气动马达原理与动力研究

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活塞式气动马达将压缩空气中的压力能转换成机械能输出,活塞在气体工质的推动下带动曲柄连杆机构运动,运动过程中活塞环起到润滑与密封的双重作用,它对马达能量转换效率影响很大。

                               
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一直以来,研究人员都把活塞环与缸套间润滑与密封的研究放在首要位置。对气动马达曲柄连杆机构运动规律的分析,建立了活塞运动学及动力学理论,分析活塞环在特定工况下的工作特性,在此基础上通过连续性方程、流体动量方程,为润滑分析提供载荷条件与边界条件;然后基于平均雷诺方程,并考虑到粗糙度的影响并引入了剪切流量因子与压力流量因子,建立了活塞环-缸套润滑理论。对润滑油油膜厚度进行分析,建立了气动马达活塞环与环槽间最小油膜厚度方程,指出微凸体模型、活塞环自身弹力等因素对活塞环工作表面摩擦状态的影响,

在此过程中充分考虑了对气动马达活塞环润滑性能有影响的各个因素;通过三维软件建立气动马达活塞组三维模型,应用Adams/Engine动力学仿真软件分析各影响因素对活塞环润滑性能的影响,包括在不同表面粗糙度、不同活塞环桶面高度和不同轴向厚度等因素,找出影响活塞环润滑性能的主要因素,以此为依据将现有气动马达活塞环进行结构优化,提出一种上下两环配合的新型组合式活塞环,并将新型活塞环与传统型活塞环进行润滑性能对比分析。活塞环-气缸套系统的气密性能对气动马达的整体性也有重大影响,在保证润滑性能为前提,对气动马达活塞环-缸套间的密封性能做了详细的研究。首先建立气体泄漏理论模型,以Range-Kutta数值分析的方法求出方程近似解,并以此为基础分析气缸内气体压力与活塞环开口处气体压力变化情况;然后应用MATLAB分析活塞环切口间隙以及曲轴转速对气体泄漏量大小的影响,得出活塞环开口间隙的大小是影响泄漏量的主要因素;最后对组合式活塞环密封性能分析、摩擦功耗分析,得出组合式活塞环在保证气密性的前提下,能有效减少摩擦功耗,对活塞环结构设计提供新的思路。