一种新型摆线液压马达*

王 舰，王春涛， 张态成

(浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，浙江 舟山 316022)

一种新型摆线液压马达*

王 舰，王春涛， 张态成

(浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，浙江 舟山 316022)

介绍一种全新的摆线液压马达设计的结构和工作原理，并从理论上分析其性能特点。研究的摆线液压马达与现有的各类液压马达相比具有结构紧凑，体积小，重量轻，系列数多，排量大，密封性和能量转换率高等特点。

针轮摆线；液压马达；工作原理；结构性能

0 引 言

液压马达习惯上是指输出旋转运动，将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置[1]。摆线液压马达具有结构简单、体积小、重量轻、输出扭矩大以及单位质量功率比其他类型液压马达大等特点[2]，广泛应用于工程、农业、船舶运输、矿山及渔业等各种机械设备中。现有摆线液压马达普遍采用外齿圈固定作为定子，摆线齿轮作为转子与外齿圈啮合作内行星运动，其运动输出机构通过连接输出轴头和摆线齿轮的鼓形花键联轴器实现[3]，配流方式有轴配流、端面配流、滑阀配流等几种形式[4]。

此研究设计的是一种全新的摆线液压马达，其能量转换机构采用摆线齿轮固定，外齿圈啮合其上作外行星运动，通过高效孔销输出机构向外输出转速和扭矩，采用端面配流机构，该马达与现有的摆线液压马达相比，整体结构紧凑，缩短了轴向尺寸，排量和功率都有很大的提升。现从其结构、工作原理和性能进行分析介绍。

1 新型摆线液压马达结构

新型摆线液压马达主要由液机转化机构、孔销输出机构、端面配油机构、机壳等部分组成，图1所示为新型摆线液压马达结构图。

1.1 液机转换机构

液机转换机构的功能是将液压能转换成机械能，是液压马达的核心，对能量转换起着决定性的作用。

图1 新型摆线液压马达结构图1.输出轴 2.密封 3.机壳 4.左端盖 5.右端盖 6.针齿轮 7.轴摆线齿轮 8.圆锥滚子轴承 9.档环 10.销轴组件 11.配油阀 12.固定孔销盘 13.偏心环 14.配油摆线齿轮

液机转换机构主要是轴摆线齿轮和针轮相互啮合组成的一齿差共轭副。将摆线齿轮Zg固定为太阳轮，使针轮Zb啮合其上作外行星运动，应用K-H-V型行星轮系中g轮固定时的传动比公式作为其传动原理[5]。其传动公式为：

图2所示为一齿差针轮摆线共轭副结构，它具有良好的结构特性，即：

(1) 组成结构中各个几何要素的对称性。当针轮的某一针齿与摆线齿轮的齿根相啮合时，该针齿相对的两针齿部分齿廓和摆线齿廓围成的齿腔容积达到最大Vomax。以这两针齿和上方一针齿啮合线为界，将其它各针齿分隔成对称分布的两齿腔区，各齿腔容积大小一一对应相等，自下而上由大变小。这一齿腔布局和变化特性，满足了液压能转换的条件高低压区分隔，液量对称等量和液流量沿着一个方向旋转流动。

(2) 一齿差针轮摆线齿轮共轭副结构具有较高的容积效率和机械效率。一齿差针轮摆线齿轮共轭副理论上称为全齿无间隙啮合传动，各个齿腔独立密封，容积效率高；针轮与摆线齿轮共轭副为平面力系传动，运转平稳阻力小，大大提高了机械效率。

(3) 按总体结构设计要求，将摆线齿轮设计成左右轴颈式，便于它与机壳固定，又利于其它相关构件联接和定位。

图2 一齿差针轮摆线齿轮共轭副

1.2 孔销输出机构

孔销输出机构主要由左端盖、右端盖、销轴组件等部分组成，如图3所示，它的功能是密封液机转换机构的针轮摆线共轭副两端面，并将液机转换机构得到的针轮体的角速度ωb和转矩Mb传输到输出轴，同时将角速度传递给配油机构，驱动端面配油阀运转，对液机转换机构实现同步配油。

图3 孔销输出机构1.左端盖 2.销轴组件 3.右端盖

孔销输出机构左右端盖有和针轮体等径分布的Zb个相同大小的销孔，销孔直径Dw=dp+2A(dp为销轴直径，A为偏心距)，通过由六角头铰制孔用螺栓、固定销套和活动销套组成的销轴组件和针轮体装配在一起。右端盖筒孔内装一对圆锥滚子轴承定位，左端盖筒孔内装端面配油阀，动配合定位。

1.3 端面配油机构

端面配油机构的功能，是驱动端面配油阀，将高压油从阀的一侧，引入针轮摆线共轭副中高压齿腔区，随后将已尽能量的低压油，从低压齿腔区挤入端面配油阀的另一侧，排出回油箱，使液压马达连续作机械功。

端面配油阀的结构采用内外装配，内外套上各设对称隔离开的高低压油路，配油阀的右端面上各油口与左端盖孔底面上所设的zb个月牙形通油孔相对应。高压油从机壳上进油口，经左端盖径向进油口，通过配油阀外套开口进入配油阀高压油区c，使高压油由径向转轴向流动，经过左端盖轴向配油孔c′，进入液机转换机构的高压齿腔区d，实现能量转换，液机转换机构的低压齿腔区e的低压油经左端盖轴向配油孔e′进入配油阀低压区f，通过配油阀外套径向开口，经左端盖径向排油口进入马达机壳上的排油口排回油箱。如图2、4、5所示。

图4 左端盖左视图 图 5 阀的右端面通油口

2 新型摆线液压马达工作原理

当高压油输入液机转换机构中，在高压油压力作用下，针轮体朝齿腔扩大方向旋转，它以角速度ωb驱动孔销输出机构转动，孔销输出机构以等角速度ωb=ωb′驱动端面配油机构，端面配油机构带动同轴上端面配油阀，获得角速度ωH′=ωb′zb′，与液机转换机构中针轮体公转的角速度ωH=ωbzb相等，实现等速进排油。孔销输出机构将液机转换机构和端面配油机构包络在内，形成一条闭式液机能连续循环转换系统。孔销输出机构的左端盖设一渐开线花键法兰，联接左端盖和花键轴头，由花键轴头向外输出ωb和Mb，驱动负载做功。

3 新型摆线液压马达的性能和结构特点

新型摆线液压马达与现有的各类常用液压马达进行比较，在结构和性能上具有良好的优势。

(1) 摆线液压马达系列数多、排量大。根据摆线液压马达的排量公式，一级行星传动齿数有数十种，设计搭配参数偏心距A和齿宽B各有十余种，可知新型摆线液压马达具有较大的系列数和排量值，能满足大部分配套机械所需的功率要求。

(2) 新型摆线液压马达结构紧凑。在液压马达结构内部，可设置径向、轴向和环向密封结构。径向采用球铁活塞环密封，容积效率高，轴向和环向采用塑料青铜钢复合板密封条，内衬O型橡胶圈，靠压缩橡胶圈产生的回弹力给密封接触面一定的压力，密封条磨损后能自动补偿，保证了密封可靠性，对提高液压马达的液压力和转速以及使用寿命意义重大。

(3) 能量转换效率高。液机转换机构采用一齿差针轮摆线共轭副，为平面力系传动，仅受径向阻力，共轭副又滚动啮合，旋转平稳，阻力小，采用强氮化表面处理，高精磨削成型，效率较高，其运动输出机构为高效孔销输出机构，传输效率高，液压马达的总效率得到提升。

(4) 作为能量转换传动技术，液压马达单一的针轮摆线共轭传动副结构，有利于实现标准化生产。

4 结 语

这种新型摆线液压马达是以一齿差针轮摆线齿轮共轭副结构为核心，在液压马达的结构布局上进行了一系列的创新设计，马达整体结构紧凑，从理论上分析，马达的综合性能相比传统摆线液压马达有着巨大的优势。对于新型液压马达在实际应用中可能会遇到的一些问题，还需在以后的研究和实验中进一步解决。

[1] 张培红. LabVIEW 在液压马达测试系统中的应用[J]. 机械研究与应用, 2012(3): 179-180.

[2] 温群明. 炸药车的摆线式液压马达[J]. 铜业工程, 2007(1):47-49.

[3] 张玉莲, 章 海. 一种新型的行星针轮摆线液压马达设计研究[J]. 液压与气动, 2006(9): 19-21.

[4] 韩 俊. 端面配流外定子浮动型高压摆线液压马达研制[D].杭州：浙江大学, 2012: 8-10.

[5] 天津大学. 机械原理[M]. 北京:人民教育出版社, 1979.

A New Type of Cycloidal Hydraulic Motor

WANG Jian, WANG Chun-tao, ZHANG Tai-cheng

(CollegeofShipandOceanEngineering,ZhejiangOceanUniversity,ZhoushanZhejiang316022,China)

The structure and working principle of a new type of cycloidal hydraulic motor were introduced, and its performance features were analyzed in theory. This cycloidal hydraulic motor has many features such as compact structure, small volume, more series number, big output volume, and high leakproofness and energy conversion rate compared with the existing various types of hydraulic motors.

pinwheel cycloid; hydraulic motor; working principle; structure performance

2014-02-24

浙江海洋学院科研启动费(编号：Q1202)

王 舰(1985-)，男，山东泰安人，在读硕士，研究方向：液压元件设计。

王春涛(1965-)，男，浙江定海人，教授，研究方向：海洋机电装备技术。

TH137.51

A

1007-4414(2014)02-0121-03