侯　波　崔　瑞　林玉峰

（安徽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，安徽淮南232001）

摘要： 研究一種由一個中心齒輪和三個空轉(zhuǎn)齒輪構(gòu)成的并聯(lián)齒輪馬達(dá)，闡述了結(jié)構(gòu)原理，對 功率密度、齒輪徑向力及輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的脈動進(jìn)行了分析；結(jié)果表明：該馬達(dá)軸向尺寸小 ，功率密度高；中心（扭矩輸出齒輪）所受徑向力平衡，空轉(zhuǎn)齒輪所受徑向力顯著減少，適 當(dāng)選取齒數(shù)，可使馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的均勻性顯著提高，并具有低速穩(wěn)定性好，啟動力 矩大等特點。

關(guān)鍵詞：齒輪馬達(dá)；三極；并聯(lián)

中圖分類號：TH325文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A[WT]文章編號：16721098(2008)02004704

Theoretical Study on Threepole Parallelgear Motor

HOU Bo，CUI Rui，LIN Yufeng

(School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, H uainan Anhui 232001, China) Abstract: In the paper construction of threepole parallelgear motor, which con sists of one central gear and three racing gears was introduced. Its constructio n principle was expatiated. Pulsation of gears power density, radial force andthe output rotational speed and torque were analyzed. The axial size of the mot or is small, and the power density is high. The central gear (torque outputtinggear) bears balanced force in radial direction while unbalanced radial force act ing on the racing gears significantly reduced. With proper number of gear toothmotors output rotational speed and torque significantly increased, and has goo d low speed stability and high starting torque and so on.

Key words:gearmotor; threepole; parallel

齒輪馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小、制造容易、價格低廉、抗污染能力 強等突出優(yōu)點，因而得到了廣泛地應(yīng)用，但傳統(tǒng)的只有一對齒輪結(jié)構(gòu)型式的漸開線外嚙合齒 輪馬達(dá)，存在著輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩脈動率大和起動轉(zhuǎn)矩小等缺點。從增加輸出轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā) ,可采用由多個齒輪構(gòu)成的多齒輪馬達(dá)［1］。但由于人們對多齒輪馬達(dá)的結(jié)構(gòu)型式和 性能特點研究不足，致使該種馬達(dá)未能得到工業(yè)應(yīng)用。本文所研究的三極并聯(lián)齒輪馬達(dá)是由 三從動輪并聯(lián)齒輪泵演化而成的新型液壓執(zhí)行元件，在國內(nèi)外尚未有產(chǎn)品，也未見有關(guān)研究 論文和設(shè)計資料。同前者相比，兩者在結(jié)構(gòu)上雖然相似，但在工作原理和性能指標(biāo)上存在較 大差異。為了深化認(rèn)識，現(xiàn)從理論上對此種馬達(dá)進(jìn)行深入地分析和研究，明確其結(jié)構(gòu)和性能 特點，以期引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注和研制支持。

1結(jié)構(gòu)原理

該馬達(dá)主要由中心齒輪（扭矩輸出齒輪）軸、三個對稱布置的空轉(zhuǎn)齒輪、殼體、左、右端蓋 及配流盤等組成(見圖1)。扭矩輸出齒輪和三個空轉(zhuǎn)齒輪分別構(gòu)成三個外嚙合齒輪 馬達(dá)（子馬達(dá)）；在殼體內(nèi)三個子馬達(dá)的進(jìn)、出油口是分開的，而在端蓋上開有三對進(jìn)油孔 和出油孔，通過配流盤分別相連后，匯集成總的進(jìn)油口和排油口同外界相通。當(dāng)從進(jìn)油口輸 入壓力油時,在各齒輪齒面上作用有不平衡液壓力（作用方式同于普通齒輪馬達(dá)）,進(jìn)而對扭 矩輸出齒輪的回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生驅(qū)動力矩, 推動中心齒輪軸旋轉(zhuǎn)，向外輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。隨著齒 輪的旋轉(zhuǎn)，液壓油被從高壓側(cè)帶向低壓側(cè)，再通過排油口排出。馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)是三個子 馬達(dá)所產(chǎn)生的液壓力矩的疊加；輸出轉(zhuǎn)速同于扭矩輸出齒輪的轉(zhuǎn)速。由于三個空轉(zhuǎn)齒輪和扭 矩輸出齒輪分別構(gòu)成的三個子馬達(dá)相互獨立，進(jìn)油口和出油口并聯(lián)，并共用一個軸向外輸出 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，形成一由三個子馬達(dá)（三極）構(gòu)成的并聯(lián)齒輪馬達(dá)。

1、13-軸封；2、5、9、12-滑動軸承；3-左配流盤；4-左 端蓋；6-空轉(zhuǎn)齒輪；7 -泵體；8-中心（扭矩輸出）齒輪軸 ；10-右端蓋；11-右配流盤

圖1結(jié)構(gòu)原理

2性能特點分析

為便于設(shè)計、制造和裝配，取空轉(zhuǎn)齒輪和中心齒輪齒數(shù)和齒輪參數(shù)相同，研究重疊系數(shù)大于 1的標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪馬達(dá)。

2.1功率密度

因該馬達(dá)基本結(jié)構(gòu)同三從動輪并聯(lián)齒輪泵相同，其功率密度也應(yīng)相同，即在同樣輸出轉(zhuǎn)矩和 功率下，馬達(dá)的外形尺寸和重量減少，功率密度得以提高。

2.2徑向力分析

(1) 扭矩輸出齒輪由于三個子馬達(dá)的進(jìn)油口沿圓周方向均布（見圖1）， 3個進(jìn)油口對扭 矩輸出齒輪所形成的徑向液壓力在齒輪的圓周方向也呈均布， 三個壓力分布區(qū)的合成徑向 力均相等， 并分別指向扭矩輸出齒輪的中心(見圖2)。圖2齒輪徑向力

設(shè)三個液壓徑向力分布區(qū)間的合力分別為獸﹔1，F(xiàn)﹔2和F﹔3(Fr1=F﹔2=F﹔3,F﹔1同X軸間的夾角為θ，將OXY坐標(biāo)系逆時針旋 轉(zhuǎn)θ角，得到 新坐標(biāo)系OX1Y1，再將各壓力分布區(qū)液壓徑向力的合力分別投影，在圖示的OX1Y1 坐標(biāo)系中即可得到

因平衡力系與坐標(biāo)系的選擇無關(guān)，所以在玂XY坐標(biāo)系中，同樣有∑Fr=0；同理，作用 在中心齒輪上的嚙合力的合力也為零，即扭矩輸出齒輪軸上所受合成徑向力為零，大大減輕 了磨損，延長了使用壽命。因在該齒輪上作用有較大的輸出轉(zhuǎn)矩，此優(yōu)點對提高馬達(dá)的工作 可靠性，具有特別重要的意義。因此，在做馬達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，無需考慮在該齒輪的對應(yīng)位置 上開設(shè)均壓槽。

（2） 空轉(zhuǎn)齒輪因每一子馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和工作原理同普通外嚙合齒輪馬達(dá)相同，空轉(zhuǎn)齒輪的 受力狀況也和普通齒輪馬達(dá)相同，其上承受有不平衡徑向力，合成徑向力可按下式近似計算 ：

當(dāng)普通齒輪馬達(dá)（計齒數(shù)為玓1）和三極并聯(lián)齒輪馬達(dá)（計齒數(shù)為Z2）在工作壓力和 輸出轉(zhuǎn)矩相等時，其排量也應(yīng)相等，即有

知，三極并聯(lián)馬達(dá)空轉(zhuǎn)齒輪上的合成不平衡徑向力也只是普通齒輪馬達(dá)的三分之一，使空 轉(zhuǎn)齒輪的受力狀況大為改善。

2.3輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩

（1） 理論平均轉(zhuǎn)速因該馬達(dá)是由三個子馬達(dá)所構(gòu)成，在同等齒數(shù)時，排量增加三倍，所 以達(dá)的低速穩(wěn)定性。如要獲得較高的轉(zhuǎn)速，則應(yīng)增加輸入流量。

（2） 理論平均轉(zhuǎn)矩馬達(dá)的平均輸出轉(zhuǎn)矩由幾何排量和供油壓力所決定，由結(jié)構(gòu)原理可得

即在油壓及齒輪參數(shù)相同時,輸出轉(zhuǎn)矩比普通齒輪馬達(dá)增加了3倍，從而獲得了較大的起動轉(zhuǎn) 矩，改善了起動性能。