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摆线液压装置的研发与改进

  弹性变形是指金属在外力作用下产生变形,外力消失后恢复原状,不产生永久变形的性能。金属能保持弹性变形的最大应力称为弹性极限,用σe表示。如所示,现有的摆线液压马达的动力部分-摆线轮组一般由前侧板、定子体、摆线轮、后侧板组成,摆线轮与前后侧板之间存在一定的轴向间隙,在小流量时会因内泄漏而无法建立起压力,影响低速重载的启动性能,特别是在转速接近于零的情况下无法启动,限制了马达的应用范围。
  为解决这个问题,在摆线轮与后侧板之间增加了一块薄形平衡板,如所示,该平衡板一面贴向摆线轮,另一面贴向后侧板,其上装有多个单向阀,压力油始终能通过其中一个单向阀进入平衡板的另一面,如所示。当压力油已经进入工作腔,但马达还未运转,工作腔内的油液通过单向阀不断进入平衡板的右侧,使平衡板右侧压力上升,平衡板发生弹性变形,贴紧摆线轮。此时摆线轮组的轴向间隙变小,容积效率迅速提高。工作腔内压力随之上升,直至启动,同时,由于平衡板的变形使它与后侧板脱开,压力油通过平衡板的小孔向泄油腔泄压,压力下降,如所示,当平衡板两面压力相等时,平衡板复原,摩擦力减小,机械效率提高。
  因此本设计利用薄板弹性变形解决了摆线液压马达低速时无法建立压力的缺点,大大提高了该型液压马达的低速重载启动性能。
  由于薄板在圆周上用螺钉与定子体和后侧板连接在一起,并且在半径为b的同心圆内作用均布载荷q,又是等厚薄板,由于摆线轮组的轴向间隙一般在0.05以下,其中面的挠度远远小于板厚,因此板的内力主要是弯曲内力,属于小挠度弯曲。因此它的应力分布图如下:厚度不超过最小横向尺寸1/5的板为薄板,根据薄板小挠度弯曲的应力和位移计算公式,得:当0≤k≤K时,σr="[0.488(K4-4K2lnK)-1.24k2]m2q≤(σe/S)(1)σθ="[0.488(K4-4K2lnK)-0.713k2]m2q≤(σe/S)(2)t3==[0.171k4-0.340k2K4+0.683K4(1+2k2/K2)lnK+0.
  683K2-0.512K4]a4qA/wE(3)当K≤k≤1时,σr="[0.488(K2-4lnK)+0.263K2/k2-1.5]K2m2q≤(σe/S)(4)σθ="[0.488(K2-4lnK)-0.263K2/k2-0.45]K2m2q≤(σe/S)(5)t3==[(1-k2)K2-0.5k2K4+(K4+2k2K2)lnk+0.5K4]a4qA/1.464wE(6)其中:k=r/a,K=b/a,m=a/t,r-所求点半径,q-作用载荷,t-薄板的厚度,w-所求点的挠度,E-材料的弹性模量,σe-弹性极限,S-安全系数。
  σr-薄板的径向弯曲应力,式中“-”表示上表面,“+”表示下表面σθ-薄板的周向弯曲应力,式中“-”表示上表面,“+”表示下表面本设计中薄板的材料为钢件,E=2.1×105MPa,σe=392.5MPa,S=1.25,a=65,b=26,r=0~26,K=0.4,为满足设计要求,取r=20,q=18MPa,w=0.05此时k=0.3。把r=20,q=18MPa,w=0.05,k=0.3代入公式三得t=13。
  根据图3得知,当r=0时,σθ和σr最大,因此只要校核这一点的应力即可。把k=0,K=0.4,m=5,q=18MPa代入公式一得σr=275MPa。把k=0,K=0.4,m=5,q=18MPa代入公式二得σθ=275MPa。而σe/S=314,因此σr、σθ<σe/S,符合要求。
  本设计是在BM5摆线液压马达的基础上,置入了一块13mm的平衡板,外形和径向尺寸上都没有变化,轴向尺寸增加了13mm,但整体性能有了较明显的提高,表1是BM5-630应用平衡板前后的性能比较:由于利用薄板弹性变形提高液压马达性能的设计方法,原理和结构都比较简单,只要配合不同的沟槽设计,就可用于不同配流结构的摆线液压马达中。

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