液压与气压传动：第4章 液压执行元件-1液压马达

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1、地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室液压缸液压泵节流阀换向阀油箱磨床工作台 987652134 磨床工作时，要求其工作台水平往复运动。 液压传动的基本组成：地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室第四章第四章 液压执行元件液压执行元件4.1液压马达;4.2液压缸；地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室4.1 液压马达1.1 液压马达特点1.2 液压马达基本参数1.3 三种液压马达工作原理1.4 液压马达基本性能1.5 液压马达的选用地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 液压泵和液压马达都是液压传动系统中的

2、能量转换元件。 液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源。 液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以扭矩和转 速的形式输送到执行机构做功，是液压传动系统的执行元件之一。液压输出J液压马达液压泵机械输入液压输入机械输出1.1 液压马达特点地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室液压输出J液压马达液压泵机械输入液压输入机械输出 液压马达是实现连续旋转运动的执行元件，从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作液压马达使用。 但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同，一

3、般情况下，液压泵和液压马达不能互换。地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室液压泵与马达比较泵的输入参量 转矩 T 角速度 泵的符号泵的符号T 泵p Q 输出参量输出参量 流量 Q 压力 p 1.1 液压马达特点p Q 马达的输入参量马达的输入参量 流量 Q 压力 p输出参量输出参量 转矩 T 角速度 马达地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室容积式泵、马达的工作原理BACO 泵吸入泵排出1.1 液压马达特点地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室液压泵和液压马达工作的必需条件： （1）必须有一个能作周期性变化的封闭容积； （2）必

4、须有配流动作，即 封闭容积加大时吸入低压油 封闭容积减小时排出高压油 封闭容积加大时充入高压油 封闭容积减小时排出低压油 （3）高低压油不得连通。液压马达液压泵地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 工作压力 马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力，马达入口压力和出口压力的差值称为马达的工作压差。 流量和排量 马达入口处的流量称为马达的实际流量。马达密封腔容积变化所需要的流量称为马达的理论流量。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。 马达轴每转一周，由其密封容腔有效体积变化而排出的液体体积称为马达的排量。 1.2 液压马达基本参数地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深

5、钻探技术国家专业实验室 理论流量 ：无内外泄漏时，单位时间内泵（马达）排出（吸入）液体的体积。泵、马达的流量为其转速与排量的乘积，即 。 额定流量 ：在额定转速和额定压力下泵输出（马达输入）的流量，也是按试验标准规定必须保证的流量。由于泵和马达存在内泄漏，油液具有压缩性，所以额定流量和理论流量是不同的。 功率和效率：液压泵由原动机驱动，输入量是转矩 和角速度 ，输出量是液体的压力 和流量 ；如果不考虑液压泵、马达在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是： 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 液压泵、马达的压力和理论流量。 式中： 液压泵、

6、马达的理论转矩(N.m)和转速(r/min)。 实际上，液压泵和液压马达在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。 功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分： 容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。 机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 容积效率和转速 因马达实际存在泄漏，由实际流量Q计算转速n时，应考虑马达的容积效率 。当液压马达的泄漏流量为 ，马达的实际流量为 ，则液压马达的容积效率为： 马达的输出转速等于理论流量 与排量 的比值，即 机械效率 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国

7、家专业实验室 功率和总效率 马达的输入功率为 马达的输出功率为 马达的总效率为 由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效率，等于机械效率与容积效率的乘积。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 输出转矩 马达的输入功率为 马达的输出功率为 如果不计损失，则马达的转矩为： 由上式可见，知道液压马达的排量和压差就可以计算马达的理论输出转矩的大小，也可以计算给定负载转矩条件下马达的工作压力的大小。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室液压马达参数压力工作压力额定压力最高允许压力流量理论流量实际流量额定流量转速额定转速最高转速最低转速排量功率效率机

8、械损失容积损失输出转矩地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 液压马达和液压泵在结构上基本相同，也是靠密封容积的变化进行工作的。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。 1.3 三种液压马达工作原理 一般来说，额定转速高于500r/min的马达属于高速马达，它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。通常高速马达的输出转矩不大，最低稳定转速较高，只能满足高速小扭矩工况。 最低转速低，大约在5-10r/min；输出扭矩大，可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。它可以直接与工作机构直接联接，不需要减速装置，使传动结

9、构大为简化。应用较多的是径向内曲线马达。 高速马达 齿轮式叶片式轴向柱塞式螺杆式低速马达 径向柱塞式地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 叶片1、3、5、7上既有高压油也有低压油，产生不平衡力矩；(1)叶片马达图 叶片马达工作原理 叶片2、6上两面同时受压力油作用，受力平衡，不产生力矩力矩； 为保证叶片与定子紧密接触，叶片根部应设置预紧弹簧。地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 叶片马达也属于高速马达，具有体积小，转动惯量小、动作灵敏，可以适用换向频率比较高的场合，但泄露量较大，低速工作时，不稳定。(1)叶片马达地质超深钻探技术国家专业实验室地质

10、超深钻探技术国家专业实验室 当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分力使缸体产生转矩。 (2)轴向柱塞马达地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力为： 使缸体3产生转矩的垂直分力为： p g g ptg d tg F F t 2 4 = = 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室单个柱塞产生力矩动画地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室武汉科技大学武汉科技大学流体传动及控制研究所流体传动及控

11、制研究所 单个柱塞产生的瞬时转矩为： 液压马达总的输出转矩： R 柱塞在缸体的分布圆半径； d 柱塞直径； N 压力腔半圆内的柱塞数 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室 可以看出，液压马达总的输出转矩等于处在马达压力腔半圆内各柱塞瞬时转矩的总和。 由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的，通常只计算马达的平均转矩。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室缸体 压油口配油轴 定子柱塞 回油口 液压马达由定子1、转子2、配流轴4与柱塞组3等主要部件组成，定子1的内壁有若干段均布的、形状完全相同

12、的曲面组成。 每一相同形 状的曲面又可分 为对称的两边， 其中允许柱塞副 向外伸的一边称 为进油工作段， 与它对称的另一 边称为排油工作 段。(3)内曲线径向柱塞马达地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室缸体 压油口配油轴 定子柱塞 回油口上死点上死点上死点上死点下死点下死点下死点下死点地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室每个柱塞在液压马达每转中往复的次数等于定子曲面数X ，称 X 为该液压马达的作用次数。 Z 个柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配流窗口，并与它的中心配流轴4相配合的配流孔相通。缸体 压油口配油轴 定子柱塞 回油口配流轴4中间有进油和

13、回油的孔道，它的配流窗口的位置与导轨曲面的进油工作段和回油工 作段的位置相对应，所以在配流轴圆周上有2X个均布配流窗口。 地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室径向柱塞马达的工作原理动画地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室1）液压马达排量与转矩的关系：1.4 液压马达基本性能液压泵输入的压力能全部转化为液压马达的输出功率,则有：2）液压马达的机械效率和起动效率：液压马达内部不可避免地存在摩擦，实际输出的转矩总比理论转矩小， 液压马达起动过程中的输出转矩比运转中要小，给马达的带载起动带来了困难，液压马达起动性能用起动机械效率表示：T0:液压马达的起动

14、转矩3）液压马达的转速和低速稳定性：液压马达在低速情况下难以保证速度的均匀性，“爬行”。4）液压马达的调速范围：地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室马达应能正、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。 当液压马达的惯性负载大、转速高，并要求急速制动或反转时，会产生较高的液压冲击，应在系统中设置必要的安全阀或缓冲阀。 由于内部泄漏不可避免，因此将马达的排油口关闭而进行制动时，仍会有缓惯的滑转，所以，需要长时间精确制动时，应另行设置防止滑转的制动器。 某些型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。1.4 液压马达基本性能地质超深钻探技术国家专业实验室地质超深钻探技术国家专业实验室1.5 液压马达的选用