=4342N·m；18MPa时,T=4924N·m
结果与理论计算基本相符，试验过程中液压马达的稳定转速小于5r/min,符合低速大扭矩马达的要求。但在试验过程中输出扭矩脉动较大，需要进一步的研究。
6/10/2004
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