气动摆动马达工作原理

　摆动马达是一种在一定角度范围内作往复摆动的气动执行元件。它将压缩空气的压力能转换成机械能，输出转矩使机构实现往复摆动。常用摆动马达的最大摆动角度分别为90°、180°、270°三种规格。

　　摆动马达轴承受转矩，对冲击的耐力小，因此当受到驱动物体停止时的冲击作用时容易损坏，需采用缓冲机构或安装制动器。

　　摆动马达按结构特点可分为叶片式、齿轮齿条式、螺杆式和曲柄式等。除叶片式外，都带有气缸和转换为回转运动的传动机构。

　　(一)叶片式摆动马达

　　1)种类

　　叶片式摆动马达具有种类多、结构紧凑、工作效率高等特点，常用于物体的翻转、分类、夹紧等作业，也用作机械手的指腕关节部，用途十分广泛。

　　(1)磁性开关摆动马达这是一种在转轴侧装有开关组件的摆动马达。开关类型有无触点型和有触点型两种。根据型号不同，开关的位置有可调型和固定型两种。此外，这种摆动马达与带磁性开关气缸一样，具有开关的响应位置差的缺点，使用时应予注意。

　　(2)带阀摆动马达这是将电磁阀安装在标准摆动马达特制底座上构成的一种组合型摆动马达。其特点是省略了电磁阀和摆动马达之间的接管，从而使接管费用及材料费用减少。其缺点是电磁阀无法集中接线，必须逐台接线，给维修带来不便。

　　(3)转角可变型摆动马达

　　这种摆动马达的端部设有挡块止动组件。可通过调节挡块的位置，实现设定转角从30°至最大转动角度。使用挡块止动组件上的微调螺钉，可进行角度位置的精确调整。此外，这种摆动马达也可构成带阀摆动马达。

　　(4)多位摆动马达

　　这种摆动马达的结构与多位气缸相类似，相当于2个摆动马达套装组成，由内外摆动马达的各自转角合成总的转角，有4个停止位置。内马达的转角为30°～180°，外侧马达的转角可在30°～180°内自由设定。使用外部止动器的调节螺钉，可精密调整转角位置。这种马达采用双叶片，使转矩增大一倍。其转轴支承采用精密滚珠轴承方式，回转精度好。多位摆动马达的动作说明，如图5.33所示。

　　2)结构原理

　　叶片式摆动马达可分为单叶片式和双叶片式两种。单叶片输出轴转角大(小于360°);双叶片输出轴转角小(小于180°)。图5.34所示为叶片式摆动马达结构与工作原理图。它是由叶片轴转子(即输出轴)、定子、缸体和前后端盖等部分组成。定子和缸体固定在一起，叶片和转子连在一起。叶片轴密封圈整体硫化在叶片轴上，止动挡块上的密封件为镶装方式，叶片滑动部分采用低阻尼的特殊唇形密封件。前后端盖装有滚动轴承。

　　叶片式摆动马达工作原理如图5.34c、d所示。在定子上有两条气路，单叶片左路进气时，右路排气。压缩空气推动叶片带动转子逆时针转动。反之,作顺时针转动。通过换向阀控制马达的进排气方向。

　　叶片式摆动马达产生的理论转矩M由下式计算：

　　式中：D一缸体内径(m);

　　d一输出轴直径(m);

　　b一叶片输出轴长度(m);

　　n一叶片数;

　　p—工作压力(MPa)。

　　因密封件的滑动阻力，摆动马达实际输出转矩要比理论值小，实际输出转矩称有效转矩，其与理论转矩的比值称转矩效率η，如图5.35所示的某型号的摆动马达，一般小于80%。

　　3)主要性能

　　1)输出转矩表示摆动马达的输出能力。

　　2)摆动角单叶片式和双叶片式的最大摆动角因结构而异。除最大摆动角外，经常使用的摆动角为90°、180°和270°。各种不同型号的摆动马达，其摆动的开始位置不同。

　　3)最高使用频度是指摆动马达在无负载状态下，工作压力为0.5MPa时，每分钟可摆动的次数。该指标用于需要连续摆动的场合。

　　4)摆动时间是指摆动马达动作一次所需要的时间。

　　5)许用径向载荷和许用轴向载荷表示摆动马达输出轴的载荷能力参数，由轴的支承结构所决定。应当注意，当施加的载荷超过规定时，会损坏轴的支承和缸内的滑动表面。

　　6)许用惯量是指输出轴所能承受的惯性能量。轴一般采用铬钼合金钢制成并经过热处理，有足够的强度。但施加了超出许用值的惯量时，也会发生断轴事故。

　　7)泄漏量摆动马达的受压作用部件为长方形，密封比较困难，允许有少量泄漏。

　　8)耗气量摆动马达的耗气量可用下式计算：

　　式中qv一一耗气量(dm3/min)(标准状态);

　　V一一摆动马达容积(cm3);

　　N一一频度(循环次数/min);

　　P——-作压力(MPa)。

　　(二)曲柄式摆动马达

　　这是将活塞的直线往复运动通过曲柄转变为摆动运动的摆动马达。其结构原理如图5.36所示。

　　这种摆动马达结构简单可靠。由于曲柄和活塞之间运动方向有一角度，使输出转矩产生差值，因此应根据输出转矩的大小，相应改变活塞的直径。

　　(三)螺杆式摆动马达

　　图5.37所示为其结构原理图，将活塞杆直接加工成螺杆，活塞的往复直线运动通过螺杆转变为摆动运动。其输出轴的转矩用下式计算：

　　式中M——转矩(N.m);

　　D一一缸体内径(cm);

　　d一一螺杆平均直径(cm);

　　p1一一T作压力(MPa);

　　P2一一活塞背压力(MPa);

　　l一一螺杆的导程(cm);

　　µ一一螺杆的摩擦系数;

　　η一一效率。

　　螺杆式摆动马达由于螺杆的摩擦损失以及用来制止活塞反向回转的导向杆的摩擦力非常大，所以其效率不高。对于这种结构其摆动角度可大于360°

　　(四)齿轮齿条式摆动马达

　　图5.38所示为齿轮齿条式摆动马达结构原理图，其动作是把连结在活塞上的齿条的往复直线运动转变为齿轮的回转摆动。活塞仅作往复直线运动，摩擦损失小，齿轮的效率较高。若制造质量好，效率可达95%左右。这种摆动马达的回转角度不受限制，可超过360°(实际使用一般不超过360°)，但不宜太大，否则齿条太长也不合适。

　　图5.38a是单齿条式，图5.38b是双齿条式结构。图5.38a中，当气缸右腔进气，左腔排气，活塞推动齿条向左运动，齿条推动齿轮和轴作逆时针方向旋转运动，输出转矩。反之，如左腔进气右腔排气，活塞向右运动，齿条推动齿轮作顺时针方向旋转。其回转角度θ取决于活塞的行程和齿轮的节圆直径。