Поршневые поворотные гидродвигатели

Превращение возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре в поворотное движение выходного звена поршневого поворотного гидродвигателя обеспечивается, преимущественно, с помощью кривошипно-шатунных механизмов (рис. 11.3), реечно-шестеренных передач (рис. 11.4) и винтовых пар (рис. 11.5, 11.6).

а)

б)

Рис. 11.3. Схемы поршневых поворотных гидродвигателей с: а) – кривошипно-шатунным механизмом; б)- коромыслом

При незначительных углах поворота выходного звена поршневого поворотного гидродвигателя (как правило, в пределах ±30⁰) используются кривошипно-шатунные механизмы собственно кривошипно-шатунного устройства (рис. 11.3, а) и с коромыслом (рис. 11.3, б). Механизмы кривошипно-шатунного устройства (рис. 11.3, а) применяются, в частности, в рулевых машинах автопилотов самолетов. Попеременным изменением подачи рабочей жидкости в левую или праву полости гидроцилиндра 1 обеспечивается возвратно-поступательное движение поршня 2, который через рычаг 3 поворачивает выходной вал 4.

Крутящий момент на выходном звене (вале) поршневого поворотного гидродвигателя с кривошипно-шатунным механизмом составляет

, (11.7)

где - давление поворотного гидродвигателя (перепад давления на поршне), ;

- рабочая площадь поршня, ;

- диаметр поршня;

- плечо приложения силы давления относительно центра вращения выходного вала.

Угловая скорость выходного вала поршневого поворотного гидродвигателя

, (11.8)

где - скорость поршня;

- расход (действительный, фактический) гидродвигателя.

По зависимостям, аналогичным (11.7) и (11.8), определяются крутящий момент и угловую скорость выходного вала поршневого поворотного гидродвигателя с коромыслом 5 (рис. 11.3, б).

Для привода поворотных столов металлорежущих станков, платформ и конвейеров грузовых машин и др. используются поршневые поворотные гидродвигатели с реечно-шестеренной передачей (рис. 11.4). с углом поворота выходного вала, который обычно не превышает 360⁰.

В однореечном поворотном гидродвигателе (рис. 11.4, а) в качестве рейки используется плунжер 1, который входит в зацепление с шестерней 2.

Крутящий момент на выходном звене (валу) одинреечного поворотного гидродвигателя составляет

(11.9)

где - сила давления, которая действует на плунжер диаметром при значении давления гидродвигателя (перепаде давления на плунжере) ;

- рабочая площадь плунжера ;

- диаметр делительной окружности шестерни.

а)

б)

Рис. 11.4. Схемы поршневых поворотных гидродвигателей с рейково-шестеренной передачей: а) – однорейковый гидродвигатель; б) - двухрейковый гидродвигатель

Угловая скорость выходного вала однорейкового поворотного гидродвигателя

, (11.10)

где - скорость плунжера.

Во двухрейковых (двухцилиндровых) поршневых поворотных гидродвигателях в качестве реек используются штоки 3 поршневых гидроцилиндров 4 (рис. 11.4, б).

При равенстве диаметров и поршней 5 и шестерни 6 (рис. 11.4, б)диаметрам и плунжера 1 и шестерни 2 (рис. 11.4, а) и соответствия давления и расхода однореечного и двухреечного поворотных гідродвигунів крутящий момент и угловая скорость выходного вала поршневого двухреечного поворотного гидродвигателя с использованием (11.9) и (11.10) составит

;

.

В поршневых поворотных гидродвигателях с винтовой парой возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре превращается в поворотное движение выходного звена (вала) с помощью винта и гайки (рис. 11.5, 11.6).

Поршень (гайка) 1, который возратно-поступательно перемещается в цилиндре 2, имеет нарезанную в осевом отверстии резьбу (рис. 11.5, а). Такая же соответствующая внешняя резьба нарезана на валу 3 (винт), выходный конец 4 которого связанный с нагрузкой. Поршень (гайка) 1 под действием силы давления рабочей жидкости может перемещаться в цилиндре 2 в осевом направлении, но его вращению вокруг продольной оси препятствует неподвижный, относительно цилиндра 2, штырь 5, который проходит через боковое отверстие поршня 1. Вал (винт) 3, напротив, свободно вращается вокруг продольной оси, но закреплен от осевых перемещений. При подаче в одну из полостей гидроцилиндра 2 рабочей жидкости расходом с давлением и соединении противоположной полости со сливной магистралью с давлением , под действием давления гидродвигателя на рабочей площади поршня возникает сила давления, которая линейно перемещает поршень 1. Винтовая пара „гайка-винт” при этом обеспечивает вращательное движение вала 3 с крутящим моментом и угловой скоростью . Изменение направления подачи рабочей жидкости в полости цилиндра 2 приводит к изменению направления вращения выходного звена (вала) поршневого поворотного гидродвигателя.

а)

б)

Рис. 11.5. Схемы поршневых поворотных гидродвигателей с винтовой парой: а) – однопоршневой гидродвигатель; б)– двухпоршневой гидродвигатель

В поршневом поворотном гидродвигателе с двумя поршнями (рис. 11.5, б)винты на валу имеют противоположные нарезки, что позволяет, при других равных условиях, увеличить (в 2 раза) величину крутящего момента при таком же уменьшении угловой скорости выходного звена.

Конструктивное оформление поршневых поворотных гидродвигателей с винтовой парой может быть и другое. Так, например, выполняют правый шток поршня 2 в виде винта 3, который составляет винтовую пару с гайкой 4 (рис. 11.6). Гайка 4 может выполнять только вращательное движение вместе с выходным звеном 5 гидродвигателя. Поршень 2 ограниченный от вращательного движения вокруг своей оси шлицевым соединением его левого штока 1 и втулки 6 корпуса цилиндра и может осуществлять только возвратно-поступательные перемещения под действием сил давления рабочей жидкости.

Рис. 11.6. Схема поршневого поворотного гидродвигателя с винтовой парой и шлицевым соединением

Значение крутящего момента и угловой скорости выходного звена поршневых поворотных гидродвигателей с винтовой парой во многом зависит, при прочих равных условиях, от параметров резьбы пары „винт-гайка”.