《叶片式气马达主要参数的设计计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《叶片式气马达主要参数的设计计算（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、叶片式气马达主要参数的设计计算广东工学院张绍裘令从执从 书书从 舰书从蕊舰从书从姚蕊书 姚从姚共共从从共姚 从书姚从挑 共姚蕊姚书蕊共书书伞 内容提,l 本文在炸合考虑压缩空气的能圣利用率及 单位机重有较大的褚出功率的基拙上,出一种 比较切实可行的气马达 参数设 计计葬方法。提仁 卜卜J,J ,J贡叶片式气马达结构 简单,体积小,重量轻,能达到很高的转速。这种气马达广泛用于各种风动手工具。近年来,在矿山机械、石油化工机械以及国防部门也应用较多。一、叶片式气马达的工作过程及理论功计算为了便于研究,假定如下理想情况:进气压力P,就是 压缩空 气的管网压力,整个进气过程 压力保持不变;排气压力P:等
2、于大气压力,进、排气压力损失在总效率中考虑。气体在气腔内膨胀和压缩的过程指数n始终保持不变。没有漏损。无余隙容积。1.单向叶片式气马达的工作过程及理论功计算各个气腔的工作过程完全相同(相位不同),这里 只分析其中一个气腔的工作过 程。图1表示两相邻叶片工、l之间的气腔工作过程中的几个特殊位置,图2是气马达 的理论示功图。气马达一个理论工作循环包括进气、膨胀、排气三个过程,在一个理论工作循环中,气体对气马达一个气腔的叶片所做的总理论功为:L一1 04(P,v:+l:pdy一p:v:)一,“4pIv!+击p,v】一p;vZ卜p:v:公斤力米百进气终了碑眼终了一12一衡衡, , , , , ,乙乙乙
3、乙乙 币币币币币币 叭叭叭一 。vZp,1n一l/11 。、一二一一 二而一川一rZv七v/J公斤力米图2设压缩空气在气马达气腔内膨胀做功的膨胀比 为。,一X一V1P1Vr一 ”;:,p;一 p飞(书)”一pl1L 二 : 04Py全+卫_L,n一1(Pl普一Pl寺VZ)一P2v2(1)式中P,、PZ一分别为进、排气绝对压力(公斤力 /厘米)v,、vZ一分别为进气终 了和膨胀终了时气腔的容积(米)n一多变过程指数,一般n=1.2 51.3。,一膨胀比。,愈大,压缩空气膨 胀做功愈充分,能量利用率愈高,但征单位功率的机 重大,当:,二 1时,每单位功率的机重最 小,但能量 利用率低。一般可 取。
4、,一 1.3一1.6设计用于低温环境的特定气马达,还应考虑到膨胀终了时气体的温度不能低于所用的 润滑油允许的最低工作温度,并以 这个条件来限制最大膨胀比。2.正反转性能相同的叶片式气马达的工作过程及理论功计算正反转性能相同的叶片式气马达 的工作过程和理论示功图分别如图3、图4所示。在一主排气孔咙)气扎仁仁. _ _ _进气终了e.界编终了图3一13一翻翻, , , , , , , , , , ,l l l l l l l尽 义义义义d d d弓弓弓e e e e e户户户尺尺尺尺协协二丫丫个理论工作循环中,气体对气马达一个气腔的叶片所做的总理 论功为:L一1。;(PIvl+l:PV一l:一 0
5、4V2箭(pl一pZ,+劲+pZ“一,一”_ 111一Pd、一PZv:)、”】(会-公斤力米(2)图43.正 反转性能不同的叶片式气马达的工作过程及理论功计算正反转性能不同的叶片式气马达逆时针旋转的工作过程和理论 示功图分别如图5、图6( )气荡 Lt t t、 开始处气姚气终了不次择气终了_ _ _一、J J Jd.压缩匆。、开始下“次破气图5所示。一个理 沦工作循环气体对气马达一个气腔的叶片所做的总理论功为:L,一 104p、V;+p:(V;一V;)-V;_ _PdV一pZV; l V;J一104(P:一PZ)V;一p:V!击(,一-D恤一己v l褚二M1卜(卜封公斤办米(3峨二铸图6图5
6、所示的正反转性能不 同的叶 片式气马达顺时针旋转时的工作过程及理论功计算与单向叶片式气马达相同。二、叶片式气马达气腔面积容积计算1.气腔面积的计算(1)近似计算在图了中,转子中心为O、半径为r,定子中心为O,、内半径为R,偏心 距为e,两相邻叶片夹角为刀。作任意位置两相邻叶片的夹角的分角线交于定子内圆G点 和转子 外圆H点,则该两叶片与定子和转子所围成的气腔面积近似为:l l l l l从从口口尸喊护、 肠肠(l l l图8A一冬刀(pZ一r,)乙(4)式中p=OG目目目人人、 、 , , 、峪二过过(2)精确 计葬图8坐标系的选择与图7相同。在两相邻叶片夹角的分角线O G两侧取一微小角度d中
7、间的气 腔微元面积d A,OG的长度记作p,则:dA =去 (p一r)d甲若不考虑叶片的厚度,在两 相邻叶片夹角的分角线o G与OY轴的夹角为中(以oy轴顺时针旋转记作正)的位置时,气腔的理论面积为:A一l:拿d一合l:!拿pZ一,d(8图7又因为p二ec os中+R把(9)式代 入(8)式整理后得:(9)连结。、G,o,Y、轴与0,G线的夹角记作Q(从O,Y,轴顺时针旋转的角度记作正),则:几=“一s n万cos厄co吕一甲 甲n“5”百“0”,yl=ReosaP,“x,+y,=R+ZReeosa+e,把上式代入(4)式整理后得:+仁+RZ一rZ、 2/汀e;.汀汀 一5InC O SZ2Z
8、Z米,书二一Re(l+eosa)米乙(5)(1 0)考虑叶片的厚度,气腔有效面积为:Ae二式中Z一一叶 片数(R、e的单位为米)久A若考虑叶片厚度的影响,气腔有效面积为:Ae二只A米艺(6)式中只一一气腔面积收缩系数2兀R一占Z2兀R占Z一1 一一一 二-2汀找(7)(d是叶片厚度,米)2.气腔容积的计算设气腔长度为l(米),则气腔容积为:V二Ael二久A I米,(11)近似计算v一“等R(1+一)米:(1 1)精确计算,.汀汀 v=六Les ”百“0”了co“一切宁Z R一*晋。 。 5, +偌+RZ一)晋-e之2才兀 3InC O S米3 (1 1 b)向的指标接近单向气马达的指标,功率较
9、小的转向的指标为前者的6 0 8 0 %。(3) 进气绝对压 力P:,一般情况下按6公斤力/厘米进行设计。2.设计计算(1)理论 功率(13)力 力马马三、叶片式气马达主要参数的设计计算N一卫竺 冲N 二业二(1 3产)1.已知条件设计气马达时,一般给出下列条件:(1)单 向或双向对称式气马达的额定输出功率Ne(马力),或双向非对称式气马达正、反转的额定输出功率Ne、Ne(马力)。(2) 单向或双向对称式气马达的额定转速n(转 /分),或正、反转性能不同的气马达式 中冲一一总 效率,一般叮“。.4 2一0.48 0对 于正反转性能不同的气马达,功率较小的转向刀应取偏低值。(2)理论 功60x7
10、5NZn公斤力米(14)的正、反转额定转速气马达转速的因素很多,n、n(转/分)。影响速,可 参考下式计算选取6公斤力 /厘 米时 ):_一Cn气奥代悦zN很难给 出准确 的转(当进气绝对压力为转/分(12)式中N气马达的额定功率(马力)C气马达性能综合评价指标单向叶片式气马达,C 二7 0 0 09 0 0 0。双向对称叶片式气马达,C二 5。65。双向非对称叶片式气马达,功率较大的转L 迎箭烈公斤力米( l )式中z叶片数,通常Z二46。(3)膨胀终 了时气腔有效容积v:及进气容积v,、v;膨胀终了时气腔有效容 积V:可分别由(1)、(2) 式求得。对于单向气马达,正反转性能不 同的气马达
11、,则:LV。= 一米,:f。1.1/11 刁nl10咭P.le s乞+一一二二一!二一共】1一P,卜LLe,n一1,e:/ J(1尹)对于正 反转性能相同的气马达,则:v=而哥不而干票LP!(会一毙)+PZ(一,一)米(2)进气容积为:v:一丛米,巴,V;=_1/_ 、/1、 飞 +P,V,1丁二下-le母一一11一11一二. 1一考2仁n一1 、一一/、e,/(15)子半径r定子内半径R和偏心距e的 大 小应 满足(1 )或(2 ) 式计算的气腔有效容 积v z,县p:L1 0礴P:一P,米,2汀n,.、,、:八几=ne气1个COSa,少六乙二V, Z(3产)(4)确定定子内半径R、偏心距e
12、及转设命一,六心,代入上式得:一16一V:=2兀ZRZR君(1 +e o saZ)只ZR乙R侧互万石石蔽丁甲2一ar cs 孟I直万 夕节 夏于该孟一二汗云于代犷n一十乙几eC 0s口2十e-(19)R右乙只(1+e o sa:)R一粼(7)计算膨胀终了时气腔理论面积A:近似计算:用a:代替(5) 式中的a即 可求得:汀一ZOn 一 一一ZVZ8,重 乙久(1+e o saZ)米(16)R允许圆整为 相近的数值。上式各系数一般取:舀=0.0 650.08 6;亡=0.92,只 “0.90.9 5。aZ是膨胀终了时O:Y:轴与O:G:线的夹角(参见图7、8,当气腔旋转到刚打开排气孔时的a角就是a
13、:角,图中未画出排气孔的位置),可预先选定合适的aZ。为 了使压缩空气在气腔内膨胀达到最大容积,使马达 的尺寸最小,应取aZ=O“。但 为了排气畅通,实际上应设计成在气腔未达 到最大容积时就提前排气,提前排气角一般可取叭=1 01 5。,即a:“1520“,转速高者应取偏大值。对于双向气马达,为了保证排气孔有足够大的通流面积,一般应使主排气孔所对的圆心角在2 0 3 0。范围左右,当叶片 数 为4时,可取aZ、650或取甲2、5 560、当叶片数为6时,可取aZ、5 0。或取,2、4 5“,当叶片数为5时,取两者中间值。“二ZR雪米(17)e允许圆整为相近的数。r=R一e米(25)(5)确定叶
14、片厚度占及计算气腔面积收缩系数只确定R和e后,可根据R和e的大小通过弯曲强度计算及考虑叶片槽加工的可能性,确定叶片的厚度d。d随R和e的大小而异,一般为己=0.0 0 30.006米。气腔面积收缩系数久按(7)式计算。(6)气腔有效容积为vZ时两叶片 夹角分角线所在位置的甲:角的确 定按设计步骤(4)所考虑 的最合理的 开始排气角度来决定甲:,可以直接选定最佳值。若气腔面积采 用近似计算,则可 通过下式把初选的a:换算出 叭:A,=一Re(1+co sa:)米(5产)、精确计算:用甲2代替(10 )式中的甲即可求得:AZ“eZSn晋。 。 9普一甲:+ZR芝 Zcos甲:+(普+RZ一)兀e2
15、.汀 玄一百S n葱“ o ”竺 Z(8)确定气腔长度气腔长度可由(11 )_VZ久Al式求得,即米(10尹)(11产)(9)气腔容积为v;(v;) 时两叶片夹角分角线所在位置的甲1(甲;)角的确定近似计算:可由 (1 1a)式求得a,即:cos口玉二ZV,_2汀Re久玄(2 0)然后用a、代替(19 )式中的aZ便可求得叭。精确计算:甲:=are可 通过解(1 1 b) 求得一B+杯B,一4ACco s牙 元一一甲、,目p:(21)式中A二e:兀介 s n了C“S万B=2 Resin粤 乙生+R,一r;汀e2.尤军 /玄一艺”玄C”了_三匕一久l用V;代替上式 中v,即得州角。(10 )进气
16、孔位置的 确定扭.密封角度?(见图9、1 0、1 1)为了减少进、排气孔之间的漏气,定子内一17一圆与转子外圆相切处要有适当的密封宽度,一般取密封宽度大约等于叶片厚度的2倍,则:v、卫立火5 7.3 0(2 2)b.单向叶片式气马达进、排气孔位置的确定图9表示单向叶片式气马达进、排气孔各点的位置。进气孔A、B两点的位置:劝劝/布、l l lr r r 奋六尹、 、图11进(排)气孔C、D两点的位置:,C一,、十套 (27 ),D=18。一叮(2只)图9,一 18。一普,。一,:+粤 进(排 ) 气孔E、F两点的位 置:甲E=一切。甲F二甲甲c主排气孔A、B两点的位置:刃2公)(3 0)(2 3)旦2
