CN103742200B - 一种气动马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气动马达，包括：壳体，具有用于输出动力的动力输出端；主轴，位于所述壳体内，所述主轴为空心轴，主轴靠近动力输出端处设有多个通孔，以将主轴内的空间与所述壳体内的空间联通；输出轴，与所述主轴共轴并从所述主轴的一端延伸，并从所述壳体的动力输出端延伸出壳体之外；多个叶轮组，布置在所述壳体内并沿主轴串联布置，每个叶轮组包括定子叶轮和转子叶轮，并且，定子叶轮和转子叶轮在所述主轴上间隔分布；端盖，用于盖住壳体的与所述动力输出端相反的一侧的开口，端盖上设有进气孔，通过该进气孔外部高压气体被输送到主轴的内部空间；以及通孔，用于从所述壳体的内部空间将气体排出。

Description

一种气动马达

技术领域

本发明涉及一种气动马达，具体地说，涉及一种利用压缩流体或空气驱动的气动马达。

背景技术

气动马达是将压缩空气的压力能转换为机械能并产生旋转运动的气动执行元件，它的作用相当于电动机或液压马达。由于气动马达具有体积小、重量轻、转速及功率变化范围宽等优点，在不同的领域内得到广泛的应用。尤其是风洞试验研究单位，在风洞试验中，通常采用飞行器的模型，研究气体流动与模型的相互作用，以了解飞行器的空气动力学特性。实际的飞机发动机不能安装到模型中，因而，需要能够模拟涡桨发动机动力输出的高比功率原动机装置——涡轮气动马达。对涡轮气动马达的要求是尺寸小、功率大并且转速高。

现有技术中的气动马达，通常采用一个动叶轮的单速级涡轮气动马达，或两个相同的动叶轮串联的复速级涡轮气动马达，同尺寸的复速级涡轮气动马达性能优越于单速级涡轮气动马达。但仍不能满足某些风洞试验对涡轮气动马达的更高要求，例如，需要涡轮气动马达的输出功率达到250～300kW。另外，比功率是衡量气动马达性能的综合指标，现有的单速级涡轮气动马达或复速级涡轮气动马达的比功率相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动马达，该气动马达采用多级叶片高度不同的叶轮组串联，同时驱动输出轴高速旋转，气动马达体积小，输出功率大，而且输出轴既能承受高度旋转，又能承受轴向和径向负荷。

为实现上述目的，本发明提供一种气动马达，包括：壳体，具有用于输出动力的动力输出端；主轴，位于所述壳体内，所述主轴为空心轴，主轴靠近动力输出端处设有多个通孔，以将主轴内的空间与所述壳体内的空间联通；输出轴，与所述主轴共轴并从所述主轴的一端延伸，并从所述壳体的动力输出端延伸出壳体之外；多个叶轮组，布置在所述壳体内，每个叶轮组包括定子叶轮和转子叶轮，每个定子叶轮和转子叶轮的中心具有通孔，从而主轴穿过通孔，使得各叶轮组沿主轴串联布置，并且，定子叶轮和转子叶轮在所述主轴上间隔分布；端盖，用于盖住壳体的与所述动力输出端相反的一侧的开口，端盖上设有进气孔，通过该进气孔外部高压气体被输送到主轴的内部空间；以及通孔，用于从所述壳体的内部空间将气体排出。

优选地，所述叶轮组的叶片高度沿着气流排出方向逐渐增大。

优选地，所述主轴靠近动力输出端设有多个径向通孔处的直径大于主轴进气口处的直径。

优选地，所述定子叶轮固定在所述壳体上，并通过轴承支撑在所述主轴上，当主轴转动时，定子叶轮不随主轴的转动而转动。

另外，转子叶轮固定在主轴上，当转子叶轮收到高压气体的推动而转动时，主轴随转子叶轮的转动而转动。

并且，优选地，各个所述定子叶轮和转子叶轮沿主轴交替布置。

根据上面的描述以及实践可知，其一，采用空心轴作为主轴，既可以减轻气动马达的整体重量，提高比功率，又可以作为高压气体的进入通道，减少气动马达的体积；其二，气动马达采用多级叶片高度不同的叶轮组串联，多个转子叶轮同时驱动主轴以及输出轴高速旋转，增大了气动马达的输出功率；其三，主轴上安装了多个轴承，轴承内圈与高速运转的主轴连接，而轴承外圈与定子叶轮、壳体或端盖连接，使得主轴既能承受高度旋转，又能承受轴向和径向负荷。

附图说明

通过下面结合附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是剖面图，示出了本发明的一个实施例所述的气动马达；

图2是示意图，示出了图1所示的气动马达的主轴；

图3是示意图，示出了图1所示的气动马达的定子叶轮；以及

图4是示意图，示出了图1所示的气动马达的转子叶轮；

图5是示意图，示出了图1所示的气动马达的端盖。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的气动马达的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

图1是剖面图，示出了本发明的一个实施例所述的气动马达。如图1所示，本发明的一个实施例所述的气动马达1000包括壳体100、主轴200、输出轴300、多个叶轮组400以及端盖500。

壳体100呈圆筒状，图中的左侧为排气端，右侧为动力输出端。壳体的靠近排气端处设有内螺纹，用于连接端盖500，壳体在动力输出端设有与壳体共轴线的通孔，靠近所述通孔处的壳体内部为阶梯状，用于安装轴承，壳体靠近主轴径向通孔处截面为梯形，减少对高压气流运动的阻力，壳体100为高压气体带动叶轮组旋转提供相对封闭的环境。

靠近主轴轴端210处设有端盖500，端盖500呈圆柱形，设有进气孔540，端盖500内部设有阶梯状结构，用于安装轴承，端盖510处设有外螺纹，用于连接壳体，端盖上设有均匀分布的圆形孔520，用于排气。气动马达进气端与排气端位于马达的同一端，高压气体由气源经过进气孔540，并由空心主轴轴端210处进入空心主轴200，然后从空心主轴200的在动力输出端处的通孔230排出，高压气体在壳体内从所述动力输出端向排气端运动，推动转子叶片转动，最后从最后一级转子叶轮经端盖500的通孔520排出。在壳体100内，高压气体从所述动力输出端向排气端运动的方向为气流排出方向。

图2是示意图，示出了图1所示的气动马达的主轴。

主轴200位于壳体100的内部，主轴200与壳体100轴线共线，主轴200为空心轴，既有利于减轻主轴200的重量，又可以作为压缩气体进入壳体100内部的通道。主轴200的进气端210与端盖500的中心通孔540相对，并且二者等直径共线，主轴进气端210处设有外螺纹，用于连接有圆螺母610，为了弥补因开设径向通孔230而造成的强度削弱，主轴200靠近动力输出端的径向通孔230处的直径较大，所述径向通孔230沿圆周均匀分布。通孔230通常采用圆形孔，可以避免应力集中。为了增加气动马达的刚度和稳定性，主轴200由多个轴承620支承。主轴200靠近动力输出端260处设有内螺纹以及外螺纹，所述内螺纹用于连接输出轴300，所述外螺纹用于连接圆螺母630，在壳体100与主轴200间设有锯齿状动密封240（参见图2），以防止高压气体的泄露。输出轴300设有外螺纹，用于与主轴200的内螺纹连接。主轴200可以连接不同参数类型的输出轴300。

图3是示意图，示出了图1所示的气动马达的定子叶轮。图4是示意图，示出了图1所示的气动马达的转子叶轮。

在壳体100内，多个叶轮组400串联使用。每个叶轮组400包括定子叶轮410和转子叶轮420，定子叶轮410的外沿具有多个叶片411，中心具有通孔413，在通孔413和边沿之间设有一个环形槽或多个圆行盲孔412，转子叶轮420两侧设有对称的环形凸台422，中心具有通孔423。主轴200穿过定子叶轮410的通孔413和转子叶轮420的通孔423，使得定子叶轮410和转子叶轮420在主轴200的进气端210和主轴200径向通孔230之间间隔分布，即多组串联的叶轮组位于主轴200的220处，定子叶轮410固定在轴承620的外圈，转子叶轮420与主轴200固定。安装在主轴200上的圆螺母610用于压紧各级转子叶轮420和与之接触的轴承620的内圈，起到轴向定位的作用，避免叶轮组400运动时沿轴向窜动。另外，每个定子叶轮410和转子叶轮420之间设有间隙，以保证相对运动时不会互相影响。

定子叶轮410与壳体之间通过过盈配合来定位，定子叶轮410用于引导气流的分布，转子叶轮420用于带动主轴200旋转。定子叶轮410和转子叶轮420的叶片高度不相同，沿着气流排出方向，每个叶轮组400的叶片高度也逐渐增加，如图1所示。在本发明的实施例中，气动马达设有四级叶轮组400，每级叶轮组400的定子叶轮410与轴承620的外圈固定，转子叶轮420与主轴200固定。在靠近主轴200动力输出端处的定子叶轮410与主轴200之间设有锯齿状动密封270，以防止高压气体的泄露。由于转子叶轮420受到压缩空气的驱动，将产生旋转，并带动主轴200旋转，而定子叶轮410并不发生旋转，因而每个定子叶轮410和主轴200之间设有轴承620支撑。将轴承620外圈嵌入到定子叶轮上，在定子叶轮410和轴承620外圈之间采用塑性变形固定，在定子叶轮410的环槽或周向分布的盲孔412上选择性地胀裂几点，可以有效地防止定子叶轮410在轴承上的窜动。

压缩空气从主轴200的进气端210进入，从主轴200的径向通孔230进入到壳体100内的气室，从第一级定子叶轮410的叶片间通过，经过第一级定子叶轮410的导向作用，推动第一级转子叶轮420旋转，而与第一级转子叶轮420固定的主轴200被转子叶轮420带动旋转；经过一级转子叶轮420的压缩气体的气压略有减小，但仍具有较高压力，压缩空气从叶片高度大于第一级转子叶轮的第二级定子叶轮410的叶片间通过，经过第二级定子叶轮410的导向作用，推动第二级转子叶轮420旋转，而与第二级转子叶轮420固定的主轴200被进一步地推动而旋转，以此类推，压缩空气经过第三级定子叶轮410和转子叶轮420，再经过第四级定子叶轮410和转子叶轮420后，最后，从壳体100的端盖500上的通孔520排出。而与多级转子叶轮420固定的主轴200被转子叶轮420带动高速旋转，高速旋转的主轴200带动与之连接的输出轴300高速旋转。

根据上面的描述以及实践可知，其一，采用空心轴作为主轴，既可以减轻气动马达的整体重量，提高比功率，又可以作为高压气体的进入通道，减少气动马达的体积；其二，气动马达采用多级叶片高度不同的叶轮组串联，多个转子叶轮同时驱动主轴以及输出轴高速旋转，增大了气动马达的输出功率；其三，主轴上安装了多个轴承，轴承内圈固定在主轴上，而轴承外圈与定子叶轮、壳体或端盖固定在一起，使得主轴既能承受高度旋转，又能承受轴向和径向负荷。

在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进和变形，都落在本发明的保护范围内，本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好地解释本发明的目的，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种气动马达，包括：

壳体，具有用于输出动力的动力输出端；

主轴，位于所述壳体内，所述主轴为空心轴，主轴靠近动力输出端处设有多个通孔，以将主轴内的空间与所述壳体内的空间联通；

输出轴，与所述主轴共轴并从所述主轴的一端延伸，并从所述壳体的动力输出端延伸出壳体之外；

多个叶轮组，布置在所述壳体内，每个叶轮组包括定子叶轮和转子叶轮，每个定子叶轮和转子叶轮的中心具有通孔，从而主轴穿过通孔，使得各叶轮组沿主轴串联布置，并且，定子叶轮和转子叶轮在所述主轴上间隔分布；

端盖，用于盖住壳体的与所述动力输出端相反的一侧的开口，端盖上设有进气孔，通过该进气孔外部高压气体被输送到主轴的内部空间；以及通孔，用于从所述壳体的内部空间将气体排出。

2.如权利要求1所述的气动马达，其中，所述叶轮组的叶片高度沿着气流排出方向逐渐增大。

3.如权利要求1所述的气动马达，其中，所述主轴靠近动力输出端设有多个径向通孔处的直径大于主轴进气口处的直径。

4.如权利要求1所述的气动马达，其中，所述定子叶轮固定在所述壳体上，并通过轴承支撑在所述主轴上，当主轴转动时，定子叶轮不随主轴的转动而转动。

5.如权利要求1所述的气动马达，其中，转子叶轮固定在主轴上，当转子叶轮收到高压气体的推动而转动时，主轴随转子叶轮的转动而转动。