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1、第三节 液压马达,一、 工作性能二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,1）连杆式2）五星轮式3）内曲线式4）叶片式,液压马达是将液压能转换为机械能的装置，可以实现连续的旋转运动，其结构与液压泵相似，并且也是靠密封容积的变化进行工作的。常见的液压马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式；从转速、转矩范围分，有高速马达和低速大扭矩马达。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵内输入压力油时，其轴就输出转速和转矩成为马达。但由于二者的任务和要求有所不同，故在实际中只有少数泵能作马达使用。,液压马达简介,第三节 液压马达,W 式中：P液压马达的进排油压差，Pa； Q供入液压马达的油流量，m3s。,
2、而其理论输出功率则可表达为： W 式中；Mth液压马达的理论扭矩，Nm； th液压马达的理论角速度，rad/s； nth液压马达的理论转速，r/min。,液压马达输入的液压能，可用工作油的压力P和流量Q来表示，而其输出的机械能，则以输出轴的扭矩M和转速n来度量。 为了说明液压马达的工作性能，我们可先假设液压马达不存在任何能量损失的理想情况进行了讨论，这时液压马达的输入功率，就可用下式来表示：,第三节 液压马达,一、工作性能,容积损失可用容积效率来度量，即式中：Qe扣除漏泄损失后供入马达的有效流量，m3s。,因此，可求得液压马达的理论扭矩 然而，任何实际的液压马达，运转时总存在着各种损失，包括密
3、封缝隙的漏泄损失，油流流动时的压力损失以及各运动接触部件之间的摩擦损失等。,第三节 液压马达,一、工作性能,现假设液压马达按几何尺寸确定的每转排量为q(ms/r)，则液压马达的理论转速为 显然，在不考虑液压马达中所有能量损失的情况下，液压马达的理论输出功率就等于其输入功率。,在液压马达中，常把压力损失和摩擦损失合并在一起，称之为机械损失，由于存在着机械损失，液压马达的实际输出扭矩M也就比理论扭矩要小，而实际扭矩与理论扭矩之比，称之为液压马达的机械效率m，即： 因此，实际扭矩：,实际的输出功率：式中：是考虑液压马达中所有能量损失的总效率。,因此，液压马达的实际转速：,第三节 液压马达,一、工作性
4、能,讨论：,液压马达的实际转速n，主要取决于供入液压马达的流量Q、液压马达的工作容积(即每转排量)q和容积效率v。因此，要改变液压马达的转速，可采用的方法有容积调速采用变量油泵，改变其流量，或采用变量油马达，改变其排量，也可以采用节流调速通过流量控制阀来改变供入油马达的流量； 液压马达的扭矩M，主要取决于工作油的压力p和液压马达的每转排量q。提高工作油压p，不仅可增大液压马达的输出扭矩M，而且还可在功率不变的前提下，使液压元件和和管路的尺寸相应减小，但是也受到强度与密封等的条件限制，并给管理工作带来不利的影响； 增大液压马达的容积，亦即提高液压马达的每转排量q，则可在工作油压不变的情况下增大扭
5、矩，而转速则相应较低，从而构成低速大扭矩液压马达。一般认为额定转速低于500rmin即属于低速马达，高于500的属于高速马达。后者用于船舶甲板机械往往需要增加机械减速机构。,第三节 液压马达,一、工作性能,低速大扭矩液压马达,低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构形式上多为径向柱塞式，其特点是：最低转速低，大约在510rmin，输出扭矩大，可达几万Nm；径向尺寸大，转动惯量大。由于上述特点，它可以直接与工作机构联接，不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。低速大扭矩液压马达的基本形式有三种：它们分别是曲柄连杆马达
6、、静力平衡马达和多作用内曲线马达。 下面分别予以介绍。,第三节 液压马达,一、工作性能,1. 曲柄连杆低速大扭矩液压马达,曲柄连杆式低速大扭矩液压马达应用较早，国外称为斯达发液压马达。我国的同类型号为JMZ型，其额定压力16MPa，最高压力21MPa，理论排量最大值可达6.140L/r。下图是曲柄连杆式液压马达的工作原理。,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,连杆式液压马达原理演示,根据曲柄连杆机构运动原理，受油压作用的柱塞就通过连杆对偏心圆中心O1作用一个力N，推动曲轴绕旋转中心O转动，对外输出转速和扭矩，其余的活塞油缸则与排油窗口接通；如果进、排油口对换，液压马达也
7、就反向旋转。,1. 曲柄连杆低速大扭矩液压马达,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,随着驱动轴、配流轴转动，配油状态交替变化。在曲轴旋转过程中，位于高压侧的油缸容积逐渐增大，而位于低压侧的油缸容积逐渐缩小，因此，在工作时高压油不断进入液压马达，然后由低压腔不断排出。,1. 曲柄连杆低速大扭矩液压马达,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,总之，由于配流轴过渡密封间隔的方位与曲轴的偏心方向一致，并且同时旋转，所以配流轴颈的进油窗口始终对着偏心线OO1一边的二只或三只油缸，吸油窗口对着偏心线OO1另一边的其余油缸，总的输出扭矩是叠加所有柱塞对曲轴中心所
8、产生的扭矩，该扭矩使得旋转运动得以持续下去。,1. 曲柄连杆低速大扭矩液压马达,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,以上讨论的是壳体固定、轴旋转的情况。如果将轴固定，进、排油直接通到配流轴中，就能达到外壳旋转的目的，构成了所谓的车轮马达。,1. 曲柄连杆低速大扭矩液压马达,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,曲柄连杆低速大扭矩液压马达,这种液压马达的工作原理用图来说明，液压马达的偏心轴与曲轴的形式相类似，既是输出轴，又是配流轴，五星轮3套在偏心轴的凸轮上，在它的五个平面中各嵌装一个压力环4，压力环的上平面与空心柱塞2的底面接触，柱塞中间装有弹簧。
9、,静力平衡式 低速大扭矩马达1-壳体；2-柱塞；3-五星轮；4-压力环；5-配流轴；6-弹簧,2. 静力平衡式低速大扭矩液压马达,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,在这种结构中，五星轮取代了曲柄连杆式液压马达中的连杆，压力油经过配流轴和五星轮再到空心柱塞中去，液压马达的柱塞与压力环、五星轮与曲轴之间可以大致做到静压平衡。在工作过程中，这些零件还要起密封和传力作用。由于是通过油压直接作用于偏心轴而产生输出扭矩，因此，称为静力平衡液压马达。,事实上，只有当五星轮上液压力达到完全平衡，使得五星轮处于“悬浮”状态时，液压马达的扭矩才是完全由液压力直接产生的；否则，五星轮与配流
10、轴之间仍然有机械接触的作用力及相应的摩擦力矩存在。,2. 静力平衡式低速大扭矩液压马达,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,多作用内曲线液压马达的结构形式很多，就使用方式而言，有轴转、壳转与直接装在车轮的轮毂中的车轮式液压马达等形式。而从内部的结构来看，根据不同的传力方式和柱塞部件的结构可有多种形式，但是，液压马达的主要工作过程是相同的。,3. 多作用内曲线马达,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,主轴转一周，柱塞往复运动多次（图中为6次），因而在柱塞直径数目和行程相同情况下，其输出扭矩较单作用式柱塞马达增加了作用次数的倍数。即6倍。除单排柱塞外
11、，还可做成双排、三排柱塞，所以容易达到排量大、尺寸小的要求。,(2) 内曲线多作用马达工作原理（原理演示）,3. 多作用内曲线马达,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,4. 叶片式马达（三速马达）,第三节 液压马达,二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理,液压泵的工作特点： (1)液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足，异常噪声，甚至无法工作。 因此，除了在泵的结构设计上尽可能减小吸油管路的液阻外，为了保证泵的正常运行， a)应该使泵的安装高度不超过允许值；b)避免吸油滤油器及管路形成过大的压降；c)限制泵的使用转速在额定转速以内。(2)液压泵的工作压力取决于外负载，
12、若负载为零，则泵的工作压力为零。 随着排油量的增加，泵的工作压力根据负载大小自动增加，泵的最高工作压力主要受结构强度和使用寿命的限制。为了防止压力过高而使泵、系统受到损害，液压泵的出口常常要采取限压措施。,第三节 液压马达,液压泵的工作特点： (3)变量泵可以通过调节排量来改变流量，定量泵只有用改变转速的办法来调节流量，但是转速的增大受到吸油性能、泵的使用寿命、效率等的限制。例如，工作转速低时，虽然对寿命有利，但是会使容积效率降低，并且对于需要利用离心力来工作的叶片泵来说，转速过低会无法保证正常工作。 (4)液压泵的流量具有某种程度的脉动性质，其脉动情况取决于泵的形式及结构设计参数。为了减小脉动的影响，除了从造型上考虑外，必要时可在系统中设置蓄能器或液压滤波器。 (5)液压泵靠工作腔的容积变化来吸、排油，如果工作腔处在吸、排油之间的过渡密封区时存在容积变化，就会产生压力急剧升高或降低的“困油现象”，从而影响容积效率，产生压力脉动、噪声及工作构件上的附加动载荷，这是液压泵设计中需要注意的一个共性问题。,第三节 液压马达,
