CN103807092B - 用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子，包括凸轮，所述凸轮的凸轮大径与凸轮小径之间的过渡曲线为一种多项式曲线簇，其数学表达式为：；式中，为过渡曲线上以小径端作为起点，转角处的矢径；R为凸轮大径；r为凸轮小径；α为过渡曲线中心角大小；N为不小于5的正整数；b_i为满足下面方程组的系数，i＝1，2，3……N：本发明既能使马达驱动转矩和流量无脉动又能有效的降低振动噪声，达到液压伺服系统对马达的高性能要求。

Description

用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子

技术领域

本发明涉及伺服马达技术领域，具体地，涉及一种用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的无冲击低噪声凸轮转子。

背景技术

驱动力矩平稳无振动是实现伺服马达良好性能的必要基础。如果伺服马达存在结构性的大力矩脉动，即便控制系统做得再好，伺服马达的综合性能也很难满足要求。

马达凸轮转子的过渡曲线是影响驱动力矩的关键性因素。现有凸轮转子液压马达普遍采用二次曲线为凸轮的过渡曲线如：二次阿基米德曲线、二次等加速等减速曲线、二次正弦曲线、二次余弦曲线。这些曲线能够在理想条件下满足马达的转矩和流量无脉动，但是由于无法满足凸轮转子马达叶片径向运动的平稳性，会造成叶片对凸轮的撞击振动，产生较大的力矩干扰和振动噪声。

经对现有技术文献的检索发现，中国实用新型专利公开号：2012205615136，名称：一种伺服马达凸轮转子。该技术采用平方型余弦曲线作为过渡曲线的表达式，使用该种凸轮能够在理想条件下满足马达的转矩和流量无脉动，但叶片的径向运动不平稳，加速度有突变，会造成干扰力矩，使得马达输出转矩不平稳且使用寿命短，噪声大。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子，包括凸轮，所述凸轮的凸轮大径与凸轮小径之间的过渡曲线为一种多项式曲线簇，其数学表达式为：

式中，为过渡曲线上以小径端作为起点，转角处的矢径；R为凸轮大径；r为凸轮小径；α为过渡曲线中心角大小；N为不小于5的正整数；b_i为满足下面方程组的系数，i＝1，2，3……N：

$\left.\begin{array}{c}\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i=1\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)b_i=0\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)(2i-2)b_i=0\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)(2i-2)(2i-3)b_i=0\end{array}\right\}.$

与现有技术相比本发明具有以下优点。

1、本发明的多项式过渡曲线能够使伺服马达工作时的瞬时转矩和流量在理想条件下是绝对均匀的；

2、多项式过渡曲线的速度，加速度和加速度的变化率都是连续没有突变的，叶片的径向运动平稳，能够使马达具有转矩脉动小，寿命长，噪音低的特点，伺服性能较之已有曲线更佳；

3、二次阿基米德过渡曲线有两个速度突变点，二次等加速等减速过渡曲线有一个速度突变点，二次余弦曲线没有速度突变点但有两个加速度突变点，二次正弦曲线没有速度和加速度突变点但有两个加速度变化率的突变点，这四种常用过渡曲线都有各自的缺陷，而多项式过渡曲线没有速度、加速度和加速度变化率的突变点，克服了它们的不足，能够更好的满足伺服马达的要求；

4、压力角的大小也会影响凸轮轴的传力特性及工作的平稳性。相较于现有的四种常用过渡曲线，多项式过渡曲线的最大压力角比较小，能够使马达的传力特性、机械效率、承载能力更优，工作更加平稳；

本发明提供的用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子，克服了现有技术的不足，在满足理想情况下马达的转矩和流量无脉动的同时，还能达到叶片径向运动平稳的要求，叶片的径向速度，加速度，加速度的变化率均连续无突变，从而减小了叶片的振动和对凸轮转子的撞击，使液压伺服马达的综合性能得到提升，具有更好的力学性能和稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为伺服马达凸轮转子的结构示意图；

图2为叶片与凸轮的工作状态示意图；

图3为三组N＝5时的过渡曲线与二次正弦曲线的加速度变化率对比图；

图4为三组N＝5时的过渡曲线与二次正弦曲线的压力角对比图；

图中：1为排油腔，2为进油腔，3为低压油，4为第一叶片，5为第二叶片。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本实施例提供了一种用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子，包括凸轮，所述凸轮包括凸轮大径R、凸轮小径r以及凸轮大径与凸轮小径之间的过渡曲线，所述凸轮的凸轮大径与凸轮小径之间的过渡曲线为一种多项式曲线簇，其数学表达式为：

式中，为过渡曲线上以小径端作为起点，转角处的矢径；R为凸轮大径；r为凸轮小径；α为过渡曲线中心角大小；N为不小于5的正整数；b_i为满足下面方程组的系数，i＝1，2，3……N：

$\left.\begin{array}{c}\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i=1\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)b_i=0\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)(2i-2)b_i=0\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)(2i-2)(2i-3)b_i=0\end{array}\right\}.$

本实施例选用多项式曲线作为伺服马达凸轮转子的过渡曲线，相比于四种现有的二次型过渡曲线，本发明没有速度、加速度和加速度变化率的突变点，叶片的径向运动更平稳。

下面结合附图对本实施例进行具体说明。

如图1所示，马达工作时，第一叶片、第二叶片在定子槽内作伸缩运动。

如图2所示，叶片在顶部低压油的压力下顶在凸轮转子上，进油腔与排油腔的压力差推动凸轮转子旋转输出转矩。马达的正常工作需要叶片与凸轮外表面紧密接触，因此凸轮转子的过渡曲线决定着叶片的运动轨迹，它对叶片的径向速度、加速度、加速度变化率等特性参数和运转可靠性影响较大。因为加速度反映叶片运动的惯性力，而加速度的变化则意味着径向力的变化，对叶片的稳定运动是一种干扰，加速度的变化率体现为一种助振力，它的数值越大，意味着加速度的变化越急剧，助振作用越强。当叶片的径向速度或径向加速度在过渡曲线段出现突变时，加速度变化率理论上为无穷大，在助振作用出现突变的部位，径向力的急剧变化将很可能打破叶片与凸轮外表面接触的平衡状态，造成转矩脉动，激发起叶片对凸轮的撞击振动，并且波及整个曲线区间，从而产生很大的机械噪音。所以考虑叶片的平稳运动，应该要求加速度变化率的最大值要小，并且在整个过渡曲线区间范围内处处连续，不出现突变，这是使叶片马达达到低噪音的重要条件，也是无冲击低噪音过渡曲线的主要特征。

设理想状态为：

1、叶片滑槽的开设方向能使叶片的滑动速度方向和叶片与凸轮接触点的径向方向一致；

2、叶片的尖部是尖锐的，和凸轮表面接触在径向截面是始终为一固定点。

经过推导得出叶片在过渡曲线上滑动时，伺服马达瞬时转矩和流量在理论上绝对均匀的条件是：

式中，等效于同一根过渡曲线，以不同的端点为起点叶片在过渡曲线上滑动时，接触点轨迹的矢径。并规定从短径端滑向长径端时为从长径端滑向短径端时为R为凸轮大径，r为凸轮小径。

现阶段常用的四种过渡曲线如二次阿基米德曲线、二次等加速等减速曲线、二次余弦曲线、二次正弦曲线都满足了转矩与流量在上述理想情况下的无脉动，但实际情况下要考虑叶片与凸轮之间的摩擦力以及过渡曲线上叶片滑动方向与凸轮曲线径向不一致的情况，所以马达瞬时转矩理论上绝对无变化的过渡曲线是不存在的，只能尽量减小转矩脉动的产生。而本实施例中的多项式过渡曲线能够在满足上述理想状况下马达的瞬时转矩和流量无脉动的基础上减小实际情况中转矩脉动的产生。

本实施例中的多项式过渡曲线实际上是一系列的曲线簇，大大拓展了凸轮转子过渡曲线的选用范围，它们都能够满足叶片径向运动的平稳性，但是曲线的形状和压力角都是不尽相同的，实际运用可根据其它部件的情况选取一种合适的曲线作为马达中凸轮转子的过渡曲线，以达到最佳的伺服效果。

选取多项式曲线簇中的三组N＝5时的曲线与现有的四种二次过渡曲线中最优的二次正弦曲线作对比，如图3、图4所示。从图3可以看到多项式曲线的加速度变化率连续无突变，而二次正弦曲线的加速度变化率在曲线开始和结束时都会出现突变。从图4可以看出多项式过渡曲线的压力角相对较小，能够提高凸轮转子叶片式液压马达的力学性能及机械效率。

本实施例提供的用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子，既能使马达驱动转矩和流量无脉动又能有效的降低振动噪声，达到液压伺服系统对马达的高性能要求。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子，包括凸轮，其特征在于，所述凸轮的凸轮大径与凸轮小径之间的过渡曲线为一种多项式曲线簇，其数学表达式为：

式中，为过渡曲线上以小径端作为起点，转角处的矢径；R为凸轮大径；r为凸轮小径；α为过渡曲线中心角大小；N为不小于5的正整数；b_i为满足下面方程组的系数，i＝1，2，3……N：

$\left.\begin{array}{c}\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i=1\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)b_i=0\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)(2i-2)b_i=0\\ \underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(2i-1)(2i-2)(2i-3)b_i=0\end{array}\right\}.$