【導(dǎo)讀】輪式、葉片式、柱塞式液壓泵。③高速液壓馬達及低速大扭矩馬達。之間的性能差異及適用范圍，為日后正確選用奠定基礎(chǔ)。馬達的工作特點。3．簡介幾種泵和馬達的工作特點、優(yōu)缺點與應(yīng)用領(lǐng)域。1．泵馬達的基本原理及效率計算；3．分析馬達產(chǎn)生輸出扭矩的方法。和馬達的拆裝實驗，了解液壓泵和馬達的結(jié)構(gòu)及工作原理。齒輪馬達的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握柱塞泵及柱塞馬達基本結(jié)構(gòu)與工作原理，液壓泵由原動機驅(qū)。矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機構(gòu)做功，是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件。由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。壓力油，迫使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，就成為液壓馬達，即容積式泵都可作液壓馬達使用。壓力，超過此值就是過載。液體的體積，亦即在無泄漏的情況下，其軸轉(zhuǎn)動一周時油液體積的有效變化量。機械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。率都等于各自容積效率和機械效率的乘積。

　　

【正文】 低速大扭矩液壓馬達廣泛用于起重、運輸、建筑、礦山和船舶等機械上。 低速大扭矩液壓 馬達的基本形式有三種：它們分別是曲柄連桿馬達，靜力平衡馬達和多作用內(nèi)曲線馬達。下面分別予以介紹。 曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達 圖 曲柄連桿式液壓馬達的工作原理 曲柄連桿式低速大扭矩液壓馬達應(yīng)用較早，國外稱為斯達發(fā)（ Staffa）液壓馬達。 我國的同類型號為 JMZ 型，其額定壓力 16MPa，最高壓力 21MPa，理論排量最大可達 。圖 是曲柄連桿式液壓馬達的工作原理 ,馬達由殼體、曲柄 連桿 活塞組件、偏心軸及配油軸組成，殼體 1 內(nèi)沿圓周呈放射狀均勻布置了五只缸體，形 成星形殼體；缸體內(nèi)裝有活塞 2，活塞 2 與連桿 3 通過球絞連接，連桿大端做成鞍型圓柱瓦面緊貼在曲軸 4 的偏心圓上，其圓心為 o? ，它與曲軸旋轉(zhuǎn)中心 o 的偏心矩 eoo ?? ，液壓馬達的配流軸 5 與曲軸通過十字鍵連結(jié)在一起，隨曲軸一起轉(zhuǎn)動， 馬達的壓力油經(jīng)過配流軸通道，由配流軸分配到對應(yīng)的活塞油缸，在圖中，油缸的四、五腔通壓力油，活塞受到壓力油的作用；在其余的活塞油缸中，油缸一處過度狀態(tài)，與排油窗口接通的是油缸二、三；根據(jù)曲柄連桿機構(gòu)運動原理，受油壓作用的柱塞就通過連趕對偏心圓中心 o? 作用一個力 N，推動曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心 o 轉(zhuǎn)動，對外輸出轉(zhuǎn)速和 扭矩，如果進、排油口對換，液壓馬達也就反向旋轉(zhuǎn)。隨著驅(qū)動軸、配流軸轉(zhuǎn)動，配流狀態(tài)交替變化。在曲軸旋轉(zhuǎn)過程中，位于高壓側(cè)的油缸容積逐漸增大，而位于低壓側(cè)的油缸的容積逐漸縮小，因此，在工作時高壓油不斷進入液壓馬達，然后由低壓腔不斷排出。 總之，由于配流軸過渡密封間隔的方位和曲軸的偏心方向一致，并且同時旋轉(zhuǎn)，所以配流軸頸的進油窗口始終對著偏心線 o? 的一邊的二只或三只油缸，吸油窗對著偏心線 o? 另一邊的其余油缸，總的輸出扭矩是所有柱塞對曲軸中心所產(chǎn)生的扭矩的疊加，該扭矩使得旋轉(zhuǎn)運動得以持續(xù)下去。 以上討論的是殼體固定，軸 旋轉(zhuǎn)的情況，如果將軸固定，進、排油直接通到配流軸中，就能達到外殼旋轉(zhuǎn)的目的，構(gòu)成了所謂的車輪馬達。 靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達 靜力平衡式低速大扭矩馬達也叫無連桿馬達，是從曲柄連桿式液壓馬達改進、發(fā)展而來的，它的主要特點是取消了連桿，并且在主要摩擦副之間實現(xiàn)了油壓靜力平衡，所以改善了工作性能。國外把這類馬達稱為羅斯通（ Roston）馬達，國內(nèi)也有不少產(chǎn)品，并已經(jīng)在船舶機械、挖掘機以及石油鉆探機械上使用。 這種液壓馬達的工作原理用圖 來說明，液壓馬達的偏心軸與曲軸的形式相類似，既是輸出 軸，又是配流軸，五星輪 3 套在偏心軸的凸輪上，在它的五個平面中各嵌裝一個壓力環(huán) 4，壓力環(huán)的上平面與空心柱塞 2 的底面接觸，柱塞中間裝有彈簧以防止液壓馬達啟動或空載運轉(zhuǎn)時柱塞底面與壓力環(huán)脫開，高壓油經(jīng)配流軸中心孔道通到曲軸的偏心配流部分，然后經(jīng)五星輪中的徑向孔，壓力環(huán)，柱塞低部的貫通孔而進入油缸的工作腔內(nèi)，在圖示位置時，配流軸上方的三個油缸通高壓油，下方的兩個油缸通低壓回油。 圖 靜力平衡式低速大扭矩馬達 在這種結(jié)構(gòu)中，五星輪取代了曲柄連桿式液壓馬達中的連桿，壓力油經(jīng)過配流軸和五星輪再到空心柱塞中去 ，液壓馬達的柱塞 與壓力環(huán)，五星輪與曲軸之間可以大致做到靜壓平衡，在工作過程中，這些零件又要起密封和傳力作用。由于是通過油壓直接作用于偏心軸而產(chǎn)生輸出扭矩，因此，稱作為靜力平衡液壓馬達。事實上，只有當(dāng)五星輪上液壓力達到完全平衡，使得五星輪處于 “懸浮 ”狀態(tài)時，液壓馬達的扭矩才是完全由液壓力直接產(chǎn)生的，否則、五星輪與配流之間仍然有機械接觸的作用力及相應(yīng)的摩擦力矩存在。 多作用內(nèi)曲線馬達 多作用內(nèi)曲線液壓馬達的結(jié)構(gòu)形式很多，就使用方式而言，有軸轉(zhuǎn)、殼轉(zhuǎn)與直接裝在車輪的輪轂中的車輪式液壓馬達等型式。 而從內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來看，根據(jù)不同的傳力方式、柱塞部件的結(jié)構(gòu)可有多種型式，但是，液壓馬達的主要工作過程是相同的。現(xiàn)以圖 為例來說明其基本工作原理。 圖 多作用內(nèi)曲線液壓馬達的結(jié)構(gòu)原理 液壓馬達由定子 也稱凸輪環(huán)、轉(zhuǎn)子 配流軸 4 與柱塞組 3 等主要部件組成，定子 1 的內(nèi)壁有若干段均布的、形狀完全相同的曲面組成，每一相同形狀的曲面又可分為對稱的兩邊，其中允許柱塞副向外伸的一邊稱為進油工作段，與它對稱的另一邊稱為排油工作段，每個柱塞在液壓馬達每轉(zhuǎn)中往復(fù)的次數(shù)就等于定子曲面數(shù) x ，我們將 x 稱為該液壓馬 達的作用次數(shù)；在轉(zhuǎn)子的徑向有 z 個均勻分布的柱塞缸孔，每個缸孔的底部都有一配流窗口，并與它的中心配流軸 4 相配合的配流孔相通。配流軸 4 中間有進油和回油的孔道，它的配流窗口的位置與導(dǎo)軌曲面的進油工作段和回油工作段的位置相對應(yīng)，所以在配流軸圓周上有 2x 個均布配流窗口。柱塞組 3，以很小的間隙置于轉(zhuǎn)子 2 的柱塞缸孔中。作用在柱塞上的液壓力經(jīng)滾輪傳遞到定子的曲面上。 來自液壓泵的高壓油首先進入配流軸，經(jīng)配流軸窗口進入處于工作段的各柱塞缸孔中，使相應(yīng)的柱塞組的滾輪頂在定子曲面上，在接觸處，定子曲面給柱塞組一反力 N，這反力 N 作 用在定子曲面與滾輪接觸處的公法面上，此法向反力 N可分解為徑向力 RF 和圓周力 aF ， RF 與柱塞底面的液壓力以及柱塞組的離心力等相平衡，而 aF 所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩則克服負載力矩使轉(zhuǎn)子 2 旋轉(zhuǎn)。柱塞所作的運動為復(fù)合運動，即隨轉(zhuǎn)子 2 旋轉(zhuǎn)的同時并在轉(zhuǎn)子的柱塞缸孔內(nèi)作往復(fù)運動，定子和配流軸是不轉(zhuǎn)的。而對應(yīng)于定子曲面回油區(qū)段的柱塞作相反方向運動，通過配流軸回油，當(dāng)柱塞組 3 經(jīng)定子曲面工作段過渡到回油段的瞬間，供油和回油通道被閉死。 若將液壓馬達的進出油方向?qū)φ{(diào)，液壓馬達將反轉(zhuǎn)；若將驅(qū)動軸固定，則定子、配流軸和殼體將旋轉(zhuǎn)，通常稱為殼轉(zhuǎn)工況， 變?yōu)檐囕嗰R達。 除了上述幾種典型低速大扭矩馬達外，尚有擺線馬達等介乎于高速馬達和低速馬達中間的液壓馬達。此處不再贅述。 返回本章目錄 液壓泵及液壓馬達的工作特點 液壓泵的工作特點 ； （ 1）液壓泵的吸油腔壓力過低將會產(chǎn)生吸油不足，異常噪聲，甚至無法工作。因此，除了在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計上盡可能減小吸油管路的液阻外，為了保證泵的正常運行，應(yīng)該使泵的安裝高度不超過允許 值；避免吸油濾油器及管路形成過大的壓降；限制泵的使用轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)。 （ 2）液壓泵的工作壓力取決于外負載，若負載為零，則泵的工作壓力為零。隨著排油量的增加，泵的工作壓力根據(jù)負載大小自動增加，泵的最高工作壓力主要受結(jié)構(gòu)強度和使用壽命的限制。為了防止壓力過高而使泵、系統(tǒng)受到損害，液壓泵的出口常常要采取限壓措施。 （ 3）變量泵可以通過調(diào)節(jié)排量來改變流量，定量泵只有用改變轉(zhuǎn)速的辦法來調(diào)節(jié)流量，但是轉(zhuǎn)速的增大受到吸油性能、泵的使用壽命、效率等的限制。例如，工作轉(zhuǎn)速低時，雖然對壽命有利，但是會使容積效率降低，并且對 于需要利用離心力來工作的葉片泵來說，轉(zhuǎn)速過低會無法保證正常工作。 （ 4）液壓泵的流量具有某種程度的脈動性質(zhì)，其脈動情況取決于泵的型式及結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。為了減小脈動的影響，除了從造型上考慮外，必要時可在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器或液壓濾波器。 （ 5）液壓泵靠工作腔的容積變化來吸、排油，如果工作腔處在吸、排油之間的過渡密封區(qū)時存在容積變化，就會產(chǎn)生壓力急劇升高或降低的 “困油現(xiàn)象 ”，從而影響容積效率，產(chǎn)生壓力脈動、噪聲及工作構(gòu)件上的附加動載荷，這是液壓泵設(shè)計中需要注意的一個共性問題。 液壓馬達的工作特點 （ 1）在 一般工作條件下，液壓馬達的進、出口壓力都高于大氣壓，因此不存在液壓泵那樣的吸入性能問題，但是，如果液壓馬達可能在泵工況下工作，它的進油口應(yīng)有最低壓力限制，以免產(chǎn)生汽蝕。 （ 2）馬達有應(yīng)能正、反運轉(zhuǎn)，因此，就要求液壓馬達在設(shè)計時具有結(jié)構(gòu)上的對稱性。 （ 3）液壓馬達的實際工作壓差取決于負載力矩的大小，當(dāng)被驅(qū)動負載的轉(zhuǎn)動慣量大、轉(zhuǎn)速高，并要求急速制動或反轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生較高的液壓沖擊，為此，應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)置必要的安全閥、緩沖閥。 （ 4）由于內(nèi)部泄漏不可避免，因此將馬達的排油口關(guān)閉而進行制動時，仍會有緩慣的滑轉(zhuǎn)，所以，需 要長時間精確制動時，應(yīng)另行設(shè)置防止滑轉(zhuǎn)的制動器， （ 5）某些型式的液壓馬達必須在回油口具有足夠的背壓才能保證正常工作，并且轉(zhuǎn)速越高所需背壓也越大，背壓的增高意味著油源的壓力利用率低，系統(tǒng)的損失大。 返回本章目錄 小 結(jié) 液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力源。構(gòu)成液壓泵基本條件是：具有可變的密封容積，協(xié)調(diào)的配油機構(gòu)，及高、低壓腔相互隔離的結(jié)構(gòu)。液壓泵和液壓馬達的主要性能參數(shù) 有：排量、流量、壓力、功率和效率；排量為幾何參數(shù)，而流量則為排量和轉(zhuǎn)速的乘積；實際工作壓力取決于外負載；液壓功率為泵的輸出流量和工作壓力之乘積；容積效率和機械效率分別反映了液壓泵和馬達的容積損失和機械損失。液壓泵和液壓馬達根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，主要分為齒輪式、葉片式、柱塞式三大類，要掌握各類泵、馬達的工作原理、排量與流量的計算方法，了解其結(jié)構(gòu)特點。柱塞泵是目前性能比較完善、壓力和效率最高的液壓泵；高性能葉片泵的以脈動小，噪音低而見長；齒輪泵最大的特點是抗污染，可用于環(huán)境比較惡劣的工作條件下。液壓馬達是液壓系統(tǒng) 中的重要的執(zhí)行元件之一， 從原理上講，液壓馬達是液壓泵的逆工況。要注意了解低速大扭矩馬達（曲柄連桿馬達、靜力平衡馬達、多作用內(nèi)曲線馬達）的結(jié)構(gòu)特點與應(yīng)用場合。 返回本章目錄 習(xí)題 要提高齒輪泵的壓力須解決那些關(guān)鍵問題？通常都采用哪些措施？ 葉片泵能否實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)？請說出理由并進行分析。 簡述齒輪泵、液片泵、柱塞泵的優(yōu)缺點及應(yīng)用場 合。 齒輪泵的模數(shù) m=4mm，齒數(shù) z=9，齒寬 B=18mm，在額定壓力下，轉(zhuǎn)速n=2021r/min 時，泵的實際輸出流量 Q=30L/min，求泵的容積效率。 YB63 型葉片泵的最高壓力 MPaP ? ，葉片寬度 B=24mm，葉片厚度 ?=，葉片數(shù) Z=12，葉片傾角 ?=13?，定子曲線長徑 R=49mm，短徑r=43mm，泵的容積效率 ?v? ，機械效率 ?m? ，泵軸轉(zhuǎn)速 n=960r/min，試求：（ 1）葉片泵的實際流量是多少？（ 2）葉片泵的輸出功率是多少？ 斜盤式軸向柱塞泵的斜盤 傾角 ?=20?，柱塞直徑 d=22mm，柱塞分布圓直徑 D=68mm，柱塞數(shù) Z=7，機械效率 ?m? ，容積效率 ?v? ，泵轉(zhuǎn)速n=1450r/min，泵輸出壓力 p=28MPa，試計算：（ 1）平均理論流量；（ 2）實際輸出的平均流量；（ 3）泵的輸入功率。