【導(dǎo)讀】輪式、葉片式、柱塞式液壓泵。③高速液壓馬達(dá)及低速大扭矩馬達(dá)。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(dá)的工作特點(diǎn)。3．簡(jiǎn)介幾種泵和馬達(dá)的工作特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域。1．泵馬達(dá)的基本原理及效率計(jì)算；3．分析馬達(dá)產(chǎn)生輸出扭矩的方法。和馬達(dá)的拆裝實(shí)驗(yàn)，了解液壓泵和馬達(dá)的結(jié)構(gòu)及工作原理。齒輪馬達(dá)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握柱塞泵及柱塞馬達(dá)基本結(jié)構(gòu)與工作原理，液壓泵由原動(dòng)機(jī)驅(qū)。矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)做功，是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件。由此可見(jiàn)，泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的。壓力油，迫使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，就成為液壓馬達(dá)，即容積式泵都可作液壓馬達(dá)使用。壓力，超過(guò)此值就是過(guò)載。液體的體積，亦即在無(wú)泄漏的情況下，其軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)油液體積的有效變化量。機(jī)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(jī)械效率的乘積。

　　

【正文】 低速大扭矩液壓馬達(dá)廣泛用于起重、運(yùn)輸、建筑、礦山和船舶等機(jī)械上。 低速大扭矩液壓 馬達(dá)的基本形式有三種：它們分別是曲柄連桿馬達(dá)，靜力平衡馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線馬達(dá)。下面分別予以介紹。 曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá) 圖 曲柄連桿式液壓馬達(dá)的工作原理 曲柄連桿式低速大扭矩液壓馬達(dá)應(yīng)用較早，國(guó)外稱(chēng)為斯達(dá)發(fā)（ Staffa）液壓馬達(dá)。 我國(guó)的同類(lèi)型號(hào)為 JMZ 型，其額定壓力 16MPa，最高壓力 21MPa，理論排量最大可達(dá) 。圖 是曲柄連桿式液壓馬達(dá)的工作原理 ,馬達(dá)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(guò)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(dá)的配流軸 5 與曲軸通過(guò)十字鍵連結(jié)在一起，隨曲軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 馬達(dá)的壓力油經(jīng)過(guò)配流軸通道，由配流軸分配到對(duì)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(guò)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理，受油壓作用的柱塞就通過(guò)連趕對(duì)偏心圓中心 o? 作用一個(gè)力 N，推動(dòng)曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心 o 轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外輸出轉(zhuǎn)速和 扭矩，如果進(jìn)、排油口對(duì)換，液壓馬達(dá)也就反向旋轉(zhuǎn)。隨著驅(qū)動(dòng)軸、配流軸轉(zhuǎn)動(dòng)，配流狀態(tài)交替變化。在曲軸旋轉(zhuǎn)過(guò)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(shí)高壓油不斷進(jìn)入液壓馬達(dá)，然后由低壓腔不斷排出。 總之，由于配流軸過(guò)渡密封間隔的方位和曲軸的偏心方向一致，并且同時(shí)旋轉(zhuǎn)，所以配流軸頸的進(jìn)油窗口始終對(duì)著偏心線 o? 的一邊的二只或三只油缸，吸油窗對(duì)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(duì)曲軸中心所產(chǎn)生的扭矩的疊加，該扭矩使得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(jìn)、排油直接通到配流軸中，就能達(dá)到外殼旋轉(zhuǎn)的目的，構(gòu)成了所謂的車(chē)輪馬達(dá)。 靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá) 靜力平衡式低速大扭矩馬達(dá)也叫無(wú)連桿馬達(dá)，是從曲柄連桿式液壓馬達(dá)改進(jìn)、發(fā)展而來(lái)的，它的主要特點(diǎn)是取消了連桿，并且在主要摩擦副之間實(shí)現(xiàn)了油壓靜力平衡，所以改善了工作性能。國(guó)外把這類(lèi)馬達(dá)稱(chēng)為羅斯通（ Roston）馬達(dá)，國(guó)內(nèi)也有不少產(chǎn)品，并已經(jīng)在船舶機(jī)械、挖掘機(jī)以及石油鉆探機(jī)械上使用。 這種液壓馬達(dá)的工作原理用圖 來(lái)說(shuō)明，液壓馬達(dá)的偏心軸與曲軸的形式相類(lèi)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(gè)平面中各嵌裝一個(gè)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(dá)啟動(dòng)或空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)柱塞底面與壓力環(huán)脫開(kāi)，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(jìn)入油缸的工作腔內(nèi)，在圖示位置時(shí)，配流軸上方的三個(gè)油缸通高壓油，下方的兩個(gè)油缸通低壓回油。 圖 靜力平衡式低速大扭矩馬達(dá) 在這種結(jié)構(gòu)中，五星輪取代了曲柄連桿式液壓馬達(dá)中的連桿，壓力油經(jīng)過(guò)配流軸和五星輪再到空心柱塞中去 ，液壓馬達(dá)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(guò)程中，這些零件又要起密封和傳力作用。由于是通過(guò)油壓直接作用于偏心軸而產(chǎn)生輸出扭矩，因此，稱(chēng)作為靜力平衡液壓馬達(dá)。事實(shí)上，只有當(dāng)五星輪上液壓力達(dá)到完全平衡，使得五星輪處于 “懸浮 ”狀態(tài)時(shí)，液壓馬達(dá)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(jī)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(dá) 多作用內(nèi)曲線液壓馬達(dá)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(chē)輪的輪轂中的車(chē)輪式液壓馬達(dá)等型式。 而從內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來(lái)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(dá)的主要工作過(guò)程是相同的。現(xiàn)以圖 為例來(lái)說(shuō)明其基本工作原理。 圖 多作用內(nèi)曲線液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)原理 液壓馬達(dá)由定子 也稱(chēng)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(duì)稱(chēng)的兩邊，其中允許柱塞副向外伸的一邊稱(chēng)為進(jìn)油工作段，與它對(duì)稱(chēng)的另一邊稱(chēng)為排油工作段，每個(gè)柱塞在液壓馬達(dá)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(chēng)為該液壓馬 達(dá)的作用次數(shù)；在轉(zhuǎn)子的徑向有 z 個(gè)均勻分布的柱塞缸孔，每個(gè)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(jìn)油和回油的孔道，它的配流窗口的位置與導(dǎo)軌曲面的進(jìn)油工作段和回油工作段的位置相對(duì)應(yīng)，所以在配流軸圓周上有 2x 個(gè)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(lái)自液壓泵的高壓油首先進(jìn)入配流軸，經(jīng)配流軸窗口進(jìn)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(dòng)力矩則克服負(fù)載力矩使轉(zhuǎn)子 2 旋轉(zhuǎn)。柱塞所作的運(yùn)動(dòng)為復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即隨轉(zhuǎn)子 2 旋轉(zhuǎn)的同時(shí)并在轉(zhuǎn)子的柱塞缸孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，定子和配流軸是不轉(zhuǎn)的。而對(duì)應(yīng)于定子曲面回油區(qū)段的柱塞作相反方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)配流軸回油，當(dāng)柱塞組 3 經(jīng)定子曲面工作段過(guò)渡到回油段的瞬間，供油和回油通道被閉死。 若將液壓馬達(dá)的進(jìn)出油方向?qū)φ{(diào)，液壓馬達(dá)將反轉(zhuǎn)；若將驅(qū)動(dòng)軸固定，則定子、配流軸和殼體將旋轉(zhuǎn)，通常稱(chēng)為殼轉(zhuǎn)工況， 變?yōu)檐?chē)輪馬達(dá)。 除了上述幾種典型低速大扭矩馬達(dá)外，尚有擺線馬達(dá)等介乎于高速馬達(dá)和低速馬達(dá)中間的液壓馬達(dá)。此處不再贅述。 返回本章目錄 液壓泵及液壓馬達(dá)的工作特點(diǎn) 液壓泵的工作特點(diǎn) ； （ 1）液壓泵的吸油腔壓力過(guò)低將會(huì)產(chǎn)生吸油不足，異常噪聲，甚至無(wú)法工作。因此，除了在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡可能減小吸油管路的液阻外，為了保證泵的正常運(yùn)行，應(yīng)該使泵的安裝高度不超過(guò)允許 值；避免吸油濾油器及管路形成過(guò)大的壓降；限制泵的使用轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速以?xún)?nèi)。 （ 2）液壓泵的工作壓力取決于外負(fù)載，若負(fù)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(fù)載大小自動(dòng)增加，泵的最高工作壓力主要受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命的限制。為了防止壓力過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)排量來(lái)改變流量，定量泵只有用改變轉(zhuǎn)速的辦法來(lái)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(shí)，雖然對(duì)壽命有利，但是會(huì)使容積效率降低，并且對(duì) 于需要利用離心力來(lái)工作的葉片泵來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速過(guò)低會(huì)無(wú)法保證正常工作。 （ 4）液壓泵的流量具有某種程度的脈動(dòng)性質(zhì)，其脈動(dòng)情況取決于泵的型式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。為了減小脈動(dòng)的影響，除了從造型上考慮外，必要時(shí)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(lái)吸、排油，如果工作腔處在吸、排油之間的過(guò)渡密封區(qū)時(shí)存在容積變化，就會(huì)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(dòng)、噪聲及工作構(gòu)件上的附加動(dòng)載荷，這是液壓泵設(shè)計(jì)中需要注意的一個(gè)共性問(wèn)題。 液壓馬達(dá)的工作特點(diǎn) （ 1）在 一般工作條件下，液壓馬達(dá)的進(jìn)、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(wèn)題，但是，如果液壓馬達(dá)可能在泵工況下工作，它的進(jìn)油口應(yīng)有最低壓力限制，以免產(chǎn)生汽蝕。 （ 2）馬達(dá)有應(yīng)能正、反運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，就要求液壓馬達(dá)在設(shè)計(jì)時(shí)具有結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱(chēng)性。 （ 3）液壓馬達(dá)的實(shí)際工作壓差取決于負(fù)載力矩的大小，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、轉(zhuǎn)速高，并要求急速制動(dòng)或反轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)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(dá)的排油口關(guān)閉而進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，仍會(huì)有緩慣的滑轉(zhuǎn)，所以，需 要長(zhǎng)時(shí)間精確制動(dòng)時(shí)，應(yīng)另行設(shè)置防止滑轉(zhuǎn)的制動(dòng)器， （ 5）某些型式的液壓馬達(dá)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(dòng)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(jī)構(gòu)，及高、低壓腔相互隔離的結(jié)構(gòu)。液壓泵和液壓馬達(dá)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(shí)際工作壓力取決于外負(fù)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(jī)械效率分別反映了液壓泵和馬達(dá)的容積損失和機(jī)械損失。液壓泵和液壓馬達(dá)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(lèi)，要掌握各類(lèi)泵、馬達(dá)的工作原理、排量與流量的計(jì)算方法，了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。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(dòng)小，噪音低而見(jiàn)長(zhǎng)；齒輪泵最大的特點(diǎn)是抗污染，可用于環(huán)境比較惡劣的工作條件下。液壓馬達(dá)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(dá)是液壓泵的逆工況。要注意了解低速大扭矩馬達(dá)（曲柄連桿馬達(dá)、靜力平衡馬達(dá)、多作用內(nèi)曲線馬達(dá)）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)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(wèn)題？通常都采用哪些措施？ 葉片泵能否實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)？請(qǐng)說(shuō)出理由并進(jìn)行分析。 簡(jiǎn)述齒輪泵、液片泵、柱塞泵的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng) 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(shí)，泵的實(shí)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(zhǎng)徑 R=49mm，短徑r=43mm，泵的容積效率 ?v? ，機(jī)械效率 ?m? ，泵軸轉(zhuǎn)速 n=960r/min，試求：（ 1）葉片泵的實(shí)際流量是多少？（ 2）葉片泵的輸出功率是多少？ 斜盤(pán)式軸向柱塞泵的斜盤(pán) 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(jī)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(jì)算：（ 1）平均理論流量；（ 2）實(shí)際輸出的平均流量；（ 3）泵的輸入功率。