第 卷 第 期 燕 山 大 学 学 报 年 月 文 章 编 号 :1007-791X (2011) 06-0493-08 径 向 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 定 子 曲 线 分 析 高 殿 荣 王 志 强 温 茂 森 吴 晓 明 ( 燕 山 大 学 机 械 工 程 学 院 河 北 秦 皇 岛 ) 摘 要 : 提 出 了 一 种 采 用 自 然 水 ( 含 海 水 和 淡 水 ) 作 为 液 压 介 质 进 行 工 作 的 径 向 低 速 大 扭 矩 马 达 与 油 压 马 达 相 比 摩 擦 磨 损 腐 蚀 等 是 水 压 马 达 面 临 的 主 要 问 题 而 合 适 的 定 子 曲 线 可 以 减 少 摩 擦 磨 损 水 击 等 现 象 的 发 生 本 文 根 据 运 动 学 理 论 对 水 液 压 马 达 的 定 子 曲 线 进 行 了 设 计 与 分 析 对 幅 角 修 正 等 加 速 运 动 规 律 和 匀 变 加 速 修 正 等 加 速 运 动 规 律 的 加 速 度 公 式 进 行 了 修 正 对 种 不 同 类 型 运 动 规 律 的 各 区 段 幅 角 进 行 了 设 计 并 结 合 曲 线 方 程 和 水 压 马 达 的 相 关 参 数 绘 制 出 相 应 的 定 子 曲 线 综 合 分 析 了 种 类 型 定 子 曲 线 下 柱 塞 副 ( 滚 球 与 柱 塞 ) 的 加 速 度 速 度 以 及 曲 线 压 力 角 等 特 性 指 出 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 曲 线 较 适 合 于 所 研 究 的 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 关 键 词 : 水 液 压 马 达 ; 定 子 曲 线 ; 幅 角 分 配 ; 加 速 度 中 图 分 类 号 :TH137.5 文 献 标 识 码 :A DOI:10.3969/j.issn.1007-791X.2011.06.005 引 言 水 压 传 动 技 术 用 自 然 水 ( 含 海 水 和 淡 水 ) 作 为 液 压 介 质 具 有 无 污 染 安 全 廉 价 结 构 简 单 再 利 用 率 高 等 诸 多 优 点 符 合 科 学 技 术 向 环 境 友 善 技 术 安 全 节 约 能 源 等 方 向 发 展 的 目 标 近 年 来 随 着 新 型 材 料 的 发 展 加 工 制 造 技 术 的 进 步 水 压 传 动 技 术 得 到 了 很 大 的 发 展 作 为 水 液 压 传 动 系 统 中 的 能 量 转 换 装 置 水 压 泵 和 水 压 马 达 由 于 其 在 水 压 系 统 中 的 重 要 作 用 更 是 学 者 们 研 究 的 热 点 和 重 点 对 于 水 压 马 达 的 研 究 西 方 发 达 国 家 起 步 较 早 国 内 在 这 方 面 研 究 比 较 少 新 加 坡 南 阳 理 工 大 学 的 等 提 出 了 一 种 轴 向 柱 塞 水 压 马 达 并 对 马 达 的 振 动 特 性 及 柱 塞 断 裂 的 检 测 进 行 了 研 究 日 本 横 滨 国 立 大 学 的 和 对 水 压 泵 和 水 压 马 达 的 静 压 轴 承 密 封 件 进 行 了 相 关 研 究 并 发 现 弹 性 材 料 比 刚 性 材 料 能 更 好 的 改 善 静 密 封 轴 承 件 的 承 载 力 我 国 西 安 交 通 大 学 的 卢 勇 赵 远 扬 等 人 设 计 了 一 种 适 用 于 海 水 淡 化 系 统 的 双 作 用 叶 片 泵 并 对 其 流 量 体 积 效 率 能 量 损 耗 与 节 省 等 问 题 进 行 了 分 析 纵 观 国 内 外 在 水 液 压 执 行 元 件 方 面 的 研 究 现 状 和 所 取 得 的 成 果 研 究 的 方 向 主 要 是 水 液 压 轴 向 柱 塞 马 达 和 水 液 压 叶 片 马 达 并 已 有 产 品 问 世 水 液 压 轴 向 柱 塞 马 达 和 水 液 压 叶 片 马 达 属 于 高 速 低 扭 矩 马 达 其 应 用 领 域 和 范 围 不 可 避 免 地 受 到 制 约 特 别 是 在 需 要 低 速 大 扭 矩 的 场 合 以 及 空 间 受 到 限 制 不 便 于 安 装 变 速 箱 的 场 合 在 这 种 情 况 下 本 文 提 出 了 一 种 采 用 自 然 水 ( 含 海 水 和 淡 水 ) 作 为 液 压 介 质 进 行 工 作 的 径 向 低 速 大 扭 矩 马 达 其 内 部 结 构 如 图 所 示 其 工 作 原 理 是 由 水 压 柱 塞 泵 供 给 的 压 力 水 通 过 进 出 水 方 块 进 入 配 流 盘 中 再 流 入 转 子 体 中 并 经 转 子 径 向 柱 塞 孔 作 用 在 与 压 力 水 相 通 的 柱 塞 上 柱 塞 在 径 向 力 的 作 用 下 沿 径 向 向 外 运 动 从 而 将 与 其 接 触 的 滚 球 压 在 定 子 的 内 曲 面 上 如 图 所 示 由 于 定 子 内 曲 线 的 作 用 滚 球 连 同 柱 塞 会 受 到 定 子 给 予 的 反 作 用 力 反 作 用 力 分 解 出 的 切 应 力 通 过 柱 塞 副 ( 滚 球 与 柱 塞 ) 最 终 作 用 在 转 子 体 上 产 生 转 矩 使 转 子 绕 中 心 旋 转 并 在 输 出 轴 上 形 成 一 定 的 转 速 和 扭 矩 收 稿 日 期 : 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( ); 河 北 省 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( ); 高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 联 合 资 助 项 目 ( ) 作 者 简 介 : 高 殿 荣 ( ) 男 辽 宁 盖 州 人 博 士 教 授 博 士 生 导 师 主 要 研 究 方 向 为 与 新 型 流 体 元 件 等 :
水 液 压 马 达 内 部 结 构 图 燕 山 大 学 学 报 噪 声 以 及 定 子 导 轨 的 寿 命 等 柱 塞 副 运 动 的 加 速 度 更 是 检 验 曲 线 设 计 好 坏 的 重 要 因 素 之 一 不 同 类 型 的 定 子 曲 线 会 产 生 不 同 的 运 动 规 律 从 而 具 有 不 同 的 加 速 度 本 文 着 重 分 析 了 种 运 动 规 律 的 定 子 曲 线 分 别 是 等 加 速 运 动 规 律 具 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 幅 角 修 正 有 零 速 区 的 运 动 规 律 幅 角 修 正 无 零 速 区 的 运 动 规 律 匀 变 加 速 加 减 区 段 同 时 修 正 的 运 动 规 律 匀 变 加 速 只 进 行 加 速 区 段 修 正 的 运 动 规 律 加 速 度 按 正 弦 变 化 的 运 动 规 律 加 速 度 按 抛 物 线 变 化 的 运 动 规 律 加 速 度 按 余 弦 变 化 的 运 动 规 律 从 柱 塞 副 加 速 度 的 变 化 柱 塞 副 最 大 速 度 及 曲 线 最 大 压 力 角 的 不 同 分 析 出 不 同 类 型 运 动 规 律 下 柱 塞 副 对 定 子 导 轨 冲 击 的 大 小 由 此 得 到 适 合 于 所 研 究 的 水 压 马 达 定 子 导 轨 的 曲 线 不 同 类 型 运 动 规 律 下 定 子 曲 线 的 幅 角 分 配 不 同 类 型 运 动 规 律 的 定 子 曲 线 都 是 按 下 列 基 本 方 程 确 定 的 : 水 液 压 马 达 运 转 的 剖 面 图 右 端 盖 ; 定 子 ; 滚 球 ; 柱 塞 ; 转 子 ; 配 流 盘 ; 进 出 水 方 块 ; 止 推 环 ; 密 封 圈 图 径 向 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 结 构 图 与 矿 物 油 相 比 水 具 有 粘 度 低 润 滑 性 能 差 气 化 压 力 高 等 特 殊 性 质 因 此 对 运 动 副 的 材 料 及 运 动 规 律 要 求 更 高 低 的 粘 度 使 得 同 样 条 件 下 的 水 膜 厚 度 远 远 低 于 油 膜 厚 度 不 易 形 成 润 滑 保 护 膜 易 产 生 干 摩 擦 现 象 高 的 气 化 压 力 使 其 非 常 容 易 发 生 气 蚀 水 击 等 问 题 这 些 都 是 水 压 马 达 面 临 的 主 要 问 题 而 这 些 问 题 的 解 决 需 从 两 方 面 着 手 : 一 方 面 是 材 料 的 选 取 ; 另 一 方 面 是 定 子 曲 线 的 设 计 合 适 的 定 子 曲 线 可 以 减 少 摩 擦 磨 损 水 击 等 现 象 的 发 生 本 文 仅 根 据 运 动 学 理 论 对 水 液 压 马 达 的 定 子 曲 线 进 行 了 设 计 与 分 析 不 涉 及 材 料 方 面 的 研 究 对 于 油 压 马 达 来 说 不 同 类 型 定 子 曲 线 的 运 动 规 律 对 马 达 的 影 响 不 是 很 大 但 对 于 水 压 马 达 就 不 同 了 由 于 水 特 殊 的 物 理 和 化 学 性 质 使 得 其 对 定 子 曲 线 运 动 规 律 的 敏 感 性 更 强 定 子 导 轨 曲 线 设 计 的 合 理 与 否 直 接 影 响 到 水 压 马 达 的 输 出 扭 矩 转 速 式 中 为 滚 球 中 心 由 起 始 位 置 沿 着 曲 线 轨 迹 所 转 过 的 相 位 角 ; 为 柱 塞 副 相 对 运 动 的 度 加 速 度 ; 为 柱 塞 副 径 向 相 对 运 动 的 度 速 度 ; 为 滚 球 中 心 的 矢 径 ( 即 滚 球 中 心 到 缸 体 中 心 的 距 离 ) 随 相 位 角 而 不 断 变 化 ; 为 滚 球 中 心 最 低 点 的 矢 径 按 照 基 本 方 程 进 行 绘 制 定 子 曲 线 的 过 程 中 发 现 幅 角 修 正 等 加 速 度 运 动 规 律 与 匀 变 加 速 修 正 的 等 加 速 运 动 规 律 在 加 速 区 和 减 速 区 的 加 速 度 公 式 有 误 在 这 里 进 行 了 修 正 幅 角 修 正 等 加 速 运 动 的 加 速 度 修 正 对 幅 角 修 正 等 加 速 运 动 曲 线 令 其 零 速 区 段 的 幅 角 为 加 速 区 段 的 幅 角 为 修 正 区 段 的 幅 角 为 减 速 区 段 的 幅 角 为 如 图 所 示 在 减 速 区 令 当 时 式 中 为 相 对 位 移 为 加 速 区 段 的 加 速 度 为 幅 角 分 配 不 对 称 系 数
第 期 高 殿 荣 等 径 向 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 定 子 曲 线 分 析 经 过 计 算 得 到 经 过 计 算 得 到 当 时 在 减 速 区 的 终 点 处 代 入 到 式 整 理 得 式 中 为 柱 塞 行 程 即 往 复 的 径 向 运 动 距 离 式 中 为 工 作 幅 角 此 处 将 幅 角 分 配 不 对 称 系 数 代 入 式 中 得 到 加 速 区 段 和 减 速 区 段 的 加 速 度 分 别 为 当 在 减 速 区 的 终 点 处 则 有 将 代 入 式 中 整 理 得 当 在 减 速 区 的 终 点 处 还 有 图 幅 角 修 正 等 加 速 运 动 曲 线 的 幅 角 分 配 图 匀 变 加 速 修 正 等 加 速 运 动 的 加 速 度 修 正 对 匀 变 加 速 修 正 等 加 速 运 动 曲 线 令 其 零 速 区 段 的 幅 角 为 加 速 区 段 前 段 的 幅 角 为 加 速 区 段 的 幅 角 为 加 速 区 段 后 段 的 幅 角 为 等 速 区 段 的 幅 角 为 减 速 区 段 前 段 的 幅 角 为 减 速 区 段 的 幅 角 为 减 速 区 段 后 段 的 幅 角 为 如 图 所 示 在 减 速 区 后 段 令 当 时 将 代 入 式 中 并 整 理 得 将 式 代 入 式 中 得 出
燕 山 大 学 学 报 在 等 速 区 段 的 幅 角 较 小 时 也 可 只 对 加 速 度 区 段 进 行 修 正 根 据 各 类 型 运 动 规 律 的 幅 角 分 配 法 则 得 到 如 表 所 示 的 定 子 曲 线 各 区 段 的 具 体 幅 角 表 不 同 类 型 运 动 规 律 的 幅 角 分 配 值 图 匀 变 加 速 修 正 等 加 速 运 动 曲 线 的 幅 角 分 配 图 幅 角 分 配 为 了 使 所 设 计 的 定 子 曲 线 的 扭 矩 脉 动 和 转 速 脉 动 减 小 运 用 幅 角 分 配 法 则 对 曲 线 进 行 合 理 的 幅 角 分 配 不 同 的 幅 角 分 配 会 有 不 同 的 运 动 规 律 从 而 使 水 压 马 达 产 生 不 同 的 扭 矩 速 度 加 速 度 等 不 同 类 型 运 动 规 律 的 定 子 曲 线 主 要 是 由 零 速 区 段 加 速 区 段 减 速 区 段 等 组 成 在 进 行 幅 角 分 配 时 需 要 先 计 算 出 幅 角 总 分 配 系 数 周 期 角 和 曲 面 角 由 于 所 研 究 的 径 向 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 为 六 作 用 十 柱 塞 所 以 其 幅 角 总 分 配 系 数 为 周 期 角 为 曲 面 角 为 等 加 速 运 动 规 律 的 定 子 曲 线 其 加 速 区 段 和 减 速 区 段 可 以 是 对 称 的 也 可 以 是 不 对 称 的 具 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 定 子 曲 线 在 等 加 速 运 动 规 律 的 加 速 区 段 与 减 速 区 段 间 加 入 了 一 个 等 速 区 段 用 来 缓 和 加 速 度 的 变 化 从 定 子 曲 线 的 利 用 率 的 角 度 去 考 虑 零 速 区 段 的 幅 角 不 宜 过 大 在 这 里 取 当 加 速 区 段 分 配 系 数 为 减 速 区 段 分 配 系 数 为 时 会 出 现 幅 角 总 分 配 系 数 不 足 而 不 能 分 配 的 情 况 这 时 可 以 采 用 幅 角 修 正 等 加 速 运 动 规 律 使 加 速 区 段 和 减 速 区 段 重 叠 一 个 角 度 从 而 平 衡 了 各 柱 塞 相 对 运 动 速 度 的 变 化 由 于 修 正 幅 角 有 缓 冲 加 速 度 变 化 的 作 用 所 以 设 计 了 其 零 速 区 段 的 幅 角 为 的 情 况 匀 变 加 速 修 正 的 等 加 速 运 动 规 律 曲 线 在 具 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 曲 线 的 加 速 区 段 与 减 速 区 段 的 两 端 各 加 入 了 一 个 修 正 区 段 使 加 速 度 曲 线 成 为 连 续 曲 线 相 对 应 的 修 正 幅 角 为 零 速 区 段 加 速 区 段 等 速 区 段 修 正 区 段 减 速 区 段 注 : 等 加 速 运 动 规 律 ; 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 ; 幅 角 修 正 有 零 速 区 段 的 等 加 速 运 动 规 律 ; 幅 角 修 正 无 零 速 区 段 的 等 加 速 运 动 规 律 ; 匀 变 加 速 加 减 速 区 段 都 修 正 的 运 动 规 律 ; 匀 变 加 速 只 对 加 速 区 段 修 正 的 运 动 规 律 ; 加 速 度 按 正 弦 规 律 变 化 的 运 动 规 律 ; 加 速 度 按 抛 物 线 规 律 变 化 的 运 动 规 律 ; 加 速 度 按 余 弦 规 律 变 化 的 运 动 规 律 不 同 类 型 运 动 规 律 的 定 子 曲 线 幅 角 分 配 完 成 后 根 据 不 同 类 型 运 动 规 律 的 曲 线 方 程 和 马 达 的 相 关 参 数 进 行 定 子 曲 线 的 绘 制 将 柱 塞 行 程 作 用 数 柱 塞 数 柱 塞 直 径 最 小 极 径 滚 球 半 径 等 参 数 代 入 到 方 程 中 绘 制 出 不 同 类 型 运 动 规 律 的 定 子 曲 线 如 图 所 示 等 加 速 运 动 规 律 具 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律
第 期 高 殿 荣 等 径 向 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 定 子 曲 线 分 析 幅 角 修 正 有 零 速 区 段 运 动 规 律 加 速 度 按 抛 物 线 变 化 运 动 规 律 幅 角 修 正 无 零 速 区 段 运 动 规 律 加 速 度 按 余 弦 变 化 运 动 规 律 图 不 同 类 型 运 动 规 律 的 定 子 曲 线 图 不 同 类 型 运 动 规 律 的 柱 塞 副 加 速 度 速 度 及 曲 线 压 力 角 分 析 柱 塞 副 加 速 度 分 析 匀 变 加 速 加 减 区 段 修 正 运 动 规 律 匀 变 加 速 对 加 速 区 段 修 正 运 动 规 律 加 速 度 按 正 弦 变 化 运 动 规 律 由 于 水 的 运 动 粘 度 大 约 只 有 液 压 油 的 使 得 润 滑 膜 厚 度 大 大 减 小 导 致 水 压 马 达 中 滚 球 与 定 子 导 轨 间 很 难 形 成 弹 性 润 滑 很 容 易 造 成 滚 球 与 定 子 导 轨 表 面 的 直 接 接 触 形 成 干 摩 擦 从 而 引 发 严 重 的 粘 着 磨 损 和 疲 劳 磨 损 表 为 时 水 和 液 压 油 的 参 数 比 较 摩 擦 磨 损 发 生 在 两 个 相 互 接 触 有 相 对 运 动 的 物 体 上 在 该 马 达 中 的 运 动 部 件 是 柱 塞 副 因 此 柱 塞 副 的 运 动 规 律 对 定 子 导 轨 会 有 很 大 的 影 响 柱 塞 副 加 速 度 变 化 均 匀 对 导 轨 的 惯 性 冲 击 力 就 小 产 生 水 击 现 象 的 概 率 就 低 同 时 水 的 弹 性 模 量 大 约 是 矿 物 油 的 倍 水 中 声 速 比 液 压 油 中 高 水 的 压 缩 性 小 刚 度 大 压 力 冲 击 波 在 水 中 的 传 递 速 度 快 而 衰 减 慢 如 果 加 速 度 变 化 幅 度 比 较 大 产 生 的 振 动 大 对 导 轨 的 冲 击 力 就 大 而 且 加 速 度 在 数 值 上 有 可 能 出 现 有 限 的 突 变 即 软 冲 最 终 导 致 冲 蚀 磨 损 再 加 上 水 中 大 量 的 微 细 沙 粒 和 内 部 磨 屑 的 侵 入 还 会 造 成 严 重 的 磨 粒 磨 损 图 为 不
同 类 型 运 动 规 律 下 柱 塞 副 的 加 速 度 变 化 曲 线 燕 山 大 学 学 报 表 时 水 和 液 压 油 参 数 比 较 水 号 液 压 油 流 体 密 度 动 力 粘 度 运 动 粘 度 弹 性 模 量 静 压 润 滑 的 膜 厚 等 加 速 运 动 规 律 ; 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 ; 幅 角 修 正 有 零 速 区 段 的 等 加 速 运 动 规 律 ; 幅 角 修 正 无 零 速 区 段 的 等 加 速 运 动 规 律 ; 匀 变 加 速 加 减 速 区 段 都 修 正 的 运 动 规 律 ; 匀 变 加 速 只 对 加 速 区 段 修 正 的 运 动 规 律 ; 加 速 度 按 正 弦 规 律 变 化 的 运 动 规 律 ; 加 速 度 按 抛 物 线 规 律 变 化 的 运 动 规 律 ; 加 速 度 按 余 弦 规 律 变 化 的 运 动 规 律 图 柱 塞 副 的 加 速 度 变 化 曲 线 从 图 中 可 以 看 出 等 加 速 运 动 规 律 的 柱 塞 副 加 速 度 最 大 值 比 较 大 为 并 且 加 速 度 有 跳 跃 变 化 ; 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 的 柱 塞 副 加 速 度 其 最 大 值 降 为 同 时 等 速 过 渡 区 的 加 入 使 得 加 速 度 跳 跃 的 变 化 得 到 了 缓 和 即 软 冲 现 象 有 所 减 小 水 的 冲 击 效 应 降 低 幅 角 修 正 有 零 速 区 段 的 等 加 速 运 动 规 律 其 柱 塞 副 的 软 冲 现 象 同 样 得 到 了 改 善 虽 然 没 有 等 速 区 段 但 其 修 正 区 段 起 到 了 缓 和 加 速 度 变 化 的 作 用 修 正 区 段 的 加 入 使 加 速 区 段 的 加 速 度 最 大 值 降 到 这 对 径 向 低 速 大 扭 矩 水 压 马 达 是 有 益 的 可 以 减 小 滚 球 与 导 轨 之 间 的 接 触 应 力 但 在 减 速 区 段 的 加 速 度 最 大 值 却 很 大 达 到 这 将 使 水 压 马 达 的 背 压 增 大 从 而 导 致 功 率 损 失 增 大 ; 幅 角 修 正 无 零 速 区 段 的 等 加 速 运 动 规 律 的 值 与 有 零 速 区 段 的 相 比 其 加 速 度 值 无 论 是 加 速 区 段 还 是 减 速 区 段 都 减 小 了 加 速 区 段 的 加 速 度 最 大 值 降 为 减 速 区 段 的 降 为 同 时 加 速 度 跳 跃 的 变 化 也 得 到 了 改 善 但 没 有 零 速 区 段 容 易 产 生 由 加 工 误 差 而 引 起 工 作 中 的 困 水 现 象 即 柱 塞 底 部 水 孔 被 封 闭 与 高 低 压 腔 都 不 通 此 时 滚 球 和 定 子 导 轨 就 可 能 产 生 干 摩 擦 而 水 的 低 粘 度 又 让 这 一 现 象 加 重 匀 变 加 速 加 减 速 区 段 都 修 正 的 运 动 规 律 其 柱 塞 副 加 速 度 变 化 的 曲 线 较 为 连 续 软 冲 现 象 消 失 而 且 加 速 度 的 最 大 值 降 为 ; 匀 变 加 速 只 对 加 速 区 段 修 正 的 运 动 规 律 其 柱 塞 副 加 速 度 最 大 值 与 加 减 速 区 段 都 修 正 的 曲 线 相 比 减 小 到 同 时 加 速 度 的 变 化 只 是 在 减 速 区 段 上 存 在 着 跳 跃 加 速 度 按 正 弦 规 律 变 化 的 运 动 规 律 其 柱 塞 副 加 速 度 变 化 的 曲 线 很 连 续 但 其 加 速 度 最 大 值 增 大 到 从 而 使 得 滚 球 与 定 子 导 轨 的 接 触 应 力 增 大 易 产 生 疲 劳 磨 损 现 象 影 响 水 压 马 达 的 寿 命 ; 加 速 度 按 抛 物 线 规 律 变 化 的 运 动 规 律 其 柱 塞 副 加 速 度 曲 线 的 变 化 和 正 弦 变 化 的 规 律 相 同 只 是 在 加 速 度 最 大 值 上 降 为 ; 加 速 度 按 余 弦 规 律 变 化 的 运 动 规 律 其 柱 塞 副 加 速 度 变 化 非 常 连 续 并 且 加 速 度 值 最 高 为
第 期 高 殿 荣 等 径 向 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 定 子 曲 线 分 析 但 由 于 该 运 动 规 律 没 有 零 速 区 段 所 以 在 水 压 马 达 运 转 中 容 易 产 生 困 水 现 象 造 成 滚 球 与 定 子 导 轨 间 由 于 缺 乏 水 的 润 滑 而 加 剧 了 摩 擦 磨 损 的 现 象 匀 变 加 速 修 正 运 动 规 律 加 减 速 区 段 都 修 正 的 曲 线 和 匀 变 加 速 修 正 运 动 规 律 只 对 加 速 区 段 修 正 的 曲 线 最 后 是 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 曲 线 柱 塞 副 速 度 和 曲 线 压 力 角 分 析 从 柱 塞 副 加 速 度 变 化 的 均 匀 性 最 大 值 和 有 无 根 据 径 向 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 的 相 关 参 数 软 冲 方 面 去 考 虑 余 弦 规 律 变 化 的 曲 线 无 疑 是 和 定 子 曲 线 的 运 动 方 程 计 算 出 柱 塞 副 最 大 速 度 最 适 合 的 它 的 加 速 度 变 化 既 均 匀 又 连 续 而 且 加 最 大 加 速 度 及 曲 线 最 大 压 力 角 如 表 所 示 速 度 的 最 大 值 也 不 大 不 易 产 生 冲 蚀 磨 损 ; 其 次 是 表 不 同 类 型 运 动 规 律 的 柱 塞 副 及 压 力 角 参 数 值 柱 塞 副 最 大 速 度 柱 塞 副 最 大 加 速 度 最 大 压 力 角 注 : 曲 线 编 号 同 表 从 表 中 可 以 清 楚 看 出 具 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 的 曲 线 其 柱 塞 副 的 最 大 加 速 度 值 最 小 而 且 最 大 速 度 最 大 压 力 角 相 对 都 比 较 低 加 速 度 按 余 弦 规 律 变 化 的 曲 线 其 柱 塞 副 径 向 最 大 速 度 和 压 力 角 最 小 而 且 最 大 加 速 度 值 也 不 大 但 由 于 它 没 有 零 速 区 段 很 可 能 造 成 困 水 现 象 的 发 生 使 得 滚 球 与 定 子 导 轨 间 的 摩 擦 磨 损 增 大 因 此 不 适 合 作 定 子 曲 线 加 速 度 按 正 弦 变 化 的 曲 线 和 加 速 度 按 抛 物 线 变 化 的 曲 线 柱 塞 副 的 最 大 速 度 加 速 度 及 曲 线 压 力 角 都 非 常 大 这 会 使 导 轨 曲 面 产 生 严 重 的 冲 蚀 磨 损 疲 劳 磨 损 同 时 考 虑 到 水 的 腐 蚀 作 用 会 加 速 水 压 马 达 寿 命 的 缩 短 等 加 速 运 动 规 律 的 曲 线 其 柱 塞 副 的 最 大 速 度 加 速 度 和 曲 线 压 力 角 都 比 较 大 因 此 也 不 适 合 作 定 子 导 轨 的 曲 线 幅 角 修 正 等 加 速 运 动 规 律 的 两 种 曲 线 其 柱 塞 副 的 最 大 速 度 和 压 力 角 都 比 较 小 但 加 速 度 值 还 是 很 大 匀 变 加 速 修 正 运 动 规 律 的 两 种 曲 线 其 柱 塞 副 的 最 大 加 速 度 值 较 低 最 大 速 度 和 最 大 压 力 角 也 不 是 太 大 综 合 分 析 得 出 加 速 度 按 余 弦 规 律 变 化 的 运 动 规 律 其 柱 塞 副 加 速 度 的 均 匀 性 和 平 缓 性 最 好 而 且 加 速 度 最 大 值 很 小 这 就 意 味 着 定 子 导 轨 受 到 的 冲 击 很 小 产 生 冲 蚀 磨 损 的 现 象 少 但 零 速 区 段 的 缺 失 又 使 水 压 马 达 容 易 产 生 困 水 现 象 摩 擦 磨 损 增 大 匀 变 加 速 加 减 速 区 段 都 修 正 的 运 动 规 律 其 加 速 度 软 冲 现 象 的 消 失 让 定 子 导 轨 受 到 的 冲 击 力 变 弱 水 击 效 应 降 低 但 其 加 速 度 最 大 值 要 比 余 弦 运 动 规 律 的 大 使 得 定 子 导 轨 受 到 的 接 触 应 力 变 大 疲 劳 磨 损 增 大 匀 变 加 速 只 对 加 速 区 段 修 正 的 运 动 规 律 其 加 速 度 又 出 现 了 跳 跃 只 是 加 速 度 最 大 值 比 加 减 速 区 段 都 修 正 的 小 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 虽 然 软 冲 现 象 仍 然 存 在 但 影 响 不 是 很 大 而 且 其 加 速 度 最 大 值 非 常 小 降 低 了 滚 球 与 定 子 导 轨 间 的 最 大 接 触 应 力 疲 劳 磨 损 减 小 其 它 类 型 运 动 规 律 的 柱 塞 副 加 速 度 特 性 与 上 述 相 比 则 要 差 一 些 结 论 本 文 根 据 定 子 曲 线 的 基 本 方 程 对 幅 角 修 正 等 加 速 运 动 规 律 和 匀 变 加 速 修 正 的 等 加 速 运 动 规 律 的 加 速 度 公 式 进 行 了 修 正 为 定 子 曲 线 的 正 确 绘 制 提 供 了 依 据 通 过 幅 角 分 配 法 设 计 出 最 优 的 幅 角 分 配 参 数 并 结 合 水 压 马 达 的 参 数 和 运 动 方 程 绘 制 出 不 同 类 型 的 定 子 曲 线 图 通 过 对 柱 塞 副 的 加 速 度 速 度 及 曲 线 压 力 角 等 特 性 的 分 析 得 出 具 有 过 渡 区 的 等 加 速 运 动 规 律 曲 线 其 柱 塞 副 的 最 大 加 速 度 值 最 小 而 且 最 大 速 度 最 大 压 力 角 相 对 都 比 较 低 虽 有 软 冲 现 象 的 存 在 但 影 响 很 小 可 以 很 好 地 减 少 水 击 冲 蚀 磨 损 磨 粒 磨 损 疲 劳 磨 损 摩 擦 等 现 象 较 适 合 于 所 研 究 的 低 速 大 扭 矩 水 液 压 马 达 参 考 文 献
燕 山 大 学 学 报 范 明 豪 刘 英 卫 周 华 等 纯 水 液 压 轴 向 柱 塞 泵 主 要 部 件 的 参 数 化 设 计 机 床 与 液 压 杨 曙 东 海 水 液 压 泵 缸 孔 柱 塞 副 配 合 间 隙 设 计 液 压 气 动 与 密 封 何 存 兴 液 压 元 件 北 京 机 械 工 业 出 版 社 Analysis of stator curve of low speed high torque water hydraulic motor with radial piston Abstract: Key words: