氣動馬達的運動規律

基於擺式新型二衝程內燃機的基本結構，擺式氣動馬達透過一擺式構件在腔內擺動，將氣體的內能轉化為機械能輸出，結構簡單、新穎。擺式氣動馬達主要結構包括缸體、缸蓋、中心擺、傳動軸和配氣閥等，如圖1 所示。進氣口與做功腔室（A、B、C 和D）分別對應，透過調整配氣閥，使高壓氣體經進氣口（A、C）進入做功腔室內，推動中心擺順時針擺動；當高壓氣體經進氣口（B、D）進入做功腔室內，推動中心擺逆時針擺動，將氣體的內能轉化為機械能輸出。隨著自主移動機器人、野外作業、微機電系統和軍事等領域移動電子產品的快速發展，作為主要供電手段的化學儲能電池，已經越來越不能滿足這些產品對電源能量密度日益提高的要求。與常規葉片式氣動馬達相比，具有能量密度高、效率高結構緊湊、體積小

、重量輕和供氣方便等優點。根據複合式氣動馬達的數學模型，研究擺式氣動馬達的運動規律和工作特性，有重要的理論實踐意義。

以擺式氣動馬達的中心擺為研究物件，系統的輸入是一個隨時間週期性變化的擺動作用力，其來源於高壓氣體對中心擺的壓力。設做功腔室A 處於做功行程始點，中心擺的運動方向和受力情況，如圖2所示。

中心擺從做功腔室的上止點擺至下止點過程中，做功腔室A 與 C 處於做功和膨脹狀態，對應腔室B 與D 處於排氣和餘氣壓縮狀態，假設負載恆定，中心擺所受合力，如圖3所示

根據牛頓第二定律，系統的動力學方程為：

Ia= PA-PBAl+ PC-PD Al-TE

式中：I—中心擺轉動慣量，kg·m2；a—中心擺角加速度，rad/s2；PA、PB、PC、P

D—做功腔室 A、B、C 和 D 內工作介質的壓強，MPa；A—中心擺在做功腔室內受力面積，mm2；l—力作用點到中軸線距離，m；TE—擺式氣動馬達阻力矩，T

E=T輸出。

已知 A=662。5mm2，l=2。725×102m，中心擺從A/C 做功腔室上止點運動到下止點過程中，做功腔室A 與C、B 與 D 工作狀態完全一致，故PA=PC、PBPD。