由于空气马达上、下工作齿轮的完整啮合齿啮合线上的每一点到齿轮轴线的距离始终小于齿顶圆半径,因此,从高压气体进入气腔后,产生一个使转子旋转的力。从结构上看,气动马达的核心部件是上下两个相互啮合的斜齿轮,在驱动负载对外做功的过程中,下工作齿轮通过输出轴把扭矩直接传递给负载,上工作齿轮在高压气体作用下产生的扭矩,通过与下工作齿轮的啮合接触,把扭矩传递给下工作齿轮,间接地通过下工作齿轮驱动负载对外做功。为了研究双转子气动马达的工作扭矩,首先得确定在一定高压气体作用下,单个工作转子的受力情况。高压气体直接充满齿腔对密封齿腔内的作用面积S1,产生一个力P1S1,其中P1为齿腔内高压气体的压力。

齿槽空间相通的齿,由于对称性产生的等效作用力为0;在密封齿腔与排气口之间的齿在两侧的压力大小不等,压力差为ΔP,因此该齿受到的不平衡力大小为ΔPS等效,其中S等效为单个齿的等效面积。在啮合区,由于啮合线阻断了啮合齿齿腔之间气体的连通,啮合齿受到力的大小为ΔPS线下,S线下为啮合线到齿根圆的有效作用面积,此时单个齿轮在高压气体作用下的等效受力大小为:F=ΔPS等效-ΔPS线下=ΔP(S等效-S线下)=ΔPS线上,S线上为啮合线到齿顶圆的有效作用面积。由于气动马达在工作过程中啮合齿、啮合线是一直在变化的,所以单个齿轮S线上也在一直变化,因此在马达工作过程中,其作用力是周期性变化的。在气动马达工作过程中,上工作齿轮在这样一个周期性力的作用下,通过与下齿轮的啮合,把作用力传递给下齿轮,通过下齿轮对外做功。

双转子气动马达是把高压空气的能量转化为机械能的动力装置,在舰船上其主要用途有:驱动待启动内燃机的预供油泵;船上柴油机的启动及油水泵、蓄电池的起吊装置。斜齿轮式双转子气动马达主要由壳体、端盖、转矩输出齿轮、主动齿轮、润滑装置等部分组成,其工作时相当于齿轮泵的逆过程,工作原理如图1所示,图中的齿轮是圆柱渐开线斜齿轮,P点为两齿轮的啮合线上的任意一点。设齿高为h,啮合点到两齿轮齿根的垂直距离分别为h1和h2,由于h1和h2永远都小于h,所以压力流体从A进入气动马达内作用在齿面上时,在两个齿轮上就各有一个使其旋转的作用力F1、F2,其产生的转矩为M11、M12,故马达的输入扭矩是M1=M11+M12。

对气动马达来说,力矩、功率是其最基本的参数,一般的直齿轮式气动马达的理论性能已有探讨,但是,由于斜齿轮式和直齿轮式的差别,其适用于直齿式气动马达的公式对斜齿轮式来说并不合适,因此对其进行研究很有必要。