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液压马达分类与原理

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液压马达分类与原理
（一）    液压马达分类

（二）齿轮马达的工作原理
图2-12为外啮合齿轮马达的工作原理图。图中I为输出扭矩的齿轮，B为空转齿轮，当高压油输入马达高压腔时，处于高压腔的所有齿轮均受到压力油的作用(如中箭头所示，凡是齿轮两侧面受力平衡的部分均未画出)，其中互相啮合的两个齿的齿面，只有一部分处于高压腔。设啮合点c到两个齿轮齿根的距离分别为阿a和b，由于a和b均小于齿高h，因此两个齿轮上就各作用一个使它们产生转矩的作用力pB(h—a)和pB(h—b)。这里p代表输入油压力，B代表齿宽。在这两个力的作用下，两个齿轮按图示方向旋转，由扭矩输出轴输出扭矩。随着齿轮的旋转，油液被带到低压腔排出。

图2-12 啮合齿轮马达的工作原理图
齿轮马达的结构与齿轮泵相似，但是内于马达的使用要求与泵不同，二者是有区别的。例如；为适应正反转要求，马达内部结构以及进出油道都具有对称性，并且有单独的泄漏油管，将轴承部分泄漏的油液引到壳体外面去，而不能向泵那样由内部引入低压腔。这是因为马达低压腔油液是由齿轮挤出来的，所以低压腔压力稍高于大气压。若将泄漏油液由马达内部引到低压腔，则所有与泄漏油道相连部分均承受回油压力，而使轴端密封容易损坏。
(三)叶片马达的工作原理
图2-13为叶片马达的工作原理图。当压力为p的油液从进油口进入叶片1和叶片3之间时，叶片2因两面均受液压油的作用，所以不产生转矩。叶片1和叶片3的一侧作用高压油，另一侧作用低压油．并且叶片3伸出的面积大于叶片1伸出的面积，因此使转子产生顺时针方向的转矩。同样，当压力油进入叶片5和叶片7之间时，叶片7伸出面积大于叶片5伸出的面积，也产生顺时针方向的转矩，从而把油液的压力能转换成机械能，这就是叶片马达的工作原理。为保证叶片在转子转动前就要紧密地与定子内表面接触，通常是在叶片根部加装弹簧，完弹簧的作用力使叶片压紧在定子内表面上。叶片马达一般均设置单向阀为叶片根部配油。为适应正反转的要求，叶片沿转子径向安置。

图2-13为叶片马达的工作原理图
(四)轴向柱塞马达的工作原理
轴向柱塞马达包括斜盘式和斜轴式两类。由于轴向柱塞马达和轴向柱塞泵的结构基本相同，工作原理是可逆的，所以大部分产品既可作为泵使用。图2-14所示轴向柱塞式液压马达的工作原理。斜盘l和配油盘4固定不动，缸体2和马达轴5相连接，并可一起旋转。当压刀油经配油窗口进入缸体孔作用到柱塞端面上时，压力油将柱塞项出，对斜盘产生推力，斜盘则对处于压油区一侧的每个柱塞都要产生一个法向反力F，这个力的水平分力FX与柱塞上的液压力平衡，而垂直分力Fy则使每个柱塞都对转子中心产生一个转矩，使缸体和马达轴作逆时针方问旋转。如果改变液压马达压力油的输入方向，马达轴就可作顺针方向旋转。
图2-14 轴向柱塞马达的工作原理
(五)曲轴连杆式径向柱塞马达工作原理
曲轴连杆式液压马达的工作原理如图2-15所示。图中仅画出马达的一个柱塞缸。它相当于一个曲柄连杆机构。
通压力油的柱塞缸受液压力的作用，在柱塞上产生推力P。此力通过连杆作用在偏心轮中心，使输出轴旋转，同时配流轴随着一起转动。当柱塞所处位置超过下止点时，柱塞缸便由配流轴接通总回油口，柱塞便被偏心轮往上推，作功后的油液通过配流轴返回油箱。各柱塞缸依次接通高、低压油，各柱塞对输出轴中心所产生的驱动力矩同向相加，就使马达输出轴获得连续而平稳的回转扭矩。当改变油流方向时，便可改变马达的旋转方向。如将配流轴转180°装配，也可以实现马达的反转。如果将曲轴固定，进、出油直接通到配流轴中，就可实现外壳旋转。壳转马达可用来驱动车轮和绞车卷筒等。

图2-15 轴连杆式液压马达的工作原理
(六)摆线马达工作原理
摆线齿轮马达的工作原理基于摆线针齿内啮合行星齿轮传动（见图2-16）。内齿轮（即定子）的轮齿齿廓（即针齿）是由以d为直径的圆弧构成；小齿轮（即转子）的轮齿齿廓是圆弧的共轭曲线，即圆弧中心轨迹a（整条的短幅外摆线）的等距曲线β，转子和定子之间有偏心距A，当两轮的齿数差为I时，两轮所有的轮齿都能啮合（见图2-17），且形成z2（定子针齿数）个独立的容积变化的密封腔。当作为马达时，这些密封腔容积变大的部分通过配流机构通以高压油，使马达转子旋转。另一些容积变小的密封腔通过配流机构排出低压油。如此循环，使液压马达连续工作。
通常的摆线齿轮马达采用6-7齿或8-9齿啮合。下面以6-7齿啮合为例（即定子针齿数为7,转子齿数为6）来说明其配油原理。如图所示，两相互啮合的齿轮形成7个密封腔，当转子相对定子中心公转1转，此时转子自身在相反方向上自转1/6 转，马达内7个密封腔分别完成从低压→高压→低压的一次循环。因此转子自转1整转时，7个油腔将完成6次循环，总起来即可得7*6=42个高压油腔的容积。因此摆线齿轮马达能输出比较大的扭矩，这就是摆线齿轮马达的功率重量比能大大提高的原因。

图2-16 摆线齿轮马达工作原理图

图2-17 摆线齿轮马达的配油原理图
1-转子组件  2-花键轴  3-定子$  4-转子
二、液压马达性能参数与评价
(一)主要参数
1． 压力
（1）额定压力在规定的转速范围内连续运转，并能保证设计寿命的最高输入压力。
（2）背压保证马达稳定运转的最小输出压力。
2． 转速
（1）额定转速额定压力、规定背压条件，能够连续运转并能保证设计寿命的最高转速。
（2）最低转速既能保持额定压力又能稳定运转的最低转速。
3． 排量
（1）排量马达轴旋转一周所输入的液体体积。
（2）空载排量空载压力下测得的实际输入排量。
（3）有效排量在设定压力下测得的实际输入排量。
4． 流量
（1）实际流量液压马达进口处的流量。
（2）理论流量空载压力下马达的输入流量。
5． 功率
（1）输入功率液压马达入口处的液压功率。
（2）输出功率液压马达输出轴上输出的机械功率。
6． 效率
（1）容积效率液压马达理论流量与实际流量的比值。
（2）机械效率液压马达的实际扭矩与理论扭矩之比值。
（3）总效率液压马达的输出功率与输入功率之比。
(二)液压马达检测与评价
参见下列标准：
机械行业标准：JB/T8728-1998《低速大扭矩液压马达》
机械行业标准：JB/T53349-1998《低速大扭矩液压马达 产品质量分等》
机械行业标准：JB/T10206-2000《摆线液压马达》
机械行业标准JB/T50004—1999《液压斜轴式轴向柱塞泵产品质量分等  ：31.5MPa定量柱塞泵（马达）》
三、液压马达变量方式和控制
1.先导液控变量（图2-18）
根据先导压力无级控制马达排量。控制起点在Vgmax（最大扭矩，最低转速）,控制终点在Vgmin（最小扭矩，最高转速）。也可，相反控制功能。　控制起点Vgmin，控制终点在Vgmax。

图2-18先导液控变量
2.高压自动控制 （图2-19）
根据工作压力自动控制马达排量。此种控制方式是直接感受A口或B口的内部工作压力（不需要用先导压力）。当A口或B口达到设定值时，马达由最小排量Vgmin向最大排量Vgmax转变（倾斜角α由小变大）有两种控制方式可供选择:其一是恒压调节在调节范围内工作压力基本上是恒定的，ΔP=1Mpa，从Vgmax至Vgmin时压约1Mpa。二是升压调节：调节范围从8-35Mpa之间可调。　在调节范围内，工作压力升高ΔP=10Mpa， Vgmin变到Vgmax时压力升高10Mpa。
3.    电气控制（图2-20）
根据电气信号无级控制或两点控制马达排量。如果只需要变量马达作两点控制，则只要使电流通断就足以得到两个位置。

图2-19高压自动控制

图2-20先导液控变量
四、液压马达的选用原则
选定液压马达时要考虑的因素有工作压力、转速范围、运行扭矩、总效率、容积效率、滑差特性、寿命等机械性能及在机械设备上的安装条件、外观等。
液压马达的种类很多，特性不一样，应针对具体用途选择合适的液压马达，表列出了典型液压马达的特性对比。低速场合可以用低速马达，也可以用带减速装置的高速马达。二者在结构布置、占用空间、成本、效率等方面各有优点，必须仔细论证。
表2-7典型液压马达的比较
种类    高速马达    低速马达
    齿轮式    叶片    柱塞式    径向柱塞式
额定压力Mpa    21    17.5    35    35
排量ml/r    4-300    25-300    10-1000    125-38000
转速r/min    300-5000    400-3000    10-5000    1-500
总效率%    75-90    75-90    85-95    80-92
堵转效率%    50-85    70-80    80-90    75-85
堵转泄漏    大    大    小    小
污染敏感度    大    小    小    小
变量能力    不能    困难    可    可
确定了所用液压马达的种类之后，可根据所需要的转速和扭矩从产品系列中选出能满足需要的若干种规格，然后利用各种规格的特性曲线查出（或算出）相应的压降、流量和总效率。接下去进行综合技术经济评价来确定某个规格。如果原始成本最重要，则应选择流量最小的，这样泵、阀、管路等都最小；如果运行成本最重要，则应选择总效率最高的；如果工作寿命最重要，则应选择压降最小的；也许最佳选择是上述方案的折衷。
需要低速运行的马达，要核对其最低稳定转速。如果缺乏数据，应在有关系统的所需工况下实际试验后再定取舍。为了在极低转速下平稳运行，马达的泄漏必须恒定，负载要恒定，要有一定的回油背压（如0.3—0.5MPa）和至少35mm2/s 的油液粘度。
轴承寿命与转速、载荷有关：

式中Lne—轴承实际寿命（h）；
Lref—额定工况下的轴承B10寿命（h）；
nnew—实际转速（r/min）；
nref—额定转速（r/min）；
Pnew—实际轴上载荷（N）；
PREF—额定轴上载荷（N）。
根据这些关系，如果转速减半则轴承寿命延长为原来的2倍。轴上载荷每减小10%则轴承寿命加长40%。
为了防止作为泵工作的制动马达发生气蚀或丧失制动能力，应保证这时马达的“吸油口”有足够的补油压力。这可以靠闭式回路中的补油泵或开式回路中的背压阀来实现。当液压马达驱动大惯量负载时，为了防止停车过程中惯性运动的马达缺油，应设置与马达并联的旁通单向阀补油。
需要长时间防止负载运动时，应使用在马达轴上的液压释放机械制动器。
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