液压传动课件-第五章解读

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1、第五章 液压马达,辽宁工程技术大学,液压马达是将液体的压力能转换成旋转运动机械能的转换元件。 液压马达能起到与电动机相类似的作用，所不同的是，在液压系统中，它是靠输入的压力油产生转矩，实现连续旋转运动，驱动工作机构作功。 所以，液压马达在液压系统中，又属于液压执行元件。,第五章 液压马达,一、工作原理 1.齿轮式液压马达的工作原理,第一节 概述,C为两齿轮的啮合点，h为齿轮的全齿高， B是齿宽，啮合点距齿根距离为a、b。,一、工作原理 1.齿轮式液压马达的工作原理 当高压油进入马达的高压腔时，处于高压腔的所有齿轮都受到高压油的作用，其中相互啮合的两个齿轮的齿面只有一部分受到高压油的作用。两个齿

2、轮上产生的作用力 pB（h-a）和pB（h-b）。在这两个力的作用下齿轮产生了输出扭矩，油液被带到低压腔排出。,第一节 概述,2.叶片式液压马达的工作原理,3. 柱塞式液压马达工作原理,二、液压马达与液压泵比较 （1）相同点 从原理上讲，马达和泵是可逆的。 泵用电机带动，输出的是压力能（压力和流量） 马达输入压力油，输出的是机械能（转矩和转速）,马达和泵的工作原理均是利用密封工作容积的变化吸油和排油的。 泵工作容积增大时吸油，减小时排出高压油； 马达高压油进入马达的高压腔，减小时排出低压油。 从结构上看，马达和泵是相似的。,（2）泵和马达的不同点 泵是能源装置，马达是执行元件。 泵的吸油腔一般

3、为真空，通常进油口尺寸大于出油口尺寸，马达排油腔的压力稍高于大气压力，没有特殊要求，可以进、出油口尺寸相同。 泵的结构需保证自吸能力，而马达无此要求。 马达需要正反转（内部结构需对称），泵一般是单向旋转。,马达的轴承结构、润滑形式需保证在很宽的速度范围内使用，而泵的转速虽相对比较高，但变化小，故无此苛刻要求。 马达起动时需克服较大的静摩擦力，因此要求起动扭矩大，扭矩脉动小，内部摩擦小（如齿轮马达的齿数不能象齿轮泵那样少）。 泵希望容积效率高；马达希望机械效率高。,叶片泵的叶片倾斜安装， 叶片马达的叶片则径向安装 （考虑正反转）。 叶片马达的叶片依靠根部的扭转弹簧，使其压紧在定子表面上，而叶片泵

4、的叶片则依靠根部的压力油和离心力压紧在定子表面上。 液压马达的容积效率比泵低，通常泵的转速高。而马达输出较低的转速。,三、液压马达的基本参数 基本参数:压力、排量、流量、转矩、效率、转速和功率等。,p,Q,T,p,Q,T,三、液压马达的基本参数 (1) 压 力 入口压力(工作压力)，记为PM ； 出口压力(回油压力或称背压)，记为PM； 压力差，记为PM(PM - PM)。 压力的单位常用Pa(帕斯卡)。,(2) 排 量 液压马达的排量定义与泵相似，即在不考虑泄漏情况下，推动马达输出轴转一转所需的供油体积(马达进液腔或回液腔容积变化量)，记为qM。 它只取决于马达的结构原理和几何尺寸，而与载荷

5、工况无关。排量的常用单位为，m3/r或L/r。,(3) 流 量 液压马达的平均流量是指推动马达输出轴旋转作功，在单位时间内所需的供油体积，通常单位为m3/s，L/s，L/min, mL/min等。 液压马达的平均流量亦包括理论流量、泄漏流量和实际流量三种形式。,理论流量是指在没有泄漏情况下的平均流量，通常记为QMt。若液压马达转速nM 根据工作机构要求确定后，液压马达的理论流量为 泄漏流量是指在压力差作用下，经各缝隙中损失的流量，记为QM。它大体上与压力差成正比，即 式中 L 泄漏系数； pM马达压力差。,实际流量是指在考虑马达泄漏的实际工作情况下，所需实际输入的平均流量，记为QM。 液压马达

6、的理论流量、泄漏流量和实际流量三者间关系为 显然， QM QMt (这一点与泵是相反的)。,(4) 平均转矩 平均输出转矩包括理论转矩MMt 、摩擦损失转矩MM 和实际转矩MM。转矩的单位为Nm。 理论转矩是指在不考虑马达摩擦损失情况下的平均输出转矩。,摩擦损失转矩主要是指液压马达在工作中，因机械摩擦和剪切流动摩擦所消耗的转矩。 实际转矩是指在考虑马达摩擦损失实际工作情况下的平均输出转矩。,(5) 效 率 液压马达的效率是表征液压马达在能量转换过程中功率损耗的一个系数，可用M表示。液压马达也包括容积效率Mv和机械效率Mm 。 液压马达的容积效率是指理论流量与实际流量之比，即 式中 QMt马达理

7、论流量； QM马达实际流量； QM马达泄漏流量.,机械效率是实际转矩(或输出功率)与理论转矩(或理论功率)之比，即 式中 MM(NM)实际转矩(或输出功率)； MMt(NMt)理论转矩(或理论功率)。 液压马达的总效率等于容积效率与机械效率的乘积，即,(6) 转 速 液压马达的平均转速包括理论转速和实际转速。 理论转速是指在不考虑泄漏情况下，实际输入流量产生的转速，即 式中 QM实际流量； qM排量； nMt理论转速。,实际转速是在考虑泄漏情况下，理论流量产生的转速，即 式中 QM实际流量； Mv容积效率； nM实际转速。 由上式可见，只要改变马达的实际输入的流量，或者改变马达的排量，就可以改

8、变马达的输出转速，这就是对马达实现调速的理论根据。,马达的输入功率是指实际输入液体所具有的液压功率，即 式中 NMi马达输入功率； PM马达输入压力； QM马达实际输入流量； QMt马达理论流量； NMt马达理论功率； Mv马达容积效率。,(7) 功 率 液压马达的功率也包括输入功率和输出功率。,液压马达的输出功率是指实际输出转矩所对应的机械功率，即,四、液压马达的分类及特点 按结构形式不同可分为： 齿轮马达(包括外啮合渐开线齿轮马达和内啮合摆线齿轮马达等)； 叶片马达(包括单作用叶片马达和双作用叶片马达等)； 柱塞马达(包括轴向柱塞马达和径向柱塞马达两大类)。, 按工作速度范围不同可分为：高

9、速马达和低速马达两大类。 一般认为，额定转速超过500r/min，称为高速马达；额定转速低于500r/min ，称为低速马达。 高速马达主要包括齿轮马达、叶片马达和轴向柱塞马达。,高速马达优点：转动惯量较小，便于启动、换向和制动；轴向柱塞马达还可实现无级调速。 高速马达缺点是启动机械效率较低，低速稳定性较差。由于高速马达输出转矩较小，故又称高速小扭矩马达。 通常，高速马达与同类型液压泵相比，在结构上是基本相似的。,低速液压马达主要包括曲轴连杆马达、静力平衡马达、内曲线径向柱塞式马达，以及摆线马达等。 低速马达具有较好的低速稳定性，较高的启动机械效率。 因此，可以直接和工作机构相连接，从而大大简

10、化了机器的传动装置。,通常低速液压马达的输出转矩较大，可达几千牛米至几万牛米，所以又称低速大扭矩液压马达。这种马达被广泛应用在重载高压系统中。 这类液压马达的缺点是转动惯量大，制动较为困难。, 按作用次数不同可分为： 单作用和多作用两种液压马达。 若液压马达转子旋转一周，每个转子往复工作一次者，称为单作用液压马达。 转子旋转一周，每个转子往复工作两次以上者，则称为多作用液压马达。, 按液压马达排量是否可调可分为：定量液压马达和变量液压马达。 按机构运动学形式不同，液压马达可分为如下三大类： 以啮合原理工作的液压马达，如齿轮马达、摆线马达等； 以平面机构运动学工作的液压马达，如叶片马达、曲轴连杆

11、马达、静力平衡马达和内曲线径向柱塞马达； 以空间机构运动学工作的液压马达，如各种轴向柱塞马达(包括斜盘式和斜轴式)。,四、液压马达的主要性能指标 液压马达的工作性能指标是在设计液压系统时选择液压马达的重要依据，因为它涉及到能否满足所驱动的工作机械的使用要求。 评价液压马达性能的指标较多，除规定的额定压力、排量、转矩、转速及效率以外，液压马达的性能指标主要还有以下几方面。,(1) 启动性能 液压马达的启动性能如何主要用启动机械效率来描述。 液压马达的启动机械效率越高，表明液压马达的启动性能就越好。 (2) 制动性能 当液压马达停止运转时，输出轴在外负载转矩作用下，将马达原进液腔中的液体经各运动副

12、间缝隙慢慢挤出，并随之慢慢转动。输出轴的这种转动称为滑转。 通常用额定转矩作用下输出轴的滑转值来表征马达的制动性能。显然，液压马达的滑转值愈小，其制动性能就愈好。,(3) 工作平稳性 液压马达的瞬时输出转速和转矩的脉动性(不均匀)，会造成液压马达工作不平稳。这种不平稳，可能引起马达低速爬行现象、系统压力脉动及振动和噪声等不良后果。 (4) 最低稳定转速 液压马达在额定负载作用下，不出现爬行(抖动或时转时停)现象的最低转速，称为最低稳定转速。 液压马达的最低稳定转速愈低，表明可以工作的速度范围就愈大，性能就愈好。,一般说来，在相同输出功率下，液压马达的额定压力高、额定转速高、最低稳定转速低、回油

13、背压低、容积效率和总效率高、转速脉动小、启动机械效率高、滑转值低、承受冲击负荷能力强、寿命长以及单位功率的重量小；就认为这个液压马达的性能优良。 目前液压马达能够达到的主要性能指标可查阅有关的手册和资料。,五、液压马达的图形符号,第二节 高速液压马达,常见的高速液压马达有外啮合齿轮马达、叶片马达和轴向柱塞马达等。它们的结构与同类型液压泵基本相同，但由于马达工作时的一些特殊要求，同类型的马达与泵相比在具体结构上仍有一些差别。 下面主要介绍几种高速液压马达的工作原理、主要结构及其特点等。,一、外啮合齿轮式液压马达 1.工作原理,2. 结构特点 为保证齿轮马达正、反两个方向旋转时，工作性能不变，在结

14、构上是对称的(如进、出液口直径相等)。 由于齿轮马达回油一般具有背压，故内部的泄漏不能像齿轮泵那样直接引到低压腔去，而设置有单独的泄漏口 ，将马达的泄漏液体单独引回油箱。, 为了减小齿轮马达的启动摩擦损失转矩，以提高启动机械效率，一般都采用了滚针轴承。 为减小齿轮马达的转矩脉动系数，齿轮马达的齿数通常都稍多于同类型齿轮泵的齿数。,3.齿轮马达的优缺点 优点：齿轮马达具有结构简单，体积小，价格低，使用可靠等优点。 缺点：第一，启动机械效率低，通常只有0.70.8，也就是说启动转矩只是理论转矩的70%80%。 第二，低速稳定性差，由于齿轮马达流量脉动大、密封性差、容积效率低，因此它的低速稳定性差，

15、当转速在50100r/min以下时，就不稳定。,4.齿轮式液压马达的应用 由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高。,二、叶片式液压马达 1.工作原理,2.叶片式液压马达结构特点 （1）进出油口相等，有单独的泄油口；若将马达的进、出油口对换，则马达反向旋转。 （2）叶片径向放置，叶片底部设置有燕式弹簧； （3）转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。 应用：适用于转矩小、转速高、机械性能要求不严格的场合。,双 作 用 叶 片 式 液 压 马 达 的 典

16、型 结 构,双作用叶片马达的结构特点如下： 转子两侧面开有环形槽，其间放置燕式弹簧5。弹簧套在销子4上，并将叶片压向定子的内表面，防止起动时高、低压腔互相串通，保证马达有足够的起动扭矩输出。 为了保证马达正、反转变换进、出油口时，叶片底部总是通高压油，以保证叶片与定子紧密接触，用了一组特殊结构的单向阀（梭阀），单向阀由钢球2和阀座1、3组成。,叶片沿转子体径向布置，进、出油口大小相同，叶片顶部呈对称圆弧型，以适应正、反转要求。 叶片马达优点： 体积小，转动惯量小，因此动作灵敏。允许频繁换向（甚至可以在千分之几秒内换向）。 缺点：泄漏较大，不能在低转速下工作。 所以叶片式马达一般用于高转速、低扭矩以及动作要求灵敏的场合。,三、轴向柱塞马达 1.工作原理,2.结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的。 配流盘为对称结构。 应用 作变量马达，改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。 斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低