S56《车辆与行走机械的静液压驱动》| 了解摆线齿轮马达的构造

【第五章】

静液压驱动功率

传输元件的典型构造

了解摆线齿轮马达的构造

摆线齿轮马达是一种内啮合的齿轮式液压元件，其核心啮合副是设计十分巧妙的一对“一齿差”的直齿轮内啮合副，定子内齿环的齿形是圆柱形的，称之为“针齿”

或者直接就是一组可在外环套内旋转的圆柱形滚柱；与针齿环啮合的是摆线齿形的外齿轮。外齿轮的齿数比齿环内的针齿数少一个（图5-52）。

与其形体相似的一齿差或少齿差的啮合副和以大减速比著称的摆线针轮减速器采用的是相同的啮合原理。

这种结构也见之于摆线齿轮泵，常被用作内燃机的机油泵和通轴式轴向柱塞泵的补油泵。

但是此类转速较高的摆线泵的内外齿轮都绕各自的固定轴线旋转，由吸油口进入的油液经多个齿间的传递输送到出油口。

摆线马达的针齿环则是一个固定不旋转的定子环，包容在里面的摆线齿轮（转子）既绕本身的轴线自转

又连同本身的轴线一起，以一定的偏心距绕着定子环和输出轴的公共轴线作公转。

这样的组合和配置使得它的定转子的各个啮合副每完成一次啮合都把齿间容积的变化转化为排量，不像上述摆线泵的驱动轴每旋转一周时才压出一个齿间容积的油液。

图5-52 摆线齿轮液压马达的整体型和活齿型定转子啮合副

a) 整体型  b) 活齿型

1-固定螺栓孔  2-整体定子  3-转子  4-工作油腔  5-针齿  6-定子套

摆线齿轮马达的转子中心与输出轴内腔均制有渐开线齿形的内花键孔，两者之间由一根球面齿形联轴器耦合

联轴器传输转子在相邻齿间的液压油压差作用下产生的转矩，并补偿转子轴线与输出轴之间的偏心运动。

与柱塞式元件相似，摆线齿轮马达的配流方式也有径向和端面的两种，而且类似于多作用的内曲线马达的配流装置那样

在一个圆周上分布了多组配流槽口，不像定轴系的摆线泵那样仅有一对进排槽口。

在一定意义上，摆线齿轮马达的动作机制约略等效于多作用的内曲线马达，只是以封闭在由定子、转子和前后端板之间的齿谷内空间取代了后者柱塞缸内圆柱形空间

而且此空间内的压力油直接作用到转子曲面上产生转矩而无须柱塞之类的中间传力部件。这样的结构使得摆线马达的排量和转矩可为同等啮合参数与压力的摆线泵的数倍之多

但其转子的自转和公转的复合运动使得啮合面上具有较高的滑摩速度，加之配流装置的有限过流面积，又限制了这种马达的转速的提高。

不过其实际产品的转速仍然能明显地高于同等排量的内曲线马达（参见表4-8）。

表4-8 几种同等排量的车轮液压马达的主要参数

常见的摆线齿轮马达的内、外转子齿数比是4:5、6:7和8:9，排量规格较大的马达系列采用较多齿数的组合。

外齿环中的针齿数均取为奇数，以减小排量和转矩的脉动。这种马达也采用齿轮式液压泵那样通过改变定转子厚度的方式来细分同一系列中元件的排量规格。

定子齿环有两种结构型式，一种是具有固定针齿的整体型，另一种是以定子套镶入可旋转的圆柱形针齿的活齿型（图5-52）。

图5-52 摆线齿轮液压马达的整体型和活齿型定转子啮合副

a) 整体型  b) 活齿型

1-固定螺栓孔  2-整体定子  3-转子  4-工作油腔  5-针齿  6-定子套

国内外主流品牌的摆线齿轮液压马达习惯上都按所采用的配流装置分为轴配流和端面配流两大体系，并在性能和价格上形成高低搭配的格局。

不过配流装置的不同只是两者差异的一个方面。轴配流型摆线齿轮马达刻意追求的是结构简单和成本低廉

所有的部件都尽量简化，虽然各项指标都不高，但因其轻小的体态在特定的应用场合内却几乎无可替代。

端面配流型的应用领域定位则与中轻系列的柱塞马达有许多交叉，必须精雕细刻地提高性能以取得有利的竞争地位，因此采用一些比较复杂和“奢侈”的结构也就势在必行。

轴配流型摆线马达（图5-53）的结构可以说是一切从简和从小，采用整体型定子，配流轴兼为输出轴

以其配流圆柱面上具有润滑功能的压力油膜用作输出轴的径向滑动支承，而在输出轴肩和前端盖之间

则仅设滚针推力轴承以平衡壳体内压力作用于输出轴后端所产生的向前的轴向力

马达的壳体兼作配流套并直接承受系统压力，轴伸处设有耐高压的“X”型旋转密封圈，甚至可以制成不带外泄油口的型式，以便于在串联回路中使用。

轴配流摆线马达的工作压力只有12.5 – 16MPa，总效率很少能超过80%，远低于柱塞式马达和下述端面配流的摆线齿轮马达；

而且其自身的轴伸也不能承受径向和轴向的外部载荷。但此种性能不很高的液压驱动元件虽然在行走机构的静液压驱动装置中应用有限

却因其十分紧凑的外形和低廉的价格而极为广泛地应用于功率的各种工作部件中。

例如一辆常见的扫路车上就配置了3-5个轴配流摆线齿轮马达。它们在经济作物收割机、路面施工机械和机场用集装箱升降平台等机械上的装用数量更多。

轴配流摆线齿轮的核心部件还大量用作行走机械全液压转向器中的计量反馈马达，这种转向器还具有应急时转为手动泵的功能。

图5-53 轴配流型摆线齿轮液压马达的构造（Eaton）

    1-输出兼配流轴  2-齿形联轴器  3- 整体型摆线针轮啮合副  4-兼作配流套的壳体及油口

与轴配流型相比，端面配流型摆线齿轮马达（图5-54）则采用了许多较为复杂的结构措施来提高性能

如活齿型啮合副、在转子与传输转矩的输出轴和配流装置之间分开设置各自独立的联轴器系统等，配流方式的改变只是其中之一。

由于其输出轴不再承担与液压流道相关的功能，可有比较灵活的配置和变型。

标准型的输出轴配有成对的向心推力滚动轴承构成能承受轴向及径向外载荷的轴伸，也可制成直接驱动车轮轮毂等的驱动法兰。

一些生产厂还供应只包含定转子、配流器和输出联轴器的液压驱动模块，供用户自行安装到带有规定尺寸和硬度的花键孔的设备上，

例如用于插装式齿轮减速器输入端等。此举进一步提高了整机的模块化和集成化水平。

近年来端面配流型摆线齿轮马达的一项改进是通过在配流装置中切换配流通道的方式进行实现有级变量。

另一项进步是采取了像齿轮泵那样的挠性配流侧板来补偿转子的端面间隙以提高容积效率。

目前端面配流型摆线马达的工作压力已可达25 – 32MPa，显著高于轴配流型，总效率峰值82% – 85%，已逼近简化结构的轻系列柱塞式元件

而且相对于后者仍保持有一定的价格优势。可以看出，端面配流型摆线齿轮马达不仅在“多作用”的运转原理上，而且在发展与营销的很多策略方面都与内曲线马达的情况相类似。

图5-54 端面配流型摆线齿轮液压马达的构造（Eaton）

1-输出轴  2-带轴承组的承载壳体  3-驱动轴齿型联轴器  4-活齿型摆线针轮啮合副  5-配流盘齿型联轴器  6-配流盘  7-带油口的配流装置壳体

 哪种结构型式的

摆线马达效率高？