叶片式气动马达定子制作方式的研究毕业设计定

摘要
本次对叶片式气动马达定子制作方式的研究共分为五章，主要包括课题背景、课题研究意义、总体工况论述与制作方式论证等问题。

叶片式气动马达是将压缩空气的压力能转换成机械能的动力装置，在叶片式气动马达中，定子的作用非常重要，而传统的定子加工方法存在生产周期长,材料利用低，加工成本高等弊端
本文根据叶片式气动马达工作状态的不一致，结构形式的不同，以及其生产批量的大小，选取不同的定子制作方式，克服了传统的定子加工方法的弊端，提高了定子的生产率并降低了成本。

本文主要选取了以下3种情况制作方式的研究：大批量低速叶片式气动马达定子的制作方式，大批量高速叶片式气动马达定子的制作方式，小批量叶片式气动马达定子的制作方式.。

关键词：定子叶片式气动马达工艺材料利用率毛坯
Abstract
The study of the production methods on stator of vane air motor is divided into five chapters , including the subject background, research significance, the overall working conditions , the discussed issues of production methods and so on.
Air vane motor is a device which changes the compressed air pressure energy into mechanical power , the role of the stator is very important for the vane motor,but the traditional processing methods for stator exist the drawbacks of long production cycle, low material utilization, higher processing costs
According to the structure different working conditions of vane air motor and the size of the production batch ,the article selects a different way of making a stator in order to overcome the conventional drawbacks processing methods to improve the productivity of the stator and reduces costs. This paper selected the following three cases studied production methods: the high-volume low-vane motor stator production methods, large quantities of high-speed air motor stator vane production methods, small batch production of stator vane air motor way.
Key words: vane air motor stator crafts material utilization blank
目录
摘要 (1)
第一章绪论 (1)
1.2气动马达的概念 (1)
1.2叶片式气动马达的特点 (2)
1.3叶片式气动马达的应用 (3)
第二章课题来源目的以及概况 (5)
2.1课题来源 (5)
2.2叶片式气动马达工作原理简介 (5)
2.3叶片式气动马达定子的工况 (8)
2.4铸造工艺、金属材料性能、数控加工的简介 (8)
2.5课题研究意义和目的 (14)
2.5论证及设计的要求 (14)
第三章定子制作方式的优化选择的论证 (15)
3.1定子制作方式的优化选择总况 (15)
3.2大批量低速叶片式气动马达定子制作方式的优化选择 (16)
3.3大批量高速叶片式气动马达定子制作方式的优化选择 (19)
3.4小批量叶片式气动马达定子制作方式的优化选择 (24)
3.5定子制作方式的优化选择的小结 (26)
3.6对于小批量叶片式气动马达定子的数控编程与加工 (27)
第四章致谢 (31)
第五章参考文献 (32)
附录1 某定子零件图
附录2 某定子加工工艺卡片
附录3 论文原创性检测报告
第一章绪论
气动马达是一种执行机构，在工业控制和工业生产中起着非常重要的作用。

气动马达使用空气取代液压和电力来产生动力，具有自动冷却功能，可瞬间启动、停滞和换向，可以实现无级变速，不产生电火花，可在化学工厂、石化、生物科技、药厂、晶圆、半导体、矿区、隧道、油漆厂、船舶、养殖光纤、兵工厂等易燃易爆，含有化学、易燃性或挥发性等物质湿热和多尘的环境下运行，用于驱动，因为用空气作为动力，较容易获得，用后空气也可以直接排入大气无污染，压缩空气还可以远距离控制进行集中供给和。

在过去的几十年里，虽然在大多数制造厂中电机仍然是主要的动力设备，但气动马达由于更便宜安全，清洁，光滑和有效(通过维持更高的功率重量比)，必将吸引来越多的关注。

1.1、气动马达的概念
气动马达是一种作连续旋转运动的气动执行元件，其作用相当于液压马达或电动机，是一种把压缩空气的压力能转换成回转机械能的能量转换装置，它输出转矩，驱动执行机构作旋转运动。

在气压传动中使用广泛的是叶片式、齿轮式和活塞式气动马达。

活塞式马达
叶片式
齿轮式气动马达
1.2、叶片式气动马达的特点
尽管各类型式的气动马达工作原理有一定区别，且结构不同，但一般气动马达具有以下特点：
1. 既能正转也能反转。

对大多数气马达来说只要用操纵阀就能简单的改变马达进、排气方向，实现气动马达输出轴的正转和反转，并且可以瞬时换向。

气马达一个主要优点是换向工作时它具有几乎在瞬时可升到全速的能力。

在正反向转换时，冲击也很小。

叶片式气马达可在一转半的时间内升至全速；活塞式气马达可以在不到一秒的时间内升至全速。

利用操纵阀改变进气方向，便可实现正反转。

实现正反转的时间短，速度快，不需卸负荷，冲击性小。

2. 可以无级调速。

只要控制进气阀或排气阀的开度，即控制压缩空气的流量，就能调节马达的输出功率和转速。

便可达到调节转速和功率的目的。

3. 不会因过载而发生故障，具有过载保护的作用。

过载时，不会产生机件损坏等故障，马达仅是转速降低或停止，若过载解除，立即可以重新正常运行。

当长时间连续满载运转时，温度上升的也较小。

4.工作安全，不受振动、高温、电磁、辐射等影响，能在恶劣的环境下工作，
如在振动、潮湿、高温、易燃、易爆、粉尘等不利条件下也可以正常工作。

5. 使用空气作为介质，无供应上的困难，用过的空气不需处理，放到大气中无污染压缩空气可以集中供应，远距离输送
6、可以直接让载荷起动起来，具有较高的起动力矩。

可以迅速带负荷启动，停止。

7. 转速范围和功率范围较宽。

功率小至几百瓦，大至几万瓦；转速可从零一直到每分钟万转。

8.操纵方便，维护检修较容易气马达具有结构简单，体积小，重量轻，马力大，操纵容易，维修方便。

1.3、叶片式气动马达的应用
气动马达与和它起同样作用的电动机相比，其特点是外壳体轻，输送方便；又因为其工作介质是空气，就不必担心引起火灾；气动马达过载时能自动停转，而与供给压力保持平衡状态气动马达的工作适应性较强，可用于无级调速、启动频繁、经常换向、高温潮湿、易燃易爆、负载启动、不便人工操纵及有过载可能的场合。

由于上述特点，气动马达广泛应用到：矿山机械，动力传动、提升气动绞车、食品饮料机械、汽车零部件拧紧装配、拧盖（旋盖）机、灌装机、各种气动工具的动力、多功能机床、管道疏通机、高压清洗机、石油机械、造纸机械、船舶机械、印刷类机械、搅拌类机械、包装机械、汽车配件厂、金属加工、钻孔攻丝、化工机械、木工机械、卷扬机、炼钢、喷涂设备机械、坡口机、气动式管道内对口机、气动链锯、气动打包机、易燃易爆、粉尘、重载、潮湿等工作场所。

气动马达用于矿山机械转机
气动马达应用于机械传动
气动马达应用于钢包回转装置
气动马达应用于搅拌设备
第二章课题的来源、目的及意义
2.1课题来源
本课题是来自黄石中兴气动公司实际生产参考。

黄石中兴气动机械有限公司位于黄石市沿湖路38号，目前经营中兴气动机械有限公司是国内领先的全系列气动马达及延伸产品专业生产厂家。

公司拥有一支高素质、专业、执着的团队,始终活跃在行业前列,多年来致力于气动机械的研究、开发、制造,产品具有结构紧凑、耐磨、低噪声等优异品质;以专业的态度、优异的品质赢得了广大朋友的信赖与支持,也赢得了广阔、稳定的市场,用户遍及国内二十多个省市自治区,并远销韩国、日本、印度、泰国、巴基斯坦、越南、土耳其等国。

为加强企业发展后劲,向高科技型企业迈进,我公司整体搬迁至千亩青翠的青龙山下、万顷碧波的磁湖畔,与科研实力雄厚、加工设备精良、检。

黄石中兴气动机械有限公司拥有一流的专业素质。

更新更好的设计工艺、高效的管理﹑全面质控、用户信誉是“中兴“公司立世之本。

气动马达是本公司专业根基。

本公司有叶片式、齿轮式、活塞式三大系列气动马达。

由气动马达延伸的产品我们有叶片式、齿轮式、活塞式减速气动马达、气动葫芦、气动卷扬机、气动锚杆钻机、潜孔钻机、气动隔膜泵……九大类百余种气动产品。

2.2叶片式气动马达工作原理简介
气动马达分为单向及双向两种形式。

对于单向气动马达只需开闭进气口即可控制马达的转动和停止。

双向气动马达有两个进气口，一个主排气口。

马达工作时从一个进气口进气，则另一进气口为副排气口，若需马达旋转方向改变时，只需将进气口与副排气口交换位置即可，所以选用的控制阀必须具备上述功能才能使马达正常工作。

建议选用三位四通阀或三位五通阀。

在进行管道布置时，气源与气马达之间的管道通径（包括管道附件、控制阀、油雾器等）均不得小于与马达相适应的最小内径，且管道不得有严重的节流现象。

管道接头处应牢固、密封、不得有泄漏现象，否则气动马达达不到应有的工作性能。

叶片式气马达的原理见图1。

叶片式气马达主要由定子1、转子2、叶片3等零件组成。

在转子部件上铣有长槽，槽内有叶片，定子上有进、排气用的配气槽或孔。

在定子两端有密封盖，密封盖上有进、排气孔A、B、弧形槽及叶片底部相通。

转子
与定子按偏心距e进行偏心安装。

使得由转子的外表面、定子的内表面，叶片（两叶片之间）及两密封端盖4者形成了几个密封工作区间。

图1 叶片式气马达原理图
图1
说明：（1—定子；2—转子；3—叶片当压缩空气从定子上的进气口进入由转子的外表面、叶片、定子的内表面及两密封端盖所形成的气室后，就立即喷向叶
片，并作用在叶片的外伸部分，产生转矩带动转子转动（当右侧配气槽和孔为进气口时，左侧配气槽和孔就为出气口，转子作顺时针转动，反之则转子作逆时针转动），输出旋转的机械能，做功后的废气从另一侧的排气口排出。

叶片式气马达多数可双向回转，有正反转性能不同和正反转性能相同两类。

图2为正反转性能相同的叶片式马达特性曲线。

这一特性曲线是在一定工作压力（例如0.5MPa）下做出的，在工作压力不变时，它的转速、转矩及功率均依外加载荷的变化而变化。

当外加载荷转矩等于气马达最大转矩的一半时，其转速是最大转速的一半。

此时马达输出功率达最大值Pmax。

一般来说，这就是气马达的额定功率。

当外加载荷转矩等于气马达最大转矩Tmax时，气马达会停转，转速为零，此时输出功率也是零。

若外加载荷转矩为空转，即为零时，此时转速达到最大值nmax，马达输出功率为零
图2 叶片式气马达特性曲线
说明：在工作压力变化时，特性曲线的各值将随之有较大的变化。

说明叶片式气马达具有较软的特性。

选择气马达的主要参数是：功率-P 扭矩-M 转速-n
实际工作状态下：P(瓦)= M(牛米) X n(转/分钟) X 0.105
选择TSA气压马达的一般方法是：(适用于：工作过程扭矩、转速基本稳定的应用) 对于工作过程负载(扭力)或转速发生较大变化的应用(比如，拧紧机用马达)，按以下方法选择：
P-M-n三者的近似关系：
扭矩-转速曲线：负直线(系数近似恒定)，功率-转速曲线: 抛物线(开口向下)；
转速n = 0 时(开始启动)，功率P急剧上升，扭矩M = 启动扭矩(约等于最大扭矩的80%)；
转速n = 大约是最大转速一半时(最大功率转速)，功率P = 最大值(最大功率)，扭矩M下降到 = 最大扭矩的50%-70% = 最大功率扭矩；
转速n = 若转速继续升高(负载比较小，接近空载)，扭力下降，到最大转速(此时是空载转速)，功率P很小，扭力M很小；
若负载扭矩比较大，则马达转速下降，当负载扭力大于或等于马达的停转扭力(即最大扭力)，马达失速停转。

2.3叶片式气动马达定子的工况
2.3.1定子的工作环境
在叶片式气动马达中，定子的工作状况非常恶劣：首先，定子要受到马达启动时，叶片从转子槽中飞出对定子内壁造成的冲击，其次，其内圆工作表面不仅要受到叶片高速转动时，叶片顶部对其内圆工作表面快速而频繁的剧烈摩擦，还要受到叶片顶部传来的巨大压力（此压力为叶片随转子高速旋转时产生的离心力和叶片底部的气压力的合力，对于安装有叶片顶出弹簧的叶片式气动马达，此压力还要加上弹簧的弹力）。

2.3.2定子对气动马达的作用
定子的作用非常重要，对于叶片式气动马达中来说，首先，其内圆表面的表面质量和磨损状况，影响着气动马达工作气室的密封性能，从而对气动马达的输出功率也产生着影响；其次，定子内开出的配气槽和孔，本身就是压缩空气的通道，对压缩空气的流动性将产生直接的影响，并最终影响气动马达的输出功率；最其内外圆表面间的偏心距尺寸精度直接决定着气动马达输出功率的大小。

2．4铸造工艺、金属材料性能、数控加工的简介
2.4.1铸造工艺
—、铸造的类型
1、普通砂型铸造，利用砂作为铸模材料。

分为和化学硬化砂、湿砂型、干型因为铸模所使用的沙可重复使用，所以成本较低；但其缺点是并不是所有砂均可用以铸造，且铸模本身不能被重复使用，取得成品时须破坏铸模，另外铸模制作很耗时。

砂型铸造方法包括：湿型砂型、干型和表干型、树脂自硬砂型、负压造型、水玻璃砂型、实型铸造。

一般根据砂芯生产批量、尺寸、生产条件、形状、选择砂芯
制造方法。

大致包括机器制芯、手工制芯。

2、特种铸造，分为2类（1）主要铸型为金属材料的特种铸造：连续铸造、低压铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等（2）主要造型为天然矿产砂石材料：熔模铸造、负压铸造泥型铸造、陶瓷型铸造壳型铸造、实型铸造等
1）脱蜡铸造法：其包括固体铸造法，外膜铸造法。

把所需要铸造的物件用蜡复制，用含陶瓷的溶液浸泡然后晾干，让陶瓷外膜覆上一层蜡制品中，不断的重复以上步骤直到外膜足够厚，可用来支持铸造，最后熔解模中的蜡以抽离铸模。

但是铸模需要多次加以高温增强硬度后方可用以铸造。

因其具有良好的准确性，此方法可用作高熔点金属的铸造。

但是制作复杂，需要多次加热，且陶瓷价格颇高，所以从经济上说成本较高。

2）金属模铸造法
利用铸模金属比原料熔点低这一特性来铸模，可被铸造的金属往往受制于铸模的熔点，一般分成重力铸造法、低压铸造法、高压铸造法。

二、铸造的成型工艺
1）压力铸造：熔融金属液依靠外加额外增加的压力被压入铸造型腔。

一般用于低压浇铸，高压铸造
2）重力浇铸：熔融金属液在金属自身重力下被将浇入型腔。

应用于硬模，砂铸铸造。

三、铸造的工艺
铸造工艺可分为三个基本部分，铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。

用于浇注铸件的金属材料是是以一种金属元素为主要成分，并加入非金属元素或其他金属而组成的合金，称为铸造合金，主要有铸钢、铸铁和铸造有色合金。

步骤如下：
首先准备铸型，影响铸件质量的最主要因素是铸型的好坏，根据材料可分为陶瓷型、泥型、石墨型、砂型、金属型；根据使用次数铸型可分为永久型、半永久型、一次性型
其次熔化和浇注铸造金属，铸造金属可分为有铸钢、铸铁和有色金属等等；
最后是对铸件进行检验和处理，铸件处理包括铲磨毛刺和披缝等凸出物，清除铸件和型芯表面异物、切除浇冒口以及热处理、防锈处理、整形、粗加工等。

2.4.2金属材料性能简介
一、机械性能
在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时金属抵抗断裂及变形的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。

金属材料承受的载荷可以是动态载荷，也可以是静态载荷，包括金属承受的拉伸应力、压应力、剪切应力、弯曲应力、扭转应力，和摩擦、冲击、振动等等，因此金属材料机械性能衡量的主要指标有：
1.强度
在外力作用下的材料抵抗变形和破坏的最大能力，包括抗抗压强度极限、拉强度极限、抗弯强度极限等。

因为在外力作用下金属材料从变形到被破坏有一定的规律可言，所以通常采用拉伸试验进行鉴定，即把金属材料做制成不同规格的试样，在拉伸试验机上做拉伸，直至试样断裂，测定强度的指标主要有：
⑴强度极限：一般指拉力作用下的抗拉强度极限，是在外拉力作用下材料能抵抗断裂的最大应力，以σb表示，如拉伸试验曲线最高点b对应的就是强度极限，单位为兆帕（MPa）
⑵屈服强度极限：当承受的外力超过金属材料试样的弹性极限时，即使应力不再增加的情况下，试样也仍发生较明显的塑性变形，即材料承受外力到某程度时，其变形不再与外力成正比产生较明显的塑性变形，这样的现象称为屈服，产生屈服时的应力称为屈服强度极限，用σs表示，相应于拉伸实验图中的S点被称为屈服点。

对于低塑性材料则没有明显的屈服点，从而难以根据屈服点的外力求出屈服极限，但对于塑性高的材料，在拉伸曲线上会产生明显的屈服点。

屈服极限指标可作为要求零件在工作中不产生明显塑性变形的设计依据。

但是对于一些重要零件还考虑要求屈强比（即σs/σb）要小，以提高其安全可靠性，不过此时材料的利用率也较低了。

⑶弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性。

金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应于拉伸试验曲线图中的e点，以σe表示，单位为兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe为保持弹性时的最大外力（或者说材料最大弹性变形时的载荷）。

⑷弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力σ与应变δ（与应力相对应的单位变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α为拉伸试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。

弹性模数是反映金属材料刚性的指标（金属材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚性）。

2.塑性
3.硬度
4.韧性
二、化学性能
金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。

在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力或者说稳定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。

在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。

三、物理性能
金属的物理性能主要考虑：
（1）熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。

（2）热膨胀性随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，多用线膨胀系数衡量，亦即温度变化1℃时，材料长度的增减量与其0℃时的长度之比。

热膨胀性与材料的比热有关。

在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。

（3）磁性能吸引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上，从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。

四、工艺性能
对各种加工工艺方法所体现出来的适应性称为金属的工艺性能，主要包括以下四个方面：
（1）可铸性：反映熔化后金属材料浇铸成为铸件的难易程度，表现为铸件显微组织的均匀性、致密性，熔化状态时的吸气性、流动性、氧化性、熔点，以及冷缩率等。

（2）可锻性：反映在压力加工过程金属材料成型的难易程度，如允许热压力加工的温度范围大小，将材料加热到一定的温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力
的大小），热变形时金属的流动性、导热性能，热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界限等。

（3）可焊性：反映在局部快速加热，使金属材料结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，一般表现为熔点、熔化时的导热性、热胀冷缩特性、吸气性、氧化性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。

（4）切削加工性能：反映金属材料被切削工具（例如车削、刨削、铣削、磨削等）进行切削加工的难易程度。

2.3.2数控加工的简介
数控加工（numerical control machining），是指在数控机床上对进行零件加工的一种工艺方法，从总体上说，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程是一致的，但也有叫明显的变化。

是解决零件形状复杂、品种多变、精度高、批量小等问题和实现自动化和高效化加工的有效途径。

特别是是解决对普通的加工方法中对于复杂型面的零件难以解决的好工具。

包括数控钻床、数控铣床，数控镗床、数控车床，加工中心。

具有如下的一些特点：
1、自动化
在数控机床加工时，由于不需人工控制刀具，自动化程度高所以带来的一很明显的好处。

（1）加工效率高：数控机床采用自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。

（2）产品质量稳定：数控机床的加工自动化，消除了普通机床上加工工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，大大增加了产品的一致性。

（3）对操作工人的要求降低：
一个普通机床的高级工，不是短时间内可以培养的，而一个不需编程的数控工培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。

并且，数控工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高，时间要省。

(4)降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工
过程之外，非常省力。

2、柔性化高
对于传统的专机，虽然效率很高，但对零件的适应性较差，刚性大，柔性差，无法适应市场经济下由于激烈竞争而带来的产品高频率改型，而传统的通用机床，有较好的柔性，但效率低下；而数控机床只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争。

3、工序集中
数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中。

工序集中带来巨大的经济效益：
⑴减少机床占地面积，节约厂房。

⑵减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。

4、能力强
机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工。

数控机床特别适合以下场合：
1、不许报废的零件。

2、新产品研制。

2.3、课题研究目的及意义：
本课题是气动马达厂生产过程中的实际生产问题引发的论证。

气动马达定子传统加工工艺是：。