風動發(fā)動機設計資料

1、風動發(fā)動機設計資料滑片式發(fā)動機經(jīng)驗公式一、 動機的特性曲線（不帶調(diào)速器的發(fā)動機） 氣動發(fā)動機具有柔性特點，特性曲線各值隨氣壓改變而改變。當氣壓固定時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率均依外加負荷而改變。當外加阻扭矩等于零時即為空轉(zhuǎn)，此時轉(zhuǎn)速達最高值，以nmax表示，此時發(fā)動機發(fā)出的功率為零。當外加阻扭矩等于或超過發(fā)動機的最大扭矩Mmax時，發(fā)動機停車，此時發(fā)動機發(fā)出的功率也為零。當外加阻扭矩等于發(fā)動機的最大扭矩的一半，即1/2Mmax，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)速的一半，即1/2nmax，此時發(fā)動機發(fā)出的功率最大，以Nmax表示 max=Mmax×nmax÷(4×71620)

2、HP（馬力）其中：扭矩的單位以Kgcm計轉(zhuǎn)速以r.p.m計（轉(zhuǎn)/分）一般來說，最大功率就是我們此要求的發(fā)動機的額定功率。M-n為一近似直線，在計算時可按直線來考慮，其方程式為：M/Mmax +n/nmax =1 因此, 任意轉(zhuǎn)速時的扭矩為： M=(1-n/nmax)Mmax任意扭矩時的轉(zhuǎn)速為： n=(1-M/Mmax)nmax發(fā)動機的耗氣則隨著轉(zhuǎn)速的增高而增大，到空轉(zhuǎn)時耗氣量為最大二、檢驗公式當發(fā)動機設計正確，所選參數(shù)恰當，并具有足夠面積的進、排氣道，加工質(zhì)量良好，不帶調(diào)速器的滑片式發(fā)動機可按以下公式進行計算，此得數(shù)據(jù)為平均水平。（對于類似12-30型氣扳機所用進排氣道特窄的發(fā)動機見五所述）

3、計算參數(shù)有： r發(fā)動機轉(zhuǎn)子半徑cm R發(fā)動機氣缸內(nèi)半徑cm l發(fā)動機長度cm e發(fā)動機氣缸偏心尺寸，e=R-r， cm1. 確定發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速nmaxnmax=18500 ×K1×K2÷r2/3 r.p.m (轉(zhuǎn)/分) 其中：K1對單向式發(fā)動機 K1=1 對雙向發(fā)動機 K1=0.945K2決定于氣壓，按下表：壓力表6543K212. 確定發(fā)動機最大扭矩MmaxMmax=1.4 P ×l ×R×e×K3 KGcmP表示壓力 KG/cm其中：K3對單向發(fā)動機 K3=1 對雙發(fā)動機 K3=0.973. 任意轉(zhuǎn)速時的扭矩 MM=（1

4、-n/nmax）Mmax KGcm4. 任意轉(zhuǎn)速時的功率 NN=M×n÷71620×=(1-n/nmax)Mmaxn/71620其中：機械的傳遞效益?zhèn)鬟f形式列舉直接傳遞一級齒輪減速二級齒輪減速一級行星齒輪減速二級行星齒輪減速10.950.980.850.90.80.90.706-06TM2，TM1005-22 05-32 25-3205-08 ZQ6TM35. 最大功率時的轉(zhuǎn)速nNmax及扭矩MNmax nNmax=nmax/2 MNmax=Mmax/26. 最大功率Nmax Nmax=nNmax×Mnmax×/71620 = nmax

5、5;Mmax×/(71620×4) HP7. 發(fā)動機耗氣量Q（在壓縮空氣壓力為5KG/cm2表壓力時） 最大功率時的耗氣量QNmax為： QNmax= Nmax ×K4 ÷ M3/min其中K4 最大耗氣量Qmax(即空轉(zhuǎn)耗氣量) Qmax=(1.21.4)QNmax三、 對現(xiàn)有產(chǎn)品的驗算1. TM10氣動馬達 （雙向，一級齒輪減速）參數(shù)：P=5, K1=0.945, K2=1, K3=0.97 , r=5.5,R=6.35, l=15.2, e=0.85, =0.98 Nmax=18500÷5.52/3×0.945×1=1

6、7500÷3.12=5600 r,p,mMmax=1.4×5×6.35×15.2×0.85×0.97=556 KGcmNmax=5600×556÷(4×71620)×0.98=10.73 HP【檢驗標準：Nmax10 HP 實際平均水平：Nmax=11HP】四、調(diào)速器的作用調(diào)速器的作用為：1.降低發(fā)動機的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，以減弱運動零件的磨損速度，對于氣動砂輪機，則更有防止轉(zhuǎn)速過高而使砂輪碎裂傷人事故的作用，設計優(yōu)良的調(diào)速器，可使空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下降35-45%。2.減少空運轉(zhuǎn)空氣的消耗量，一般無調(diào)速器的風動發(fā)

7、動機，其空轉(zhuǎn)耗氣量往往比負荷（額定馬力時）耗氣量大20-40%。設計好的調(diào)速器，可將空轉(zhuǎn)耗氣量下降到比負荷耗氣量小40-50%，同時不影響負荷能力調(diào)速器的原理如圖所示，調(diào)速器體（1）隨發(fā)動機轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，調(diào)速器（2）由于離心力的作用面向外甩開，使推桿（3）上升，推動調(diào)速閥堵賽向上運動，達到節(jié)流作用，從而限制發(fā)動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升。由于推桿上的彈簧具有一定的予緊力，在額定轉(zhuǎn)數(shù)以內(nèi)，調(diào)速器陀并不甩開，只有轉(zhuǎn)速超過了額定轉(zhuǎn)數(shù)，調(diào)速器才發(fā)生作用，具有調(diào)速器的發(fā)動機其特性如下圖形式，在計算發(fā)動機能力時仍舊可以按無調(diào)速器時的方法計算，僅需在額定功率以后的曲線需要加以變形。 說明：圖中實線為有調(diào)速器時的性能曲線

8、； 圖中虛線為無調(diào)速器時的性能曲線。五、調(diào)節(jié)風動發(fā)動機性能的其他方法：為了限制空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，除了使用調(diào)速器外，有時可以將排氣孔面積縮小，在一定范圍內(nèi)可以限制最高轉(zhuǎn)速的作用，同時對負荷性能沒有多大影響為了調(diào)節(jié)發(fā)動機能力，還可在進氣口增設一個調(diào)節(jié)閥，根據(jù)工作需要，擰動調(diào)節(jié)閥柄，控制流量，以調(diào)節(jié)發(fā)動機能力對于風扳機類型的產(chǎn)品，為了簡化結(jié)構(gòu)，取消了減速機構(gòu)。為了達到高扭矩，低轉(zhuǎn)速，常將發(fā)動機設計特別偏大，并大大減小進氣孔道面積，這種型式發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，往往只有標準設計的風動發(fā)動機的一半，其他項目仍可參照前述方法進行?；桨l(fā)動機理論計算發(fā)動機功率，按下式計算： N=A×Z×n÷

9、(60×7500) HP 式中：A轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，一個滑片所作的功 KGcm Z發(fā)動機的滑片數(shù) n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 r.p.m （圖一）主要的是決定A（見圖一） A=A1+A2-A3-A4-A5-A6 式中：A1滑片在BD所完成的功 A2滑片在DC籍空氣膨脹所作的功 A3滑片在AB所作的功（負功） A4滑片在EC所作排氣功（負功） A5滑片在CA所作的功（負功） A6滑片與氣缸的摩擦損耗功（負功）按照旋轉(zhuǎn)方向，以A點作為角度計量的起點，所以線尺寸都可以以”cm”為計算單位。在壓縮空氣壓力P1的作用力下，滑片所作的功可由下述假設求得。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角時，轉(zhuǎn)子與氣缸之間的滑片面積為 S=l×

10、h式中：l轉(zhuǎn)子長度 h滑片從轉(zhuǎn)子凸出的部分（見圖二） 壓縮空氣作用于滑片上的力為 P1=p1×S= p1×l×h KG 式中： p1進氣壓力KG/cm2(指絕對壓力，應這樣由于管路損失，p1是比管路壓力小，一般取0.7個管路壓力) 這時力矩為： M1=P1（r+h/2）= p1×l×h(r+h/2) KGcm 式中： r轉(zhuǎn)子半徑 上式中，h值決定于滑片的旋轉(zhuǎn)角度，其他參數(shù)在發(fā)動機中是常數(shù)。這樣看來，扭矩值決定于滑片旋轉(zhuǎn)角度及滑片突出高度h。使用下列符號： R氣缸內(nèi)半徑 e偏心距 由圖二可知：O1=R, OA=r+h, OO1=e 則： R2=（

11、r+h）2+e2-2(r+h)ecos 由于=180°-，因此cos=cos(180°-)=-cos 以代替（r+h）,則由上式可變成： 2+2cos+(e2-R2)=0解二次方程得： =-ecos±e2cos2-e2R2 =-ecos±R2 - e2sin2 因是正值，所以上式只標用加號，即： =R 1-(e/Rsin)2-ecos 或 e=R 1-(e/Rsin)2-ecos-r (1) 因h值代入M1的公式，整理得： M1=p1leecos2+r-Rcos1-(e/Rsin)2 KGcm因R不小于e的六倍，e/R很小，故上式中(e/Rsin)2可以

12、省略，得：M1=p1le（ecos2+r-Rcos） KGcm 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過極小角度d后，則作功dA=M1d1,則滑片在BD段所作之功為：A1=M1d 積分后得： A1=p1le（-0）（R-e/2）-R(sin-sin0) +e/4(sin2-sin20 ) KGcm (2) 當滑片從B點轉(zhuǎn)至D點，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度，即二滑片相臨夾角，因此：=0+，則A1=p1le(R-e/2)-2Rsin(/2)cos(0+/2)+e/2sincos(20+) KGcm 角度0通常取60°80° 當滑片a2 關閉進氣孔后，在滑片a1和a2之間的空氣依靠其本身的膨脹繼續(xù)作功，按pv=const定

13、律計算。采用下列符號： G封閉于滑片a1和a2間空氣的重量 kg V1當滑片a1的轉(zhuǎn)角等于=0+時，滑片a1和a2間的空間體積 V2當滑片a1的轉(zhuǎn)角等于1時，a1和a2間的空間體積 v1壓縮空氣在壓力等于p1時的比容3/kg p2壓縮空氣膨脹結(jié)實時的絕對壓力 F1在停氣時，a1和a2間的空間之截面面積2 F2在膨脹結(jié)束時，a1和a2間的空間截面面積2則 A2=GLT， 但 G=V1/v1則 A2 =V1/v1·2.303p1v1lg(1/2)=2.303V1p1lg(1/2) KGcm 在等溫過程中 2=1V1/V2 V=l·F 3則 2=1lF1/lF2=1F1/F2則

14、A2=2.3031lF1lg( F1/F2) KGcm 面積F1隨角度而改變，取極限小面積dF，則dF為兩個扇形面積之差，見圖三。 dF=OA2/2·d- OD2/2·d 但 OA=r+h, OD=r則 F=1/2（r+h）2 d-r2/2以（1）的h代入上式，并積分，得： F=e(R-e/2)-2Rsin(/2)cos(-/2)+e/2sincos(2-) cm 2 在膨脹開始時，=0+ 則F1=e(R-e/2)-2Rsin(/2)cos(0+/2)+e/2sincos(20+) cm 2 在膨脹完結(jié)時，=1 為了得到A2最大值，1=180°+/2 則 F2=e

15、(R-e/2)-2Rsin(/2) +e/2sin cm 2 A3可以利用（2）式介 ，取0=0，=0即可得A3=p1le0 (R-e/2)-Rsin0 +e/4sin 20 KGcmA4利用（2）式介，取0=1-，=1，排氣氣壓為p2 得：A4=p2le(R-e/2)+2Rsin（/2）+e/2sin KGcmA5利用（2）式介，取0=1，=2則 A5=p1le（2-1 ）(R-e/2)+Rsin0 -e/4sin 20 KGcm摩擦功A6取全部功率的10%，即A6=0.1A轉(zhuǎn)子直徑（mm）轉(zhuǎn)速（r·p·m）255065700050003500由于滑片厚度，使發(fā)動機有效功

16、率下降， 功率應乘上修正系數(shù)k1，k1=1-bZ/(2k) 式中b為滑片厚度功率= k1·AZn/(60·7500) HP 其中：效率，取0.80.9 發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)按右表決定耗氣量按下式計算， Q=p1（273+t0）÷p1（273+t1）·lF1Zn10-6 M3/minQ=264p1÷（273+t1）·lF1Zn10-6 M3/min 上式中將 p0=1.033ata及t0=0°代入式中漏氣系數(shù)，在1.21.6之間，平均取1.35滑片式發(fā)動機參數(shù)的選擇一、 進氣角度0及進氣孔孔數(shù)自A至K（若無第二系列進氣孔K1），滑片克服

17、壓縮空氣壓力作負功，從這一觀點出發(fā)，0愈小愈好，然而0太小時，進氣面積受到限制，所以必須按以下方法計算進氣面積。進氣面積 FK=Q·104/(60p1·w) 3式中： Q空氣消耗量，為已知。 M3/min P1進氣壓力，絕對壓力。 KG/3 w速度，常給予4060 m/sec 為有效利用進氣面積，一般取A=1.5d,則孔數(shù)： K=l÷（1.5·d） 又 FK=d2K/4 故 FK=d2l/(4·1.5d)= dl/6 即 d=6FK/(·l)=6h/ 另 h= FK/l 所以 h= e(1-cos0) 則 cos0=1-FK/(e&#

18、183;l) 實際上，0一般在60°90°范圍內(nèi) 為了提高發(fā)動機效率，常開有第二系列進氣孔，可以不計算，因為轉(zhuǎn)子與氣缸間的高度很小，在決定氣孔面積上，顯得并不重要。二、排氣孔的位置 理論上1=180°+/2，減小1則不能充分利用壓縮空氣的能量增大1則在滑片間空氣要產(chǎn)生壓縮。實際上1角度不能用180°+/2，而是小一些，以使預先排氣，提前排氣的角度常取5°15°，其大小與排氣孔的形狀，截面有關，也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速有關，一般排氣孔截面愈小，發(fā)動機轉(zhuǎn)速愈高，其提前排氣的角度愈大。在計算第一列排氣孔時，可取180°+/2,提前的角度可忽

19、略不計。 在決定其他輔助排氣孔時，其相臨兩排氣孔間的角度應小于，否則滑片間空氣受到壓縮。 最后列的排氣孔與進氣孔間的角度應大于，使其中間經(jīng)常有一 滑片，避免壓縮空氣漏耗。三、轉(zhuǎn)子半徑與偏心距之比 比值 a=r/e 很明顯，滑片突出的高度h愈大，作用在其上的壓縮空氣所產(chǎn)生的扭矩和功率也愈大。 h=e(1-cos)=r(1-cos)/a 從上式中可知，滑片突出高度h與a成反比，因此為了得到最大功率，a值應盡可能小，理論上a不小于2，因在r=2e時，滑片D點要從轉(zhuǎn)子槽中掉出。 A的可能最小值，可按以下假設知，滑片在D點的突出高度在A點時，將全部縮入轉(zhuǎn)子槽中，為了使滑片有足夠的定向及抗變能力，在D點時

20、，在槽中的滑片部分BD應相等于DC，并等于2e。另外，滑片不可能達到轉(zhuǎn)子中心，應留一定的距離，至少應等于e，這樣 r=e+BD+DC=5e 則 a=r/e=5為了可靠起見，一般a=6左右四、 滑片數(shù)選擇滑片數(shù)應考慮到：1. 滑片數(shù)多，空氣膨脹度增加；2. 滑片數(shù)多，漏耗下降；3. 在同樣的發(fā)動機中，滑片少的轉(zhuǎn)速高。 所以，當發(fā)動機要求在最大轉(zhuǎn)速時，滑片應盡量減少（不少于4），這種形式的發(fā)動機首先用于馬力不大的輕型手工機械，此種發(fā)動機的主要指標是單位功率重量。 如發(fā)動機要求高的經(jīng)濟指標而不是要求轉(zhuǎn)速和小尺寸時，滑片可合理增加，如用于大功率的固定史發(fā)動機，最主要的指標是保證效率。 一般發(fā)動機的滑片

21、數(shù)按以下規(guī)律發(fā)動機功率（馬力HP）滑片數(shù)0. 5以下0.53.03.06.044668 注：實際上很少按以上規(guī)律選用，一般發(fā)動機滑片數(shù)均在46。五、 滑片材料和尺寸滑片用nTK繆合纖維板制造，因：1 比重小，僅1.4；2 耐磨性好；3 與鋼的摩擦系數(shù)小，干摩擦系數(shù)為0.17，在潤滑時為0.07，計算是可取1。由三可知，滑片總高最小應等于4e,一般取4e5e。滑片的厚度愈小，發(fā)動機效率愈高，決定滑片厚度的是：1 強度問題；2 轉(zhuǎn)子槽的加工工藝性。 一般按下面的規(guī)律決定厚度轉(zhuǎn)子直徑（mm）滑片厚度（mm）40以下4060601001001503456六、 轉(zhuǎn)子的長度和直徑如已知發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，可從前

22、面的資料中求出轉(zhuǎn)子直徑，這樣在功率已知的情況下可以按計算公式?jīng)Q定其長度。如轉(zhuǎn)速未知，為了決定其長度或直徑，必須預先給定這些量之間的比值。轉(zhuǎn)子長度與其直徑的比值，范圍很大，從0.8到2。應注意，（1）增大轉(zhuǎn)子直徑，其轉(zhuǎn)速下降；（2）空氣漏耗量與轉(zhuǎn)子直徑有關。常用進氣速度、耗氣量、氣路面積對照表 在風動發(fā)動機中，一般氣路流速取w=4060m/sec在進氣道面積為f，流量為Q，當p=6.033KG/cm3表壓力及t=20°C時，按下列公式計算： G=fwr r為比重=7.047 Q=60G/r0=60÷1.293×rwf=60×7.047÷1.293

23、×wf即 f=106Q/(327·w)=3060·Q/w3035404550556065700.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.02.12.22.32.42.52.62.72.82.93.03.13.210.220.430.640.851.261.571.581.7921021121231331431531641741841952052152251352452562662762862963073173278.817.626.435.14452.761.570.579.18896.61

24、051141231321411501581671761851942022112202292382462552642732817.715.423.130.738.546.253.861.569.27784.692.31001081151231311391461541621691771851932002082162232312392466.813.620.427.334.140.847.754.561.4687581.788.695.41021091161231301361431501571641711771841911982052112186.112.118.124.230.336.342.34

25、8.354.360.566.572.578.684.690.796.61031091151211271331391451511571641691761821871945.511.216.822.42833.639.244.850.55661.667.27378.584.189.695.21011071121181231291351401461521571631681741805.210.315.520.625.83136.241.346.651.756.76267.172.377.582.787.89398.31031091141191241291341401451501551611654.7

26、9.514.218.923.628.433.137.842.547.25256.761.566.270.875.680.38589.894.599.31041091131181231281321371421471514.48.813.217.62226.430.835.239.64448.352.757.261.56670.374.879.281.38892.396.71011061101141191231281321136141殼體排氣孔面積 排氣孔面積的計算，按照排氣壓力不高于1.3KG/cm絕對壓力來考慮，并可能開大一些，能按排氣壓力為1.1KG/cm絕對壓力較為合適計算公式： G=f1

27、0-42gk/(k-1)p2r2(p0/p2)2/k-(p0/p2)k+1/k Q=60G/r0式中： G流量 kg/sec Q流量 M3/min 流量系數(shù)，根據(jù)排氣形式而定，一般取0.825 f排氣孔面積 mm2 g重力加速度 g=9.81 p2排氣壓力 KG/cm2 r2在p2時的比重 kg/M3 (t=20°C) p0大氣壓力， p0=1.033 KG/cm2 絕對壓力 k絕熱系數(shù) k=1.41 r0p0=1.033 KG/cm2 t=0°C時的空氣比重 r0=1.293 kg/M3 計算結(jié)果： p2=1.1 KG/cm3時 f=178Q p2=1.2 KG/cm3時

28、 f=112Q p2=1.3 KG/cm3時 f=86.6Qp2:KG/cm2 f:2Q:M3/min1.11.21.3p2:KG/cm2 f:2Q:M3/min1.11.21.30.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.017.835.653.371.28910712514216017819621423124926728530332033835611.222.433.644.85667.278.489.6100.81121231351461571681791902022132248.717.42634.743.35260.769.37886.695.51041131221301391481561651742.12.22.32.42.52.62.72.82.93.03.13.23.33.43.53.63.73.83.94.03743924104274454634805085165345525705876056236406586776947122352462582692802