液壓馬達的結構類型及工作原理課件

1、第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3 液壓馬達 液壓馬達是實現(xiàn)連續(xù)旋轉或擺動的執(zhí)行元件 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.1 液壓馬達的工作原理圖3-26所示為軸向柱塞式液壓馬達的工作原理。斜盤1和配油盤4固定不動，柱塞3可在缸體2的孔內移動，斜盤中心線與缸體中心線相交一個傾角。高壓油經(jīng)配油盤的窗口進入缸體的柱塞孔時，處在高壓腔中的柱塞被頂出，壓在斜盤上，斜盤對柱塞的反作用力F可分解為兩個分力，軸向分力Fx和作用在柱塞上的液壓力平衡，垂直分力Fy使缸體產(chǎn)生轉矩，帶動馬達軸5轉動。圖3-26 軸向柱塞式液壓馬達的工作原理1斜盤 2缸體 3柱塞 4配油盤 5馬達軸第三章

2、執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-26 軸向柱塞式液壓馬達的工作原理1斜盤 2缸體 3柱塞 4配油盤 5馬達軸Part 3.3.1 液壓馬達的工作原理設第i個柱塞和缸體的垂直中心線夾角為，則在柱塞上產(chǎn)生的轉矩為：式中 R柱塞在缸體中的分布圓半徑 液壓馬達產(chǎn)生的轉矩應是處于高壓腔柱塞產(chǎn)生轉矩的總和，即 （3-21）隨著角的變化，每個柱塞產(chǎn)生的轉矩也發(fā)生變化，故液壓馬達產(chǎn)生的總轉矩也是脈動的，它的脈動情況和討論液壓泵流量脈動時的情況相似 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.2 液壓馬達的主要性能參數(shù)1. 工作壓力和額定壓力 工作壓力 是指液壓馬達實際工作時進口處的壓力；額定壓力 是指液壓馬

3、達在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定能連續(xù)運轉的最高壓力 。2. 排量和理論流量 排量V 是指液壓馬達軸轉一周由其各密封工作腔容積變化的幾何尺寸計算得到的油液體積 ；理論流量qt 是指在沒有泄漏的情況下，由液壓馬達排量計算得到指定轉速所需輸入油液的流量 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.2 液壓馬達的主要性能參數(shù)3. 效率和功率 容積效率：由于有泄漏損失，為了達到液壓馬達要求的轉速，實際輸入的流量q 須大于理論流量qt。容積效率 為：（3-22）機械效率：由于有摩擦損失，液壓馬達的實際輸出轉矩T一定小于理論轉矩Tt。因此機械效率為 ：（3-23）第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Pa

4、rt 3.3.2 液壓馬達的主要性能參數(shù)3. 效率和功率 液壓馬達的總效率為： 液壓馬達輸入功率Pi 為：液壓馬達輸出功率Po為 ：式中 p液壓馬達進、出口的壓力差； 、n液壓馬達的角速度和轉速。（3-24）（3-25）（3-26）第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.2 液壓馬達的主要性能參數(shù)4. 轉矩和轉速 液壓馬達能產(chǎn)生的理論轉矩Tt 為：（3-27）液壓馬達輸出的實際轉矩T為：（3-28）液壓馬達的實際輸入流量為q時，馬達的轉速為： （3-29）第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達的分類和結構液壓馬達和液壓泵結構基本相同，按結構分有齒輪式、葉片式和柱塞

5、式等幾種。按工作特性可分為高速小轉矩馬達和低速大轉矩馬達兩大類 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達的分類和結構1. 高速液壓馬達 高速液壓馬達的結構形式通常為外嚙合齒輪式、雙作用葉片式和軸向柱塞式等，其特點是轉速高（一般高于500r/min）、轉動慣量小、輸出轉矩不大，故又稱高速小轉矩液壓馬達。外嚙合齒輪式液壓馬達具有結構簡單、質量輕、體積小、價格低及對油液污染不敏感等優(yōu)點；其缺點是噪聲大、脈動較大且難以變量、低速穩(wěn)定性較差等。雙作用葉片式液壓馬達具有結構緊湊、體積小、噪聲較小、壽命較長及脈動率小等優(yōu)點；其缺點是抗污染能力較差、對油液的清潔度要求較高。目前，葉片式液

6、壓馬達的最高轉速有的已達4000r/min。軸向柱塞式液壓馬達具有單位功率質量輕、工作壓力高、效率高和容易實現(xiàn)變量等優(yōu)點；其缺點是結構比較復雜、對油液污染敏感、過濾精度要求較高、價格較貴。按其結構特點又可分為斜盤式和斜軸式兩類 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達的分類和結構1. 高速液壓馬達 圖3-27 軸向點接觸柱塞式液壓馬達結構圖1軸 2斜盤 3軸承 4鼓輪 5彈簧 6傳動銷 7缸體 8配油盤 9柱塞 10推桿圖3-27所示是軸向點接觸柱塞式液壓馬達的典型結構。在缸體7和斜盤2間裝入鼓輪4，在鼓輪的圓周上均勻分布著推桿10，液壓力作用在柱塞上并通過推桿作用的斜盤

7、上，推桿在斜盤反作用力的作用下產(chǎn)生一個對軸1的轉矩，迫使鼓輪轉動，又通過傳動鍵帶動馬達軸，同時通過傳動銷6帶動缸體旋轉。缸體在彈簧5和柱塞孔內的壓力油作用下貼緊在配油盤8上 。這種結構使缸體和柱塞只受軸向力，因而配油盤表面、柱塞和缸體上的柱塞孔磨損均勻，又缸體內孔與馬達軸的接觸面較小，有一定的自位作用，使缸體的配油表面和配油盤的配油表面貼合好，減小了端面間的泄漏，并使配油盤表面磨損后能得到自動補償 。這種液壓馬達的斜盤的傾角固定，所以是一種定量液壓馬達 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達的分類和結構2. 低速液壓馬達 低速液壓馬達的特點是輸入油液壓力高、排量大，可靠

8、性高，可在馬達軸轉速為10r/min以下平穩(wěn)運轉，低速穩(wěn)定性好，輸出轉矩大，可達幾百牛米。所以又稱低速大轉矩液壓馬達 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動低速大轉矩液壓馬達分為單作用和多作用兩大類。單作用液壓馬達，轉子旋轉一周，每個柱塞往復工作一次。它又有徑向和軸向之分。徑向柱塞式單作用液壓馬達，主軸是偏心的。多作用液壓馬達，設有導軌曲線，曲線的數(shù)目就是作用次數(shù)，轉子旋轉一周，每個柱塞往復工作多次。它同樣有徑向和軸向之分。單作用馬達結構比較簡單，工藝性較好，造價較低。但存在輸出轉矩和轉速的脈動，低速穩(wěn)定性不如多作用液壓馬達。多作用馬達單位功率的質量較輕，若設計合理，可得無脈動輸出。但其制造工藝較復

9、雜，造價高于單作用馬達 。Part 3.3.3 液壓馬達的分類和結構2. 低速液壓馬達 第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達的分類和結構2. 低速液壓馬達 圖3-28 連桿型單作用徑向柱塞式液壓馬達原理圖1殼體 2柱塞 3連桿 4曲軸 5配油軸圖3-28所示為連桿型單作用徑向柱塞液壓馬達的結構原理圖。在殼體1內有五個沿徑向均勻分布的柱塞缸，柱塞2通過球鉸與連桿3相連接，連桿的另一端與曲軸4的偏心輪外圓接觸，配油軸5與曲軸用聯(lián)軸器相連 。壓力油經(jīng)配油軸進入馬達的進油腔后，通過殼體槽、進入相應的柱塞缸的頂部，作用在柱塞上的液壓作用力FN通過連桿作用于偏心輪中心O1，它的切向

10、分力Fr對曲軸旋轉中心O形成轉矩T，使曲軸逆時針方向旋轉。 由于三個柱塞缸位置不同，所以產(chǎn)生的轉矩大小也不同。曲軸輸出的總轉矩等于與進油腔相通的柱塞所產(chǎn)生的轉矩之和。此時柱塞缸、與排油腔相通，油液經(jīng)配油軸流回油箱。曲軸旋轉時帶動配油軸同步旋轉， 因此，配流狀態(tài)不斷發(fā)生變化，從而保證曲軸會連續(xù)旋轉。若進、排油口互換，則液壓馬達反轉，過程與以上相同這種液壓馬達的優(yōu)點是結構簡單，工作可靠，但其缺點是體積和質量較大，轉矩脈動較大，低速穩(wěn)定性較差 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達的分類和結構2. 低速液壓馬達 圖3-29 多作用內曲線徑向柱塞液壓馬達結構原理圖1缸體 2配油

11、軸 3柱塞 4橫梁5襯套 6滾輪 7定子圖3-29所示為多作用內曲線徑向柱塞液壓馬達的結構原理圖。馬達的配油軸2是固定的，其上有進油口和排油口。壓力油經(jīng)配油窗口穿過襯套5進入缸體1的柱塞孔中，并作用于柱塞3的底部，柱塞3與橫梁4之間無剛性連接，在液壓力的作用下，柱塞3的頂部球面與橫梁4的底部相接觸，從而使橫梁4兩端的滾輪6壓向定子7的內壁。定子內壁在與滾輪接觸處的反作用力N的周向分力F對缸體產(chǎn)生轉矩，使缸體及與其剛性連接的主軸轉動；而徑向分力P則與柱塞底部的液壓力相平衡。由于定子內壁由多段曲面構成，滾輪每經(jīng)過一段曲面，柱塞往復運動一次，故稱多作用式 。這種液壓馬達的優(yōu)點是輸出轉矩大，轉速低，平

12、穩(wěn)性好。其缺點是配油軸磨損后不能補償，使效率下降 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.4 擺動液壓馬達擺動液壓馬達是一種實現(xiàn)往復擺動的執(zhí)行元件。常用的有單葉片式和雙葉片式兩種結構 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-30a所示為單葉片式擺動液壓馬達，壓力油從進油口進入缸筒3，推動葉片1和軸一起作逆時針方向轉動，回油從缸筒的回油口排出。其擺動角度小于300，分隔片2用以隔開高低壓腔。圖3-30 擺動液壓馬達a）單葉片式 1葉片 2分隔片 3缸筒Part 3.3.4 擺動液壓馬達設進出油口壓力為p1、p2葉處寬度為b，葉片底端、頂端半徑為R1、R2，輸入流量為q，擺動液壓馬達機械效

13、率、容積效率分別為m、V。則輸出的轉矩T和角速度為： （3-30）（3-31）第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-30 擺動液壓馬達a）單葉片式 b）雙葉片式1葉片 2分隔片 3缸筒Part 3.3.4 擺動液壓馬達圖3-30b所示為雙葉片式擺動液壓馬達。它有兩個進、出油口，其擺動角度小于150。在相同的條件下，它的輸出轉矩是單葉片式的兩倍，角速度是單葉片式的一半 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.4 擺動液壓馬達三葉片式擺液壓馬達的三個葉片等分布置，它的輸出轉矩是單葉片式的三倍，機械效率與雙葉片式馬達相同但泄漏增大，容積效率降低，其擺動角度小于60 。如果在液壓缸的活塞桿上帶

14、有齒條，使之和一小齒輪相嚙合，則當活塞桿伸縮時便能使小齒輪作旋轉運動。這種結構的液壓缸也稱為擺動馬達，其擺角可以超過360。 第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.4 氣動馬達 氣動馬達是將壓縮空氣的能量轉換為旋轉或擺動運動的執(zhí)行元件 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.4.1 氣動馬達的分類 氣動馬達分類如表3-2所示 ：表3-2 氣動馬達的分類第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.4.2 葉片式氣動馬達 1. 工作原理 圖3-31所示為葉片式氣動馬達結構原理圖，其主要由轉子1、定子2、葉片3及殼體構成。壓縮空氣從輸入口A進入，作用在工作腔兩側的葉片上。由于轉子偏心安裝

15、，氣壓作用在兩側葉片上產(chǎn)生轉矩差，使轉子按逆時針方向旋轉。做功后的氣體從輸出口B排出。若改變壓縮空氣輸入方向，即可改變轉子的轉向。 圖3-31 葉片式氣動馬達 1轉子 2定子 3葉片 葉片式氣動馬達一般在中、小容量，高速旋轉的范圍使用，其輸出功率為0.120kW，轉速為50025000r/min。葉片式氣動馬達起動及低速時的特性不好，在轉速500r/min以下場合使用時，必須要用減速機構。葉片式氣動馬達主要用于礦山機械和氣動工具中。 第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-32 葉片式氣動馬達的基本特性曲線T-n轉矩曲線 p-n功率曲線 qV-n流量曲線Part 3.4.2 葉片式氣動馬達 2.

16、特性曲線 圖3-32所示為葉片式氣動馬達的基本特性曲線。該曲線表明，在一定的工作壓力下，氣動馬達的轉速及功率都隨外負載轉矩變化而變化 。由特性曲線可知，葉片式氣動馬達的特性較軟。當外負載轉矩為零（即空轉）時，此時轉速達最大值nmax，氣動馬達的輸出功率為零。當外負載轉矩等于氣動馬達最大轉矩Tmax時，氣動馬達停轉，轉速為零。此時輸出功率也為零。當外負載轉矩約等于氣動馬達最大轉矩的一半時，其轉速為最大轉速的一半，此時氣動馬達輸出功率達最大值。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動3. 工作特性與工作壓力的關系 Part 3.4.2 葉片式氣動馬達 氣動馬達的轉速、轉矩與工作壓力的關系可分別用下列式子表示 （3-32）（3-33）式中 n、T實際工作壓力下的轉速、轉矩； n0、T0設計工作壓力下的轉速、轉矩； p實際工作壓力； p0設計工作壓力 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.4.3 齒輪式氣動馬達 齒輪式氣動馬達有雙齒輪式和多齒輪式，以雙齒輪式應用最多