三极并联齿轮马达理论研究

侯　波　崔　瑞　林玉峰

（安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南232001）

摘要： 研究一种由一个中心齿轮和三个空转齿轮构成的并联齿轮马达，阐述了结构原理，对 功率密度、齿轮径向力及输出转速和转矩的脉动进行了分析；结果表明：该马达轴向尺寸小 ，功率密度高；中心（扭矩输出齿轮）所受径向力平衡，空转齿轮所受径向力显著减少，适 当选取齿数，可使马达的输出转速和转矩的均匀性显著提高，并具有低速稳定性好，启动力 矩大等特点。

关键词：齿轮马达；三极；并联

中图分类号：TH325文献标识码：A[WT]文章编号：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

齿轮马达具有结构简单、体积小、重量轻、转动惯量小、制造容易、价格低廉、抗污染能力 强等突出优点，因而得到了广泛地应用，但传统的只有一对齿轮结构型式的渐开线外啮合齿 轮马达，存在着输出转速和转矩脉动率大和起动转矩小等缺点。从增加输出转矩的角度出发 ,可采用由多个齿轮构成的多齿轮马达［1］。但由于人们对多齿轮马达的结构型式和 性能特点研究不足，致使该种马达未能得到工业应用。本文所研究的三极并联齿轮马达是由 三从动轮并联齿轮泵演化而成的新型液压执行元件，在国内外尚未有产品，也未见有关研究 论文和设计资料。同前者相比，两者在结构上虽然相似，但在工作原理和性能指标上存在较 大差异。为了深化认识，现从理论上对此种马达进行深入地分析和研究，明确其结构和性能 特点，以期引起业内人士的关注和研制支持。

1结构原理

该马达主要由中心齿轮（扭矩输出齿轮）轴、三个对称布置的空转齿轮、壳体、左、右端盖 及配流盘等组成(见图1)。扭矩输出齿轮和三个空转齿轮分别构成三个外啮合齿轮 马达（子马达）；在壳体内三个子马达的进、出油口是分开的，而在端盖上开有三对进油孔 和出油孔，通过配流盘分别相连后，汇集成总的进油口和排油口同外界相通。当从进油口输 入压力油时,在各齿轮齿面上作用有不平衡液压力（作用方式同于普通齿轮马达）,进而对扭 矩输出齿轮的回转中心产生驱动力矩, 推动中心齿轮轴旋转，向外输出转速和转矩。随着齿 轮的旋转，液压油被从高压侧带向低压侧，再通过排油口排出。马达的输出转矩应是三个子 马达所产生的液压力矩的叠加；输出转速同于扭矩输出齿轮的转速。由于三个空转齿轮和扭 矩输出齿轮分别构成的三个子马达相互独立，进油口和出油口并联，并共用一个轴向外输出 转速和转矩，形成一由三个子马达（三极）构成的并联齿轮马达。

1、13-轴封；2、5、9、12-滑动轴承；3-左配流盘；4-左 端盖；6-空转齿轮；7 -泵体；8-中心（扭矩输出）齿轮轴 ；10-右端盖；11-右配流盘

图1结构原理

2性能特点分析

为便于设计、制造和装配，取空转齿轮和中心齿轮齿数和齿轮参数相同，研究重叠系数大于 1的标准渐开线齿轮马达。

2.1功率密度

因该马达基本结构同三从动轮并联齿轮泵相同，其功率密度也应相同，即在同样输出转矩和 功率下，马达的外形尺寸和重量减少，功率密度得以提高。

2.2径向力分析

(1) 扭矩输出齿轮由于三个子马达的进油口沿圆周方向均布（见图1）， 3个进油口对扭 矩输出齿轮所形成的径向液压力在齿轮的圆周方向也呈均布， 三个压力分布区的合成径向 力均相等， 并分别指向扭矩输出齿轮的中心(见图2)。图2齿轮径向力

设三个液压径向力分布区间的合力分别为獸﹔1，F﹔2和F﹔3(Fr1=F﹔2=F﹔3,F﹔1同X轴间的夹角为θ，将OXY坐标系逆时针旋 转θ角，得到 新坐标系OX1Y1，再将各压力分布区液压径向力的合力分别投影，在图示的OX1Y1 坐标系中即可得到

因平衡力系与坐标系的选择无关，所以在玂XY坐标系中，同样有∑Fr=0；同理，作用 在中心齿轮上的啮合力的合力也为零，即扭矩输出齿轮轴上所受合成径向力为零，大大减轻 了磨损，延长了使用寿命。因在该齿轮上作用有较大的输出转矩，此优点对提高马达的工作 可靠性，具有特别重要的意义。因此，在做马达结构设计时，无需考虑在该齿轮的对应位置 上开设均压槽。

（2） 空转齿轮因每一子马达的结构和工作原理同普通外啮合齿轮马达相同，空转齿轮的 受力状况也和普通齿轮马达相同，其上承受有不平衡径向力，合成径向力可按下式近似计算 ：

当普通齿轮马达（计齿数为玓1）和三极并联齿轮马达（计齿数为Z2）在工作压力和 输出转矩相等时，其排量也应相等，即有

知，三极并联马达空转齿轮上的合成不平衡径向力也只是普通齿轮马达的三分之一，使空 转齿轮的受力状况大为改善。

2.3输出转速和转矩

（1） 理论平均转速因该马达是由三个子马达所构成，在同等齿数时，排量增加三倍，所 以达的低速稳定性。如要获得较高的转速，则应增加输入流量。

（2） 理论平均转矩马达的平均输出转矩由几何排量和供油压力所决定，由结构原理可得

即在油压及齿轮参数相同时,输出转矩比普通齿轮马达增加了3倍，从而获得了较大的起动转 矩，改善了起动性能。