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氣馬達(dá)工作原理

  一、 葉片式氣馬達(dá) 

  葉片式氣馬達(dá)的原理見圖42.3-1。葉片式氣馬達(dá)主要由定子1、轉(zhuǎn)子2、葉片3及4等零件構(gòu)成。定子上有進(jìn)、排氣用的配氣槽或孔，轉(zhuǎn)子上銑有長(zhǎng)槽，槽內(nèi)有葉片。定子兩端有密封蓋，密封蓋上有弧形槽與進(jìn)、排氣孔A、B及葉片底部相通。轉(zhuǎn)子與定子偏心安裝，偏心距為e。這樣由轉(zhuǎn)子的外表面、葉片（兩葉片之間）、定子的內(nèi)表面及兩密封端蓋就形成了若干個(gè)密封工作容積。

圖42.3-1 葉片式氣馬達(dá)原理圖
1—定子；2—轉(zhuǎn)子；3、4—葉片

    壓縮空氣由A孔輸入時(shí)，分為兩路：一路經(jīng)定子兩端密封蓋的弧形槽進(jìn)入葉片底部，將葉片推出。
    葉片就是靠此氣壓推力及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力的綜合作用而保證運(yùn)轉(zhuǎn)過程中較緊密地抵在定子內(nèi)壁上。壓縮空氣另一路經(jīng)A孔進(jìn)入相應(yīng)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(chǎn)生相反方向的轉(zhuǎn)矩，但由于葉片3伸出長(zhǎng)（與葉片4伸出相比），作用面積大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大于葉片4產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子在相應(yīng)葉片上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩差作用下按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，做功后的氣體由定子孔C排出，剩余殘氣經(jīng)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(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。
    葉片式氣馬達(dá)多數(shù)可雙向回轉(zhuǎn)，有正反轉(zhuǎn)性能不同和正反轉(zhuǎn)性能相同兩類。圖42.3-2為正反轉(zhuǎn)性能相同的葉片式馬達(dá)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(shí)，它的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率均依外加載荷的變化而變化。
    當(dāng)外加載荷轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，即為空轉(zhuǎn)，此時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)最大值n_max，馬達(dá)輸出功率為零。當(dāng)外加載荷轉(zhuǎn)矩等于氣馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩T_max時(shí)，氣馬達(dá)停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為零，此時(shí)輸出功率也為零。當(dāng)外加載荷轉(zhuǎn)矩等于氣馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩的一半時(shí)，其轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)速的一半，此時(shí)馬達(dá)輸出功率達(dá)最大值P_max。一般說來，這就是氣動(dòng)馬達(dá)的額定功率。 在工作壓力變化時(shí)，特性曲線的各值將隨之有較大的變化。說明葉片式氣馬達(dá)具有較軟的特

圖42.3-2  葉片式氣馬達(dá)特性曲線

二、 活塞式氣馬達(dá)
    常用活塞式氣馬達(dá)大多是徑向連桿式的，圖42.3-3為徑向連桿活塞氣馬達(dá)工作原理圖。壓縮空氣由進(jìn)氣口（圖中未畫出）進(jìn)入配氣閥套1及配氣閥2，經(jīng)配氣閥及配氣閥套上的孔進(jìn)入氣缸3（圖示進(jìn)入氣缸I和Ⅱ），推動(dòng)活塞4及連桿組件5運(yùn)動(dòng)。通過活塞連桿帶動(dòng)曲軸6旋轉(zhuǎn)。曲軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，帶動(dòng)與曲軸固定在一起的配氣閥2同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓縮空氣隨著配氣閥角度位置的改變進(jìn)入不同的缸內(nèi)（圖示順序?yàn)棰瘛ⅱ?、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），依次推?dòng)各個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)，各活塞及連桿帶動(dòng)曲軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，與進(jìn)氣缸相對(duì)應(yīng)的氣缸分別處于排氣狀態(tài)。

圖42.3-3 徑向活塞式氣馬達(dá)
1—配氣閥套；2—配氣閥；3—?dú)飧左w；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(dá)的特性曲線。可見活塞式氣馬達(dá)也具有軟特性的特點(diǎn)。特性曲線各值隨馬達(dá)工作壓力的變化有較大的變化，工作壓力增高，馬達(dá)的輸出功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均大幅度增加；當(dāng)工作壓力不變時(shí)，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)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(dá)大致相同。

圖42.3-4 活塞式氣馬達(dá)特性曲線
a）功率曲線；b）轉(zhuǎn)矩曲線

三、擺動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)
    擺動(dòng)式氣馬達(dá)雖稱為馬達(dá)，其輸出卻不是連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而是在一定角度范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即某一角度內(nèi)的擺動(dòng)。當(dāng)然這一角度可據(jù)需要設(shè)計(jì)，可以在360°以內(nèi)，也可大于360°
    擺動(dòng)式氣馬達(dá)可分為葉片式和活塞式兩類。
    1）葉片式擺動(dòng)氣馬達(dá)圖42.3-5為葉片式擺動(dòng)氣馬達(dá)原理圖。有單葉片（見圖42.3-5a）和雙葉片（見圖42.3-5b）兩種。由馬達(dá)體、葉片、轉(zhuǎn)子（輸出軸）、定子及兩側(cè)端蓋組成。葉片與轉(zhuǎn)子（輸出軸）固定在一起，壓縮空氣作用在葉片上，在馬達(dá)體內(nèi)繞中心擺動(dòng)，帶動(dòng)輸出軸擺動(dòng)，輸出一定角度內(nèi)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖42.3-5 葉片式擺動(dòng)氣馬達(dá)
a）單葉片式；b）雙葉片式

    單葉片式擺動(dòng)角度小于360°，一般在240°～280°左右；雙葉片式擺動(dòng)角度小于180°，一般在150°左右。尺寸相同時(shí)，雙葉片式的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)是單葉片式擺動(dòng)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩的2倍。這種氣馬達(dá)由于葉片與缸體內(nèi)壁接觸線較長(zhǎng)，需要較好的密封，密封件的阻力損失較大。
    2）活塞式擺動(dòng)氣馬達(dá)活塞式擺動(dòng)氣馬達(dá)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(jī)構(gòu)（如齒輪齒條、螺桿、曲柄等）將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成一定角度內(nèi)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出。

圖42.3-6 活塞式擺動(dòng)氣馬達(dá)
a）齒輪齒條式；b）螺桿式

    圖42.3-6為活塞式擺動(dòng)氣馬達(dá)原理圖。其中圖42.3-6a為齒輪齒條式擺動(dòng)氣馬達(dá)，活塞帶動(dòng)齒條從而推動(dòng)與齒條嚙合的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸輸出一定角度內(nèi)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；圖42.3-6b為螺桿式擺動(dòng)氣馬達(dá)，活塞內(nèi)孔與一螺桿嚙合，當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺桿就輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一定角度內(nèi)的擺動(dòng)）。以上兩種活塞式擺動(dòng)馬達(dá)的擺動(dòng)角度可以在360°以內(nèi)，也可以大于360°，可據(jù)需要設(shè)計(jì)。齒輪齒條式擺動(dòng)氣馬達(dá)密封性較好，機(jī)械損失也較?。宦輻U式密封性可做到較好，但加工難度稍大，機(jī)械損失也較大。
四、氣馬達(dá)的特點(diǎn)
    各類型式的氣馬達(dá)盡管結(jié)構(gòu)不同，工作原理有區(qū)別，但大多數(shù)氣馬達(dá)具有以下特點(diǎn)：
    1）可以無級(jí)調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥或排氣閥的開度，即控制壓縮空氣的流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出功率和轉(zhuǎn)速。
    2）能夠正轉(zhuǎn)也能反轉(zhuǎn)。大多數(shù)氣馬達(dá)只要簡(jiǎn)單地用操縱閥來改變馬達(dá)進(jìn)、排氣方向，即能實(shí)現(xiàn)氣馬達(dá)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以瞬時(shí)換向。在正反向轉(zhuǎn)換時(shí)，沖擊很小。氣馬達(dá)換向工作的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它具有幾乎在瞬時(shí)可升到全速的能力。葉片式氣馬達(dá)可在一轉(zhuǎn)半的時(shí)間內(nèi)升至全速；活塞式氣馬達(dá)可以在不到一秒的時(shí)間內(nèi)升至全速。
    3）工作安全。適用于惡劣的工作環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振動(dòng)、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。
    4）有過載保護(hù)作用，不會(huì)因過載而發(fā)生故障。過載時(shí)，馬達(dá)只是轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)，當(dāng)過載解除，立即可以重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機(jī)件損壞等故障。
    5）具有較高的起動(dòng)力矩，可以直接帶載荷起動(dòng)。起動(dòng)、停止均迅速。
    6）功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬。功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦；轉(zhuǎn)速可從零一直到每分鐘五萬轉(zhuǎn)。
    7）可以長(zhǎng)時(shí)間滿載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，溫升較小。
    8）操縱方便，維護(hù)檢修較容易                                                                        

五、氣馬達(dá)的選擇、應(yīng)用及潤(rùn)滑

2.1 氣馬達(dá)的選擇選擇氣馬達(dá)主要從載荷狀態(tài)出發(fā)。在變載荷的場(chǎng)合使用時(shí)，應(yīng)注意考慮的因素是速度范圍及力矩，均應(yīng)滿足工作需要。在均衡載荷下使用時(shí)，其工作速度則是最重要的因素。葉片式氣馬達(dá)比活塞式氣馬達(dá)轉(zhuǎn)速高，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速低于空載時(shí)最大轉(zhuǎn)速的25%時(shí)，最好選用活塞式氣馬達(dá)。選擇時(shí)可參考表42.3-2。

表42.3-2  葉片式與活塞式氣馬達(dá)性能比較

六、 氣馬達(dá)的應(yīng)用與潤(rùn)滑
    氣馬達(dá)適用于要求安全、無級(jí)調(diào)速，經(jīng)常改變旋轉(zhuǎn)方向，起動(dòng)頻繁以及防爆、負(fù)載起動(dòng)，有過載可能性的場(chǎng)合。適用于惡劣工作條件，如高溫、潮濕以及不便于人工直接操作的地方。當(dāng)要求多種速度運(yùn)轉(zhuǎn)，瞬時(shí)起動(dòng)和制動(dòng)，或可能經(jīng)常發(fā)生失速和過負(fù)載的情況時(shí)，采用氣馬達(dá)要比別的類似設(shè)備價(jià)格便宜，維修簡(jiǎn)單。目前，氣馬達(dá)在礦山機(jī)械中應(yīng)用較多；在專業(yè)性成批生產(chǎn)的機(jī)械制造業(yè)、油田、化工、造紙、冶金、電站等行業(yè)均有較多使用；工程建筑、筑路、建橋、隧道開鑿等均有應(yīng)用；許多風(fēng)動(dòng)工具如風(fēng)鉆、風(fēng)扳手、風(fēng)砂輪及風(fēng)動(dòng)鏟刮機(jī)等均裝有氣馬達(dá)。
    潤(rùn)滑是氣馬達(dá)所不可缺少的。氣馬達(dá)必須得到良好的潤(rùn)滑后才可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，良好潤(rùn)滑可保證馬達(dá)在檢修期內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)無誤。一般在整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)回路中，在氣馬達(dá)操縱閥前面均設(shè)置油霧器，使油霧與壓縮空氣混合再進(jìn)入氣馬達(dá)，從而達(dá)到充分潤(rùn)滑。注意保證油霧器內(nèi)正常油位，及時(shí)添加新油。