CN104747364A - 凸轮转子叶片式液压伺服马达 - Google Patents

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袁璠
王旭永
陶建峰
张文俊
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C2/00—Rotary-piston engines
    • F03C2/30—Rotary-piston engines having the characteristics covered by two or more of groups F03C2/02, F03C2/08, F03C2/22, F03C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F03C2/304—Rotary-piston engines having the characteristics covered by two or more of groups F03C2/02, F03C2/08, F03C2/22, F03C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having both the movements defined in sub-group F03C2/08 or F03C2/22 and relative reciprocation between members

Abstract

一种马达领域的凸轮转子叶片式液压伺服马达，包括：转动设置于壳体内的主轴、与主轴固定连接的两个凸轮和四个叶片，其中：两个凸轮径向垂直，四个叶片轴向均布于壳体内部；本发明能够有效减小压力波动，使得叶片与凸轮转子间的切削作用减小，增加了叶片的使用寿命。与现有技术相比，本发明马达具有更低的噪音且低速特性有了极大的改善。

Description

凸轮转子叶片式液压伺服马达
技术领域
本发明涉及的是一种马达领域的技术，具体是一种凸轮转子叶片式液压伺服马达。
背景技术
凸轮转子叶片马达是叶片式马达其中一种，其结构与凸轮转子叶片泵相似。凸轮转子叶片马达的特点是间隙密封的液压腔设计、结构工艺不复杂、输出转矩稳定、瞬时流量脉动小、工作寿命长、噪声低、转动惯量小、动作灵敏、允许换向频率高等。
凸轮转子叶片马达的干扰转矩是影响其性能的主要关键性因素。干扰转矩为叶片对凸轮转子的正压力及摩擦力引起的与驱动力矩反向的力矩。干扰转矩会影响凸轮转子运动的平稳性、输出效率等。现有技术研究中有试图通过对凸轮转子的外形进行优化设计以改善干扰转矩的影响，诸如二次正弦曲线、二次余弦曲线及二次等加速曲线等。但是除凸轮转子的外形外，叶片的外形设计也将影响干扰转矩。
经过现有的技术文献检索发现，中国专利文献号CN103807092，名称用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的凸轮转子。该技术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小径之间的过渡曲线为一种多项式曲线簇。该技术能使马达的驱动转矩与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。该技术使得叶片的径向运动更加平缓，但是仍然不能有效的减小叶片对凸轮作用的干扰转矩。
中国专利文献号CN104100521A公开(公告)日2014.10.15，公开了一种改进的叶片式液压泵及马达，包括在传动轴上旋转的设有若干径向槽的转子、沿径向槽滑动的叶片、设置在转子外部并与转子配合的定子、安装在转子两端的侧板，侧板上设有高压腔和低压腔，叶片顶端与定子内表面接触，叶片底部与转子径向槽间形成控制腔，在转子每周转动中，叶片沿径向槽进出滑移而形成叶片下腔容积变化，形成至少一个容积扩大区段控制腔和至少一个容积缩小区段控制腔，侧板上设置有泄漏回收腔和泄漏排出腔，泄漏回收腔与容积扩大区段控制腔相通，并经流道通过控制阀与高压腔连通，泄漏排出腔与容积缩小区段控制腔相通，并通过小孔与高压腔连通。该方案的泄漏回收结构，提高了容积效率和液压机械的性能和耐用性。但该技术并未公开凸轮转子及叶片的外形设计，且凸轮转子的过渡不够圆滑，叶片在径向的运动往复十分剧烈，容易出现叶片脱落等情况。
中国专利文献号CN203248311U公开(公告)日2013.10.23，公开了一种新型无磁液压伺服马达，包括前凸轮转子、后凸轮转子、弹簧、隔板、定子、主轴、前叶片以及后叶片，前凸轮转子和后凸轮转子互呈分布，凸轮转子之间设有隔板，凸轮转子与主轴设有平键联接，弹簧中间凹槽支撑在隔板上，两侧分别压在前叶片和后叶片上，前叶片与后叶片分别安装在定子的槽中，在弹簧分别作用到前凸轮转子和后凸轮转子上。但该技术中由叶片造成的干扰转矩较大，在马达低速运转中十分不利。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种凸轮转子叶片式液压伺服马达，能够有效减小压力波动，使得叶片与凸轮转子间的切削作用减小，增加了叶片的使用寿命。与现有技术相比，本发明马达具有更低的噪音且低速特性有了极大的改善。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种凸轮转子叶片式液压伺服马达，包括：转动设置于壳体内的主轴、与主轴固定连接的两个凸轮和四个叶片，其中：两个凸轮径向垂直，四个叶片轴向均布于壳体内部。
所述的径向和轴向均以主轴为准。
所述的壳体包括：前、后端盖、固定设置于前、后端盖之间的前、后轴承座以及固定设置于前、后轴承座之间的两个定子，其中：两个定子之间设有隔板，该隔板同时位于所述的两个凸轮之间。
所述的两个凸轮分别与主轴通过平键固定连接。
所述的叶片与设置于定子上的叶片槽滑动连接。
所述的前轴承座、隔板、第一定子以及第一凸轮之间以及后轴承座、隔板、第二定子以及第二凸轮之间均形成液压油腔，所述的后轴承座内设有多个用于连接液压油腔的进油管路和回油管路的流道。
所述的叶片整体为矩形结构，其底部设有两段对称式的过渡圆弧。
所述的过渡圆弧的半径rT∈(0.20S,0.27S)，S为叶片的厚度；过渡圆弧为90°，分别与叶片底面和叶片侧面相切。
技术效果
与现有技术相比，本发明的技术效果包括：
1.减小了叶片对凸轮的平均压力，尤其是使得叶片对凸轮作用力的最大值与最小值的差值减小，使得压力波动减小。具有更好的力学特性。
2.现有叶片没有考虑其与凸轮之间的作用力关系，其径向运动造成的叶片与凸轮转子间的正压力波动大，造成叶片对凸轮转子的切削作用也就过大。本发明的设计使得正压力作用减小，叶片与凸轮转子间的切削作用减小，增加了叶片的使用寿命。
3.压力角的代销也会影响凸轮的特性及工作的平稳性，本发明设计的叶片使得其工作时的压力角也较小，能够使得马达的特性更好。
4.由于减小了叶片对凸轮的正压力作用，相应的使得在压力突变减小，也就减少了由于叶片对凸轮的冲击带来的噪声。
5.由于叶片外形的设计使得马达的正压力特性发生了改变，减小了由叶片的正压力及摩擦力引起的干扰转矩，使得凸轮转子叶片马达的输出转矩更加平稳。尤其是在低速时，其本身的工作转矩就小，因此凸轮转子的干扰转矩对其输出特性就有很大的影响，通过本发明的叶片设计，使得其低速特性有了极大的改善。
附图说明
图1为凸轮转子马达结构示意图；
图中：a为结构图，b为A‐A面示意图，1左凸轮、2平键、3叶片、4右凸轮、5主轴、6后端盖、7角接触球轴承、8后轴承座、9隔板、10定子、11前轴承座、12前端盖、13高压腔、14低压腔、15减压油腔。
图2a～图2d为叶片结构示意图。
图3为凸轮示意图；
图中：301～304为四个叶片。
图4为实施例中四种叶片机构示意图；
图中：a为无过渡圆弧叶片结构；b为过渡圆弧半径为0.215S；c为过渡圆弧半径为0.5S；d为斜角过渡。
图5为实施例中四种叶片正压力对比图。
图6为实施例中四种叶片干扰转矩对比图。
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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：转动设置于壳体内的主轴5、与主轴5固定连接的两个凸轮1、4和四个叶片3，其中：两个凸轮1、4径向垂直，四个叶片3轴向均布于壳体内部；
所述的壳体包括：前、后端盖12、6、固定设置于前、后端盖之间的前、后轴承座11、8以及固定设置于前、后轴承座之间的两个定子10，其中：两个定子10之间设有隔板9，该隔板9同时位于所述的两个凸轮1、4之间。
如图2所示，为本实施例所涉及的叶片3，其中：B为叶片的横向长度，L为纵向高度，本实施例中B＝30mm，L＝15mm，厚度S＝2.5mm，其过渡圆弧半径rT＝0.54mm。
如图1b所示，马达工作时，高压油从高压腔13进入马达推动凸轮转子转动，然后从低压腔14流出马达。
叶片根部有减压油，马达工作时叶片就在减压阀油压的作用下紧紧地压在凸轮转子表面上，将马达的高、低压油腔隔开形成封闭密封容腔，主轴5每转1圈完成吸压油各两次。
如图3所示，为凸轮的外形轮廓示意，其中：以逆时针方向水平0°～α部分为过渡曲线ρ1，部分为圆弧β1；以部分为过渡曲线ρ2，部分为圆弧β2，其中α为过渡曲线中心角。
上述过渡曲线的矢径分别为：
其中：R为凸轮中圆弧β1处的半径；r为凸轮中水平0°处的半径(即圆弧β2的半径)；本实施例中过渡曲线中心角α为R为47mm，r为37mm。
左、右凸轮1、4互呈90°且分别与主轴采用花键联接，在前后的共同作用下使得所述马达在360°内始终等效作用有一个凸轮转子在两腔压差作用下产生恒值驱动力矩。
如图4所示，为了与本实施例进行对比，引入现有的叶片外形及可能有的叶片外形，其中：叶形a为长方形无过渡圆弧的叶片外形；叶形b为本实施例中的叶形，rT∈(0.20S,0.27S)，优选为rT＝0.215S；叶形c为过渡圆弧半径为0.5S的叶片外形；叶形d为尖角的叶片外形。在凸轮转子马达的研究中，多数采用d的设计，此种设计方式方便研究，受力分析时进油口油压和出油口油压的对叶片的作用力可以简单的表述为各自一半的作用，当采用a、b、c型的叶片外形时，油腔的液压油对叶片的作用力将随着凸轮旋转角度的变化而变化。
如图5所示，叶形a、b、c、d在圆弧段时的所受到的正压力一致，因为在圆弧段叶片受力简单，叶片与叶片槽之间没有相对运动，正压力为恒定的内外压差造成的。不难看出，a、c、d三种叶形正压力的最小值都基本为零，若减小减压压力则此三种叶形下叶片受到的正压力将小于零，即叶片脱离凸轮，马达将不能正常工作。而对叶形b可以适当减小减压油压，叶形b仍能使马达正常工作。
叶形a与叶形b进行对比，叶形b正压力的最大值比叶形a小，而正压力的最小值比叶形a的大，则说明叶形b相比叶形a的正压力极差小极差为最大值与最小值之差。叶形b与叶形c的正压力，进行对比可以看出叶形b比叶形c的正压力变化范围也小。叶形d的正压力变化与叶形c的变化趋势基本一致。可以看出叶形b的正压力极差最小。
如图6所示，由图可知，四种叶形在圆弧端的干扰转矩一致。在过渡曲线段的干扰转矩则差异明显。
从叶形a到叶形b可以看出，干扰转矩存在正值，这是由于当圆弧倒角较小时，减压油对叶片的作用力远大于腔内油的压力，则由正压力将会产生一个正向的较大的正力矩。
叶形d的干扰转矩最大，叶形a的干扰转矩的极差最大，可以看出叶形b的干扰转矩最小且其极差也较小。可知叶形b在转子旋转一圈的过程中中其干扰转矩最为平稳。
本实施例提供的用于凸轮转子叶片式液压伺服马达的叶片，即能使叶片对凸轮转子作用的正压力脉动小又能使干扰转矩脉动小，对凸轮转子叶片伺服马达的低速特性有了极大改善。

Claims (9)

1.一种凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征在于，包括：转动设置于壳体内的主轴、与主轴固定连接的两个凸轮和四个叶片，其中：两个凸轮径向垂直，四个叶片轴向均布于壳体内部；
所述的壳体包括：前、后端盖、固定设置于前、后端盖之间的前、后轴承座以及固定设置于前、后轴承座之间的两个定子，其中：两个定子之间设有隔板，该隔板同时位于所述的两个凸轮之间。
2.根据权利要求1所述的凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征是，所述的前轴承座、隔板、第一定子以及第一凸轮之间以及后轴承座、隔板、第二定子以及第二凸轮之间均形成液压油腔。
3.根据权利要求1所述的凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征是，所述的两个凸轮分别与主轴通过平键固定连接。
4.根据权利要求1所述的凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征是，所述的叶片与设置于定子上的叶片槽滑动连接。
5.根据权利要求1所述的凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征是，所述的后轴承座内设有多个用于连接进油管路和回油管路的流道。
6.根据上述任一权利要求所述的凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征是，所述的叶片整体为矩形结构，其底部设有两段对称式的过渡圆弧。
7.根据权利要求6所述的凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征是，所述的过渡圆弧的半径rT∈(0.20S,0.27S)，S为叶片的厚度；过渡圆弧为90°，分别与叶片底面和叶片侧面相切。
8.根据权利要求6或7所述的凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征是，所述的过渡圆弧的半径rT＝0.215S。
9.根据权利要求1或2或3所述的凸轮转子叶片式液压伺服马达，其特征是，所述的凸轮的外形轮廓为：以逆时针方向水平0°～α部分为过渡曲线ρ1，部分为圆弧β1；以部分为过渡曲线ρ2，部分为圆弧β2，其中：
其中：α为过渡曲线中心角，R为圆弧β1的半径；r为圆弧β2的半径。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106555729B (zh) * 2016-10-27 2018-04-10 上海交通大学 一种具有循环冷却油道的低热辐射摆动马达
CN110005571A (zh) * 2019-03-06 2019-07-12 上海交通大学 一种具有循环冷却油道的低热辐射凸轮转子叶片马达

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