液压马达

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
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第三节 液压马达
液压马达简介



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。
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，m3／s。 而其理论输出功率则可表达为：
W
p 2 th M th th 2 n th M th / 60
式中；Mth——液压马达的理论扭矩，Nm；
W
ωth——液压马达的理论角速度，rad/s；
nth——液压马达的理论转速，r/min。
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，五星轮与配流轴之间仍然有 机械接触的作用力及相应的摩擦力矩存在。
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二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理
3. 多作用内曲线马达

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。 Ⅰ Ⅱ
(5)某些形式的液压马达必须在回油口具有足够的背压才能保证正常工作，并 且转速越高所需背压也越 大，背压的增高意味着油源的压力利用率低，系统 的损失大。
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
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二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理
2. 静力平衡式低速大扭矩液压马达

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。
连杆式液压马达原理演示
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二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理
1. 曲柄连杆低速大扭矩液压马达

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 达也就反向旋转。
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、静力平衡马达和多作用内曲线马达。 下面分别予以介绍。

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二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理 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。
(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。
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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5~10r／min，输出扭矩大，可达几万N· m；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。
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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
n th 60 Q / q r / min
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。
因此，可求得液压马达的理论扭矩
M
th
Ⅰ Ⅱ
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二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理
3. 多作用内曲线马达
(2) 内曲线多作用马达工作原理（原理演示）
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，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。
一、工作性能
因此，液压马达的实际转速：
n 60 Q e / q 60 Q / q r / min

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ηm，即：
高压起点
低压起点
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二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理
1. 曲柄连杆低速大扭矩液压马达

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 轴中心所产生的扭矩，该 扭矩使得旋转运动得以持 续下去。
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二、 低速大扭矩液压马达的构造和工作原理
1. 曲柄连杆低速大扭矩液压马达

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。
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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）
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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，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。
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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。
pq / 2 Nm
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。

容积损失可用容积效率来度量，即
Qe / Q
式中：Qe—扣除漏泄损失后供入马达的有效流量，m3／s。
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液压马达的工作特点：
(1)在一般工作条件下，液压马达的进、出口压力都高于大气压，因此不存在 液压泵那样的吸入性能问题，但是，如果液压马达可能在泵工况下工作，它的 进油口应有最低压力限制，以免产生汽蚀。
(2)马达应能正、反运转。因此，就要求液压马达在设计时具有结构上的对称性。
m M / M
th
因此，实际扭矩： 实际的输出功率：
M M th m pq m / 2 P2 2 Mn / 60 pQ m v pQ
式中：η是考虑液压马达中所有能量损失的总效率。
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一、工作性能
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ηv。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500r／ min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。