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        常見氣動馬達的工作原理簡析
        葉片式氣馬達的原理見圖1。葉片式氣馬達主要由定子1、轉子2、葉片3及4等零件構成。定子上有進、排氣用的配氣槽或孔,轉子上銑有長槽,槽內有葉片。定子兩端有密封蓋,密封蓋上有弧形槽與進、排氣孔A、B及葉片底部相通。轉子與定子偏心安裝,偏心距為e。這樣由轉子的外表面、葉片(兩葉片之間)、定子的內表面及兩密封端蓋就形成了若干個密封工作容積。


        圖1 葉片式氣馬達原理圖

        說明:(1—定子;2—轉子;3、4—葉片) 壓縮空氣由A孔輸入時,分為兩路:一路經定子兩端密封蓋的弧形槽進入葉片底部,將葉片推出。

        葉片就是靠此氣壓推力及轉子轉動時的離心力的綜合作用而保證運轉過程中較緊密地抵在定子內壁上。壓縮空氣另一路經A孔進入相應的密封工作容積。如圖42.3-1,壓縮空氣作用在葉片3和4上,各產生相反方向的轉矩,但由于葉片3伸出長(與葉片4伸出相比),作用面積大,產生的轉矩大于葉片4產生的轉矩,因此轉子在相應葉片上產生的轉矩差作用下按逆時針方向旋轉,做功后的氣體由定子孔C排出,剩余殘氣經孔B排出。 改變壓縮空氣的輸入方向(如由B孔輸入),則可改變轉子的轉向。

        葉片式氣馬達多數可雙向回轉,有正反轉性能不同和正反轉性能相同兩類。圖42.3-2為正反轉性能相同的葉片式馬達特性曲線。這一特性曲線是在一定工作壓力(例如0.5MPa)下做出的,在工作壓力不變時,它的轉速、轉矩及功率均依外加載荷的變化而變化。

        當外加載荷轉矩為零時,即為空轉,此時轉速達最大值nmax,馬達輸出功率為零。當外加載荷轉矩等于氣馬達最大轉矩Tmax時,氣馬達停轉,轉速為零,此時輸出功率也為零。當外加載荷轉矩等于氣馬達最大轉矩的一半時,其轉速為最大轉速的一半。此時馬達輸出功率達最大值Pmax。一般說來,這就是氣馬達的額定功率。


        圖2 葉片式氣馬達特性曲線
        說明:在工作壓力變化時,特性曲線的各值將隨之有較大的變化。說明葉片式氣馬達具有較軟的特性。


        二、活塞式氣動馬達的工作基本原理


        常用活塞式氣馬達大多是徑向連桿式的,圖3為徑向連桿活塞氣馬達工作原理圖。壓縮空氣由進氣口(圖中未畫出)進入配氣閥套1及配氣閥2,經配氣閥及配氣閥套上的孔進入氣缸3(圖示進入氣缸I和Ⅱ),推動活塞4及連桿組件5運動。通過活塞連桿帶動曲軸6旋轉。曲軸旋轉的同時,帶動與曲軸固定在一起的配氣閥2同步轉動,使壓縮空氣隨著配氣閥角度位置的改變進入不同的缸內(圖示順序為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),依次推動各個活塞運動,各活塞及連桿帶動曲軸連續運轉。與此同時,與進氣缸相對應的氣缸分別處于排氣狀態。


        圖3 徑向活塞式氣馬達

        1—配氣閥套;2—配氣閥;3—氣缸體;4—活塞;5—連桿組件;6—曲軸 圖42.3-4為一小型活塞式氣馬達的特性曲線??梢娀钊綒怦R達也具有軟特性的特點。特性曲線各值隨馬達工作壓力的變化有較大的變化,工作壓力增高,馬達的輸出功率、轉矩和轉速均大幅度增加;當工作壓力不變時,其轉速、轉矩及功率均隨外加載荷的變化而變化。其基本情況與葉片式氣馬達大致相同。


        圖4 活塞式氣馬達特性曲線
        a)功率曲線;b)轉矩曲線



        三、擺動式氣動馬達的工作原理


        擺動式氣馬達雖稱為馬達,其輸出卻不是連續回轉運動,而是在一定角度范圍內的回轉運動,即某一角度內的擺動。當然這一角度可據需要設計,可以在360°以內,也可大于360°
        擺動式氣馬達可分為葉片式和活塞式兩類。
        1、葉片式擺動氣馬達圖5為葉片式擺動氣馬達原理圖。有單葉片(見圖5a)和雙葉片(見圖5b)兩種。由馬達體、葉片、轉子(輸出軸)、定子及兩側端蓋組成。葉片與轉子(輸出軸)固定在一起,壓縮空氣作用在葉片上,在馬達體內繞中心擺動,帶動輸出軸擺動,輸出一定角度內的回轉運動。


        圖5 葉片式擺動氣馬達
        a)單葉片式;b)雙葉片式 單葉片式擺動角度小于360°,一般在240°~280°左右;雙葉片式擺動角度小于180°,一般在150°左右。尺寸相同時,雙葉片式的輸出轉矩應是單葉片式擺動馬達輸出轉矩的2倍。這種氣馬達由于葉片與缸體內壁接觸線較長,需要較好的密封,密封件的阻力損失較大。
        2、活塞式擺動氣馬達活塞式擺動氣馬達有齒輪齒條式、螺桿式、曲柄式等多種。其基本原理是利用某些機構(如齒輪齒條、螺桿、曲柄等)將活塞的直線往復運動轉變成一定角度內的回轉運動輸出。


        圖6 活塞式擺動氣馬達
        a)齒輪齒條式;b)螺桿式 圖6為活塞式擺動氣馬達原理圖。其中圖6a為齒輪齒條式擺動氣馬達,活塞帶動齒條從而推動與齒條嚙合的齒輪轉動,齒輪軸輸出一定角度內的回轉運動;圖6b為螺桿式擺動氣馬達,活塞內孔與一螺桿嚙合,當活塞往復運動時,螺桿就輸出回轉運動(一定角度內的擺動)。以上兩種活塞式擺動馬達的擺動角度可以在360°以內,也可以大于360°,可據需要設計。齒輪齒條式擺動氣馬達密封性較好,機械損失也較??;螺桿式密封性可做到較好,但加工難度稍大,機械損失也較大。

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