CN1031214C - 一种非圆齿轮行星轮系液压马达 - Google Patents

一种非圆齿轮行星轮系液压马达 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达。具有周轮、心轮、行星轮、配流盘、前后盖等。其特征在于配流孔的位置，齿廓的形状、各轮的齿数及轮系结构的设计，经变位设计与离散化处理技术，可任意进行设计配伍，使提长期以来非圆齿轮液压装置未能走向实用化、产品化的问题变为现实。本发明的实施，在工程机械、重型机械、船舶、机床、航空、航天领域中有广阔的应用前景。

Description

本发明属于行星齿轮式液压动力执行机构技术领域，涉及一种非圆行星轮系低速大扭矩液压马达。
低速大扭矩液压马达，是一种符合集成化、小型化、高效率、低噪声、抗污染及节能等总的技术发展趋势的新型液压机械产品，在我国被列为国家级重点产品开发项目。
在本发明以前的国内外现有技术中，较为多见的低速大扭矩液压马达，主要是柱塞式和叶片式，齿轮式的液压马达则多为高速和中速。作为齿轮式的低速大扭矩液压马达，虽然早在20年前的专利文献中就有过报导，但至今未发现这种产品的流行。如1971年波兰的151883号专利，1972年美国的3852002号专利，1990年中国的90104412·1号专利申请等，上述专利技术，对非圆齿轮式液压装置的结构设计都提出了大胆的设想，构思新颖、巧妙。在美国的385200号专利“GYRATINGCAM ENGING，PARTICULARIY AS A HYDRAULIC EN-GrNE”中，提出了一种以三角心轮为定子，以四方周轮为转子，其间有七个行星齿轮的液压动力执行机构，的确不失为一种极好的构思，但从内容看，对于该机构的运动规律存在着认识上的错误，因此某些细节的设计不尽合理，这种机构可以运转，但运转达不到理想效果，此外，由于该机构的配流通道是在心轮的正侧两面开有六个槽来实现，这样对心轮的强度，单位都在研究这样的机构而未能获得成功呢？这主要是由于非圆齿轮的轮系结构运动规律复杂，同一般圆齿轮啮合传动相比，设计参数的变量多、自由度少，对运动规律和实际现象缺乏科学观察与分析手段，瞬时运动规律没有科学的数学模型或现成的经验公式可循，认识上存在某些错觉，带有主观性，同时，在非圆齿轮的设计与制造上，存在着相当的难度，容积效率同机械效率的矛盾难掌握最佳的选择，理论设计制造存在很大差距，因而使这一很有发展前途的产品迟迟不能问世。
针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，利用变位理论和离散化数学处理技术，结合现代液压技术，计算机应用技术和齿轮制造技术，设计与制造出可提供实用化、产品化阶段的非圆行星轮系低速大扭矩液压马达，使该类马达在额定工况下，总效率高、起动扭矩大、传动平稳、噪声低、密封好、强度大、抗污染能力强。
现将本发明构思及技术解决方案叙述如下：
本发明非圆齿轮行星轮系液压马达，具有周轮、心轮、行星轮、心轴、配流孔、前盖、后盖、轴承、密封环；心轮，周轮根据其周边数可进行多种轮系配伍；配伍时心轮的周边数至少较周轮少一个；行星轮的个数是心轮与周轮的周边数之和，其特征在于：
a.配流孔开在后盖上，其个数是周边数的二倍，分布在行星轮运动轨迹上，且在周轮长轴的对角线上对称分布，根据不同轮系在对角线半角的20°～70°范围内调整，配流孔的形状以两行星齿轮根圆相交重叠部分的梭形为佳；
b.行星轮的齿数根据变位设计与计算，在不同轮系中可在≥5以上的齿中任意选择，心轮、周轮的单周期齿数一般较行星轮的齿数少1～5个或多1～10个；
c.心轮、周轮、行星轮的齿廓为非标准渐开线齿廓，齿廓的压力角在20°～30°之间。
本发明的特征还在于心轮、周轮、行星轮的齿廓为非标准渐开线齿廓或者抛物线齿廓时，行星轮与心轮、周轮啮合时的重叠系数在1＜ε＜1.08之间，齿顶高系数ha *在0.6-1.6之间，齿根高系数ha *在1-1.8之间，齿顶隙系数c*在0.2-0.8范围内，变位系数各点不相等，齿侧隙系数各处相同。
现将附图说明如下：
图1：由偏心圆为心轮、椭圆轮为周轮的非圆轮系液压马达节曲线示意图
图中表示的一种由偏心圆作转子的心轮(1)，椭圆作定子的周轮(2)及三个行星轮(3)构成的最为简单的非圆轮系液压马达，其偏心圆半径R1＝200mm，偏心矩e＝80mm，行星轮半径R0＝90mm，周轮短径R2min＝300mm，周轮长径R2max＝460mm，四个配流孔位置在椭圆长轴对角线的45角上分布，行星齿轮数Z0＝45，模数m＝4，心轮齿数Z1＝100，周轮齿数Z2＝200，压力角为20
这种轮系结构的工况额定压力可达到160MP，总效率90％，容积效率95-99％，转速达0.2-300转/分，样机试验已获成功。
本发明同现有技术相比，排量大，为圆轮同体积马达的3-50倍，瞬时排量均匀，无脉动，无困油现象，制造工艺简单，成本低，仅为同类马达的1/2。抗污染能力强，100μm直径的杂质都不会发生影响，而一般马达仅20μm杂质就影响工况。此外可靠性强，密封性能好，噪声低，效率高。
本发明产品在工程机械，重型机械、矿山机械、船舶，机床、航空，航天领域中有广阔的应用前景，预计将有2-5亿产值的国内市场，20-50亿的国际市场。

Claims (2)

1.一种非圆齿轮行星轮系液压马达，具有周轮、心轮、行星轮、心轴、配流盘、配流孔、前盖、后盖、轴承、密封环；心轮、周轮根据其周边数可进行多种形式的配伍，心轮的周边数至少较周轮少一个；行星轮的个数是心轮与周轮的周边数之和其特征在于：
a.配流孔开在后盖上，其个数是周边数的2倍，分布在行星轮运动轨迹上，且在周轮长轴的对角线上对称分布，根据不同轮系在对角线半角的20°～70°范围内调整，配流孔的形状以两行星齿轮齿根圆相交重叠部分的梭形为佳；
b.行星轮的齿数根据变位设计与计算，在不同轮系中可在≥5以上的齿中任意选择，心轮和周轮的单周期齿数一般较行星轮的齿数少1～5个或多1～10个；
c.心轮、周轮、行星轮的齿廓为非标准渐开线齿廓或者抛物线齿廓，齿廓的压力角在20°～30°之间。
2.根据权利要求1所述的非圆齿轮行星轮系液压马达，其特征在于：心轮、周轮、行星轮的齿廓为非标准渐开线齿廓或者抛物线齿廓时，行星轮与心轮、周轮啮合时的重叠系数在1＜ε＜1.08之间，齿顶高系数ha *在0.6～1.6之间，齿根高系数hg *在1～1.8之间，齿顶隙系数c*在0.2～0.8范围内，变位系数各点不相等，齿侧隙系数各处相同。
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