CN2859083Y - 新型低振高速径向活塞式气动马达 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种新型低振高速径向活塞式气动马达，设置与活塞(2)相连接的多个连杆(1)，所述连杆与曲轴(3)的端部经旋转轴承(4)相配合，曲轴连杆结合的位置相对于曲轴旋转轴(OO₁)偏心设置，在曲轴的端部，与所述旋转轴承相对的位置向外侧面伸出突出部(31)，在曲轴的端部设置配重体(5)，所述配重体为旋转体，且所述配重体的质心的位置与曲轴连杆结合的位置分置于曲轴旋转轴的两侧，且该配重体在曲轴旋转轴两侧均有设置。本实用新型对曲轴进行平衡均化配重，即在曲轴上加配重体，很好的解决了气动马达振动的问题，振动值可以减小80％以上，同时也增加了马达的输出扭矩，是一种应用前景较好的产品。

Description

新型低振高速径向活塞式气动马达

技术领域

本实用新型涉及一种气动马达，特别涉及一种新型低振高速径向活塞式气动马达。

背景技术

在易燃易爆等特殊场合，气动马达应用十分广泛，其中又以径向活塞式气动马达居多。径向活塞式气动马达，是通过气动活塞的往复运动，经曲柄连杆机构来带动曲轴实现旋转运动的机械。该结构如图1所示的侧剖结构示意图，三个与活塞2相连接的连杆1在活塞的带动下往复运动，三个连杆1的另一端与曲轴3的端部经旋转轴承4相连接，旋转轴承4的转轴与曲轴的旋转轴心相平行设置，但旋转轴承4的转轴相对于曲轴的旋转轴OO1偏离一定距离e1，这样，在三个连杆1的作用下，会带动曲轴以OO1为轴不断转动。

在目前的曲轴设计中，如图2(a)(b)所示的曲轴3的侧视及端面结构示意图，可知，在曲轴3的端部，与所述旋转轴承4相对的位置向外侧面伸出一块近似半环形的突出部31，该突出部31主要用于产生惯性，以优化在三个连杆1相互作用时之间的转动协接，使曲轴3可以匀速连续转动，但是，在曲轴旋转过程中，由于突出部31是一个突变的突块，两侧很不平衡，所以会引起机体的振动，同时也会产生相应的噪声。

发明内容

本实用新型解决了现有技术中存在的技术问题，提供了一种可有效减小气动马达振动的新型低振高速径向活塞式气动马达。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种新型低振高速径向活塞式气动马达，设置与活塞相连接的多个连杆，所述连杆与曲轴的端部经旋转轴承相配合，曲轴连杆结合的位置相对于曲轴旋转轴偏心设置，在曲轴的端部，与所述旋转轴承相对的位置向外侧面伸出突出部，在曲轴的端部设置配重体，所述配重体为旋转体，且所述配重体的质心的位置与曲轴连杆结合的位置分置于曲轴旋转轴的两侧，且该配重体在曲轴旋转轴两侧均有设置。

作为以上技术方案的优选方案：配重体基本上覆盖曲轴的端部。

作为以上技术方案的优选方案：所述配重体为圆柱形金属块。配重体的半径优选等于从配重体的旋转中心线到曲轴端部外缘的最长距离。

作为以上技术方案的优选方案：配重体的质心偏心距与曲轴连杆结合面最外端的偏心距相等。

作为以上技术方案的进一步优选方案：配重体通过螺栓与曲轴端部连接，在配重体与曲轴端面之间的设置轴，在轴外设置旋转轴承，连杆设置于旋转轴承外侧，在连杆上下侧分别依次设置扣圈和垫片，垫片、扣圈、旋转轴承、连杆在螺栓预紧力的作用下压紧为一体。

所述旋转轴承优选是滚针轴承。

本实用新型的新型低振高速径向活塞式气动马达，对曲轴进行平衡均化配重，即在曲轴上加配重体，很好的解决了气动马达振动的问题，振动值可以减小80％以上，同时也增加了马达的输出扭矩，因此是一种应用前景较好的产品。

附图说明

图1表示现有技术中径向活塞式气动马达的侧剖结构示意图；

图2(a)(b)表示现有技术中曲轴的侧视及端面结构示意图；

图3表示本实用新型实施例的气动马达的原理示意图；

图4表示本实用新型实施例的气动马达的连杆的结构原理示意图；

图5表示本实用新型实施例的气动马达的连杆曲轴局部放大剖面示意图；

图6表示本实用新型实施例的气动马达的连杆曲轴局部端面结构示意图；

图7a，7b表示本实用新型实施例的配重体的侧剖与俯视结构示意图。

具体实施方式

参照附图3到图7，将详细叙述本实用新型的具体实施方式。

为了解决现有技术中的问题，先从理论上对径向活塞式气动马达的运动进行分析，以三缸径向活塞式合动马达为例，是典型的曲柄连杆机构，为讨论方便，取一个气缸为研究对象。

如图3示出的原理示意图，取0为原点，该点即为所述的曲轴的轴心OO₁位置，建立XOY直角坐标系，在任一时刻活塞的位置为：

x＝rcosα+lcosβ，

其中，在RtΔAOC及RtΔABC中，rsinα＝lsinβ

$\cos \mathrm{\β}=1-\sqrt{1-{\mathrm{\ρ}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}},$

其中 $\mathrm{\ρ}=\frac{r}{l},$ α＝ωt，ω为曲轴的旋转度速度，

故活塞的运动方程为：

$x=r\cos \mathrm{\ωt}+l\sqrt{1-{\mathrm{\ρ}}^2{\sin }^2\mathrm{\α}}$

其中，当α＝0和α＝π时，即A在M点N点时，活塞冲程为2r，工程中取运动近似方程为：

$x\≈l[1-\frac{1}{4}{\mathrm{\ρ}}^2]+r(\cos \mathrm{\ωt}+\frac{1}{4}\mathrm{\ρ}\cos 2\mathrm{\ωt})$

则活塞速度：

$v=v_x=\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}\≈-\mathrm{r\ω}(\sin \mathrm{\ωt}+\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}\sin 2\mathrm{\ωt});$

加速度：

$a=a_x=\frac{{\mathrm{dv}}_x}{\mathrm{dt}}{\≈-\mathrm{r\ω}}^2(\cos \mathrm{\ωt}+\mathrm{\ρ}\cos 2\mathrm{\ωt});$

通过以上分析，得到了活塞加速度的计算式，以下对运动组件进行分析。

径向活塞式气动马达运动组件包括：曲轴组及活塞组，由于曲轴只作旋转运动，所以根据曲轴质量m_Q及其质心偏距r_Q可求出曲轴连杆结合面处(半径为r)的等效集中质量m_o＝(r_Q/r)m_Q

活塞仅以质量m_H进行往复运动，连杆则同时进行旋转和往复运动，以下将连杆质量进行分配：

如图4所示的连杆的结构示意图，将集中于质心G处的连杆1质量m_L分配到连杆长度为l的两端两个集中质量，即：

$m_{\mathrm{LQ}}=m_H(1-\frac{a}{l})$

$m_{\mathrm{LH}}=m_H\frac{a}{l}$

其中m_LQ只作单纯旋转运动而m_LH只作往复运动

故：

往复运动质量：m_p＝m_H+m_LH     集中于B点处

旋转运动质量：m_o＝m_Q+m_LQ     集中于r位置处

所以，由往复质量产生的惯性力F_p＝F_pxi+F_pyj，在x、y方向的分力为：

x方向：F_px＝-m_pa_x＝m_prω²(cosωt+ρcos2ωt)

y方向：F_py＝-m_pa_y＝0

旋转质量的惯性力F₀＝F_oxi+F_oyj在x，y方向的分力为

x方向：F_ox＝-m_oa_x＝m_orω²cosωt

y方向：F_y＝-m_oa_y＝m_orω²Sinωt

F_p通过连杆和曲轴传递给轴承，F₀则通过曲轴传递给轴承。因此，作用于曲轴承轴上的惯性力为：

F＝F_p+F₀

＝F_xi+F_yj

＝(F_px+F_ox)i+(F_py+F_oy)j

∴在x方向：

F_x＝(m_ρ+m₀)rω²cosωt+m_ρrρω²cos2ωt

在y方向：

F_y＝m₀rω²sinωt

因为ρ的值很小，通常在1/3-1/5之间，故F_x右边cos2ωt一项略去得到：

F_x＝(m_ρ+m_o)rω²cosωt

F_y＝m_orω²Sinωt

以上分析得出，在曲轴运动时，会产生横向和纵向的惯性力，适当的惯性力，可以使曲轴3连续匀速转动，但现有的气动马达由于曲轴上的突出部31是突然加设的，两侧很不平衡，所以会产生突变的惯性力，从而使曲轴的转动不稳定，产生振动及噪音，并且也会影响其输出功率，为了均化该惯性力，如图5所示的连杆曲轴局部放大剖面示意图，以及图6所示连杆曲轴局部端面结构示意图，图7a，图7b示出配重体的侧剖与俯视结构示意图，在本实施例曲轴端部附加偏心配重体5以均化曲轴端部的惯性力，即：在曲轴3的端部，固定设置配重体5，该配重心5是旋转体，且旋转体的旋转中心线O₂O₃，与曲轴的旋转轴OO₁不同心，偏距为e₂，此时，如图7a，7b所示，由于配重体在连接连杆的一侧开有设置螺钉的凹槽，所以配重体5的质心也向曲轴的偏心位置同侧偏移，且旋转体的旋转半径大于偏距e₂，即该旋转体在曲轴的旋转轴OO₁两侧均有设置，且配重体5的质心与曲轴连杆结合的位置分置于曲轴旋转轴OO₁的两侧。

且该配重体外缘优选等于曲轴端部的最大外缘，也可以大于或小于曲轴端部的最大外缘，即：配重体要基本上覆盖曲轴的端部。

配重体5优选为圆柱体金属块，圆柱体半径优选等于从旋转体的旋转中心线O₂O₃到曲轴端部外缘的最长距离，这样，配重体5整体设置在曲轴的端部，就会在一定程度上对上述惯性力起平衡均化作用，设配重体5的质量为m，偏心距为r’，则，

          mr′＝(m_o+λm_ρ)r    0≤λ≤1

因为在平衡F时，不可能同时达到平衡F_x和F_y，而马达的主运动为旋转运动，故往复运动质量前乘以系数λ，λ的具体数值可以由本领域技术人员通过实验来获得，从而可以设计出配重体所需的质量及其质心所在的位置，以达到最佳效果为准。

配重体5通过内六角沉头螺栓6与曲轴3端部连接，在配重体5与曲轴3端面之间的设置轴10，在轴10外设置旋转轴承4，连杆1设置于旋转轴承4外侧，在连杆1上下侧分别依次设置扣圈8和垫片9，在螺栓6预紧力的作用下将垫片9、扣圈8、旋转轴承4、连杆1压紧为一体，形成连杆组件。在曲轴旋转过程在中，配重体的质心轨迹为半径为r’的圆，因而，曲轴在转动过程中，质量变化是渐变过程，从而使机体能处于很稳定的旋转状态。同时，配重体又起到相当于飞轮的作用，因而在提高稳定性的同时也增加了相应的输出扭矩。

如图6所示，配重体的质心偏心距r’优选与曲轴连杆结合面最外端的偏心距r相同。

配重体也可以是其他形状的旋转体，只要旋转体的质心相对于曲轴旋转轴偏心设置，偏置的方向与曲轴3的偏心方向一致，且即可。

所述旋转轴承是滚针轴承。

本实用新型基于上述理论基础上，对曲轴进行平衡均化配重，即在曲轴上加配重体，很好的解决了气动马达振动的问题，振动值可以减小80％以上，同时也增加了马达的输出扭矩，因此是一种应用前景较好的产品。

Claims (7)

1、一种新型低振高速径向活塞式气动马达，设置与活塞(2)相连接的多个连杆(1)，所述连杆(1)与曲轴(3)的端部经旋转轴承(4)相配合，曲轴连杆结合的位置相对于曲轴旋转轴(OO1)偏心设置，在曲轴的端部，与所述旋转轴承(4)相对的位置向外侧面伸出突出部(31)，其特征在于，在曲轴(3)的端部设置配重体(5)，所述配重体(5)为旋转体，且所述配重体(5)的质心的位置与曲轴连杆结合的位置分置于曲轴旋转轴(OO1)的两侧，且该配重体在曲轴旋转轴(OO1)两侧均有设置。

2、根据权利要求1所述的新型低振高速径向活塞式气动马达，其特征在于，配重体(5)基本上覆盖曲轴(3)的端部。

3、根据权利要求2所述的新型低振高速径向活塞式气动马达，其特征在于，所述配重体(5)为圆柱形金属块。

4、根据权利要求3所述的新型低振高速径向活塞式气动马达，其特征在于，配重体(5)的半径等于从配重体的旋转中心线(O2O3)到曲轴端部外缘的最长距离。

5、根据权利要求2所述的新型低振高速径向活塞式气动马达，其特征在于，配重体的质心偏心距(r’)与曲轴连杆结合面最外端的偏心距(r)相等。

6、根据权利要求1至5任一所述的新型低振高速径向活塞式气动马达，其特征在于，配重体(5)通过螺栓(6)与曲轴(3)端部连接，在配重体(5)与曲轴(3)端面之间的设置轴(10)，在轴(10)外设置旋转轴承(4)，连杆(1)设置于旋转轴承(4)外侧，在连杆(1)上下侧分别依次设置扣圈(8)和垫片(9)，垫片(9)、扣圈(8)、旋转轴承(4)、连杆(1)在螺栓(6)预紧力的作用下压紧为一体。

7、根据权利要求6所述的新型低振高速径向活塞式气动马达，其特征在于，所述旋转轴承是滚针轴承。

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