气动马达输出机械特性的实验研究

　　1、实验装置冲击式小型气动马达工作的特点是转速高,输出的转矩较小,而且自身的结构体积较小,应用常规的测试方法不是很理想。根据其工作特点,在相位差测量转矩的理论基础上,设计了一套动态小转矩测量装置,实现了对冲击式小型气动马达输出转矩和功率特性的测量,测试装置组成如图6所示。

　　图6　机械特性测量装置

　　该测试装置主要由测试圆盘、扭簧、光纤光电传感器和分析仪组成。当冲击式小型气动马达工作时,负载电机将被带着一起旋转,由于负载电机旋转时产生一定的逆向转矩,导致扭簧变形,使转盘a和转盘b产生一定的角度偏差, 通过反射型光纤光电传感器读出该偏差, 得到扭簧因为形变而产生的转矩[ 4 - 6 ] 。

　　如果把扭簧右侧部分看成一个整体,其力平衡方程式为　M =M0 +M1 =M0 + k ×θ (11)式中:M 为马达输出的转矩; m0 为动摩擦力矩;M1为负载逆转矩; k为扭簧弹力系数;θ为扭簧旋转偏转角度。

　　冲击式小型气动马达输出的机械功率为　N =M ×2π ×n (12)

　　2、实验结果及分析应用本测量装置对冲击式小型气动马达输出的转矩和功率特性进行实际测量。实验中,供气压力ps = 013MPa,环境温度T = 300 K,管道有效截面积Ae = 116 mm2 , 环境气体压力pa = 011MPa。

　　图7是实际测量的实验结果,“3 ”表示实验数据,曲线为拟合曲线。实验结果表明,冲击式小型气动马达输出的转矩与转速具有较好的线性关系,与图5中的仿真结果基本一致,但仿真计算的转矩随转速增大而减小的幅度比实验结果小一些,这主要是由于仿真计算中引入了3条理想化假设条件,实际实验条件达不到这个要求。同时,根据图7中的功率曲线,当气动马达的转速达到额定转速时(当前实验条件下为12 480 r /min) ,输出功率最大,也就是转换效率达到最大,当转速小于额定转速时,输出功率随速度的增大而增大。从实验结果还可以看出,冲击式气动马达对负载转矩的适应性比较广,可根据实际条件调整供气压力获得合适的输出转速和转矩,同时,具有较宽的调速范围。由于气体的压缩性能,当负载转矩过载时,不会对冲击式气动马达造成损伤。

　　图7　实验测试结果