液压马达

液压马达 分类 结构形式 特点 具有体积小、重量轻、结构简单、工高齿轮马达 艺性好，对油液的污染不敏感、耐冲速击和惯性小等优点。缺点有扭矩脉动马较大、效率较低、起动扭矩较小（仅 达 为额定扭矩的60%——70%）和低速稳 定性差等。 叶片马达与其他类型马达相比较具叶片马达 有结构紧凑、轮廓尺寸较小、噪声低、 寿命长等优点，其惯性比柱塞马达 小，但抗污染能力比齿轮马达差，且 转速不能太高，一般在200r/min 以 下工作。叶片马达由于泄漏较大，故 负载变化或低速时不稳定。 径向柱塞马达 轴向斜轴式柱塞马达 柱塞斜盘式柱塞马达 马达 是结构简单、工作可靠、品种规格多、低径向连杆式液压马达 价格低。其缺点是体积和重量较大，速柱塞扭矩脉动较大 液马达 无连杆式液压马达 压摆缸式液压马达 马滚柱式液压马达 达 轴向双斜盘式柱塞马达 柱塞轴向球塞式马达 马达 叶片马达 摆线马达 图4-1为外啮合齿轮马达的图。图中I为输出扭矩的齿轮，B为空转齿轮，当高压油输入马达高压腔时，处于高压腔的所有齿轮均受到压力油的作用(如中箭头所示，凡是齿轮两侧面受力平衡的部分均未画出)，其中互相啮合的两个齿的齿面，只有一部分处于 高压腔。设啮合点c到两个齿轮齿根的距离分别为阿a和b，由于a和b均小于齿高h，因此两个齿轮上就各作用一个使它们产生转矩的作用力pB(h—a)和pB(h—b)。这里p代输入油压力，B代表齿宽。在这两个力的作用下，两个齿轮按图示方向旋转，由扭矩输出轴输 出扭矩。随着齿轮的旋转，油液被带到低压腔排出。 图4-1外啮合齿轮马达的工作原理图 齿轮马达的结构与齿轮泵相似，但是内于马达的使用要求与泵不同，二者是有区别的。 例如；为适应正反转要求，马达内部结构以及进出油道都具有对称性，并且有单独的泄漏油 管，将轴承部分泄漏的油液引到壳体外面去，而不能向泵那样由内部引入低压腔。这是因为 马达低压腔油液是由齿轮挤出来的，所以低压腔压力稍高于大气压。若将泄漏油液由马达内 部引到低压腔，则所有与泄漏油道相连部分均承受回油压力，而使轴端密封容易损坏。 图4-2为叶片马达的工作原理图。当压力为p的油掖从进油口进入叶片1和叶片3之 间时，叶片2因两面均受液压油的作用，所以不产生转矩。叶片1和叶片3的一侧作用高压油，另一侧作用低压油．并且叶片3伸出的面积大于叶片1伸出的面积，因此使转子产生顺时针方向的转矩。同样，当压力油进入叶片5和叶片7之间时，叶片7伸出面积大于叶片5 伸出的面积，也产生顺时针方向的转矩，从而把油液的压力能转换成机械能，这就是叶片马 达的工作原理。为保证叶片在转子转动前就要紧密地与定子内表面接触，通常是在叶片根部 加装弹簧，完弹簧的作用力使叶片压紧在定子内表面上。叶片马达一般均设置单向阀为叶片 根部配油。为适应正反转的要求，叶片沿转子径向安置。 图4-2为叶片马达的工作原理图 轴向柱塞马达包括斜盘式和斜轴式两类。由于轴向柱塞马达和轴向柱塞泵的结构基本 相同，工作原理是可逆的，所以大部分产品既可作为泵使用。图4-325示轴向柱塞式液压马达的工作原理。斜盘l和配油盘4固定不动，缸体2和马达轴5相连接，并可一起旋转。当压刀 与柱塞上的X油经配油窗口进入缸体孔作用到柱塞端面上时，压力油将柱塞项出，对斜盘产生推力，斜盘液压力平衡，而垂直分力Fy则使每个柱塞都对转子中心产生一个转矩，使缸体和马达轴作逆 则对处于压油区一侧的每个柱塞都要产生一个法向反力F，这个力的水平分力F时针方问旋转。如果改变液压马达压力油的输入方向，马达轴就可作顺针方向旋转。 图4-3 轴向柱塞马达的工作原理 曲轴连杆式液压马达的工作原理如图4-4所示。图中仅画出马达的一个柱塞缸。它相 当于一个曲柄连杆机构。 通压力油的柱塞缸受液压力的作用，在柱塞上产生推力P。此力通过连杆作用在偏心轮中心，使输出轴旋转，同时配流轴随着一起转动。当柱塞所处位置超过下止点时，柱塞缸 便由配流轴接通总回油口，柱塞便被偏心轮往上推，作功后的油液通过配流轴返回油箱。各 柱塞缸依次接通高、低压油，各柱塞对输出轴中心所产生的驱动力矩同向相加，就使马达输 出轴获得连续而平稳的回转扭矩。当改变油流方向时，便可改变马达的旋转方向。如将配流 轴转180?装配，也可以实现马达的反转。如果将曲轴固定，进、出油直接通到配流轴中， 就可实现外壳旋转。壳转马达可用来驱动车轮和绞车卷筒等。 图4-4 轴连杆式液压马达的工作原理 一、主要参数 1． 压力 （1）额定压力在规定的转速范围内连续运转，并能保证设计寿命的最高输入压力。 （2）背压保证马达稳定运转的最小输出压力。 2． 转速 （1）额定转速额定压力、规定背压条件，能够连续运转并能保证设计寿命的最高转速。 （2）最低转速既能保持额定压力又能稳定运转的最低转速。 3． 排量 （2）空载排量空载压力下测得的实际输入排量。 （1）排量马达轴旋转一周所输入的液体体积。（3）有效排量在设定压力下测得的实际输入排量。 4． 流量 （1）实际流量液压马达进口处的流量。 （2）理论流量空载压力下马达的输入流量。 5． 功率 （1）输入功率液压马达入口处的液压功率。 （2）输出功率液压马达输出轴上输出的机械功率。 6． 效率 （1）容积效率液压马达理论流量与实际流量的比值。 （2）机械效率液压马达的实际扭矩与理论扭矩之比值。 （3）总效率液压马达的输出功率与输入功率之比。 二、液压马达检测 1. 试验装置和试验条件 (1) 试验回路 试验回路原理图见图。 1—油泵；2—溢流阀；3—调速阀；4—流量计；5—换向阀；6—压力计；7—温度计； 8—被试马达；9—转速仪；10—转矩仪；11—负载；12—加热器；13—冷却器 图 A1 试验回路原理图 (2) 测量点位置 压力测量点：设置在距离被试马达进口、出口的(2～4) d（d为管路通径）处。试验时， 允许将测量点的位置移至距被试马达更远处，但必须考虑管路的压力损失。 温度测量点：设置在距离测压点(2～4) d (d为管路通径)处，比测压点更远离被试马达。 噪声测量点：测量的位置和数量按GB 3767—83中6.5的规定。 (3) 试验用油 粘度：40?时的运动粘度为42~47mm2/s (特殊要求另行规定)。 油温：除明确规定外，型式试验在50??2?下进行；出厂试验在50??4?下进行。 清洁度等级：试验用油液的固体颗粒污染度等级代号不得高于19/16。 (4) 稳态工况 各参量平均显示值的变化范围符合表5规定时为稳态工况。在稳态工况下应同时测量每 个设定点的各参量(压力、流量、转矩、转速等)。 表 1 测 量 参 量 测 量 准 确 度 等 级 A B C 压力(表压力p＜0.2MPa) kPa ?1.0 ?3.0 ?5.0 压力(表压力p?0.2MPa) % ?0.5 ?1.5 ?2.5 流 量 % ?0.5 ?1.5 ?2.5 转 矩 % ?0.5 ?1.5 ?2.0 转 速 % ?0.5 ?1.0 ?2.0 注：型式试验不得低于B级测量准确度；出厂试验不得低于C级测量准确度。 (5) 测量准确度 测量准确度等级分为A、B、C三级。测量系统的允许系统误差见表6规定。 表 2 测 量 准 确 度 等 级 测 量 参 量 A B C 压力(表压力p＜0.2MPa) kPa ?1.0 ?3.0 ?5.0 压力(表压力p?0.2MPa) % ?0.5 ?1.5 ?2.5 流 量 % ?0.5 ?1.5 ?2.5 转 矩 % ?0.5 ?1.5 ?2.0 转 速 % ?0.5 ?1.0 ?2.0 温 度 ? ?0.5 ?1.0 ?2.0 注：型式试验不得低于B级测量准确度；出厂试验不得低于C级测量准确度。 2. 试验项目和试验 表 3 序号 试验项目 内 容 和 方 法 备 注 排量验证试验 按GB 7936规定进行 1 ? 在最大排量工况下： a) 在额定转速、额定压力的25%下，待运转稳定后测量流量等一组 数据。然后逐级加载，按上述方法分别测量从额定压力25%至额定压 力间6个以上等分的试验压力点的各组数据； b) 在最高转速和约为额定转速的85%、70%、55%、40%、25%时， 分别测量上述各试验压力点的各组数据； c) 反向试验方法和正向试验方法相同。 效 率 试 验 2 ? 双速或多速变量马达，除低速(最大排量)外，其余几级速度仅要 求测量在额定压力的100%、50%各级的容积效率和输出扭矩。 ? 马达进口油温在20～35?和70～80?条件下，分别测量在额定 转速、最大排量时，从空载压力至额定压力范围内7个以上等分压力 点的容积效率。 ? 绘制等效率特性曲线(图A2)和综合性能曲线(图A3)。 ? 绘制油温为20～35?和70～80?时的效率曲线 采用恒扭矩起动方法或恒压力起动方法，在最大排量工况下，以不起动扭矩试验 3 同的恒定扭矩或恒定压力值，分别测量马达输出轴不同的相位角以及 正反方向在额定压力的25%、75%、100%和规定背压条件下的起动压 力或扭矩，计算起动效率 在最大排量、额定压力和规定背压的条件下，以逐级降速和升速的 方法分别重复测量正、反方向不爬行的最低稳定转速。 低速性能试验 4 按上述方法分别测量从额定压力的50%至额定压力之间4个等分压 力点的最低转速。 各试验压力点在正、反转向各试验5次以上 ? 背景噪声 应比被试马达 实测噪声低 在最大排量、额定转速和规定背压条件下，分别测量3个常用压力10dB(A)以上，噪 声 试 验 5 级(包括额定压力)的噪声值 否则应进行修 按上述方法分别测量最高转速、额定转速的70%各工况下的噪声值 正 ? 本项目为 考察项目 表 7 (完) 序号 试验项目 内 容 和 方 法 备 注 被试马达温度和进口油温低于–20?以下，在空载压力工况下，从低 可在工业性低 温 试 验 6 速至额定转速分别进行起动试验5次以上。 试验中进行 油液粘度根据设计要求 在额定工况下，进口油温90?以上时，连续运转1h以上。 高 温 试 验 7 油液粘度根据设计要求 在最大排量、最高转速或额定转速125%(选其中高者)工况下，分别超 速 试 验 8 以空载压力和额定压力作连续运转试验15min 在额定转速、最大排量的工况下，以最高压力或额定压力的125%(选连续超载试验 9 其中高者)做连续运转试验 试验时，进口油温为30～60?，连续运转10h以上 在额定工况下，以1/12Hz(一个往复为一次)以上的频率做正、反转 换向试验 连续换向试验 10 单向运转马达允许以频率1/6～1/2Hz的冲击试验代替，冲击波形见 图A4规定 连续满载试验 11 在额定工况下，进口油温为30～60?时做连续运转 效 率 检 查 12 完成上述规定项目试验后，测量额定工况下的容积效率、总效率 将被试马达擦干净，如有个别部位不能一次擦干净，运转后产生“假” 渗漏现象，允许再次擦干净。 ? 静密封：将干净的吸水纸压贴于静密封部位，然后取下，纸上如外 渗 漏 检 查 13 有油迹即为渗油 ? 动密封：在动密封部位下放置白纸，规定时间内纸上如有油滴即 为漏油 注：试验项目序号为9～11属于耐久性试验项目。 () 液压马达性能计算 容积效率见式(1)： Vq/n(q，q)/n1,iv1,iiv2,ivd,ii ,,,,，100%??????????????????????????(1) vVq/n(q，q)/n1,ev1,eev2,evd,ee ,2nTe2????????????????????????????????(2) ,，100%,t总效率见式(2)： p，q,p，q1,ev1,e2,ev2,e 输入液压功率见式(3)： q，pv1,e1,e P, （kW）??????????????????????????????????????(3) 1,n60输出机械功率见式(4)： ,nT2e2 （kW）???????????????????????????????????????(4) P,2,m60000 恒扭矩起动效率见式(5)： ,pi,mi ????????????????????????????????????????(5) ,,，100%0,pe恒压力起动效率见式(6)： Te ?????????????????????????????????????????(6) ,,，100%0Ti 最小恒扭矩起动效率见式(7)： ,pi,mi ,,，100%???????????????????????????????????????(7) 0,pe,max最小恒压力起动效率见式(8)： Te,min ,,，100%????????????????????????????????????????(8) 0Ti,mi 式中：V——试验压力时的输入排量，mL/r； 1,e V——空载压力时的输入排量，mL/r； 1,i q——空载压力时的输入流量，L/min； v1,i q——空载压力时的输出流量，L/min； v2,i q——试验压力时的输入流量，L/min； v1,e q——试验压力时的输出流量，L/min； v2,e q——空载压力时的泄漏流量，L/min； vd,i q——试验压力时的泄漏流量，L/min； vd,e n——空载压力时的转速，r/min； i n——试验压力时的转速，r/min； e p——输出试验压力(即背压)，MPa； 2,e p——输入试验压力，MPa； 1,e T——输出扭矩，N?m； 2 2, ,p,，T，MPa； i,mieVi T——对应某一给定的压力值所测得的扭矩值，N?m； e Δp——相应的压差值，MPa； e T = (V?p) /2π，N?m； i11,e Δp——对应某一给定的扭矩值所测得的最大压差值，MPa； e,max T——对应某一给定的压力值所测得的最小扭矩值，N?m； e,min 1，N?m； T,，V，pi,miie2, p——试验时施加的压力差，p = p– p，MPa。 ee1,e 2,e 1 外啮合齿轮马达工作原理 2 3 1工作原理 摆线齿轮马达的工作原理基于摆线针齿内啮合行星齿轮传动（见图 ）。内齿轮（即定子）的轮齿齿廓（即针齿）是由以d为直径的圆弧构成；小齿轮（即转子）的轮齿齿廓是圆 弧的共轭曲线，即圆弧中心轨迹a（整条的短幅外摆线）的等距曲线β，转子和定子之间有偏心距A，当两轮的齿数差为I时，两轮所有的轮齿都能啮合（见图），且形成z2（定子针齿数）个独立的容积变化的密封腔。当作为马达时，这些密封腔容积变大的部分通过配流机构 通以高压油，使马达转子旋转。另一些容积变小的密封腔通过配流机构排出低压油。如此循 环，使液压马达连续工作。 通常的摆线齿轮马达采用6-7齿或8-9齿啮合。下面以6-7齿啮合为例（即定子针齿数为7,转子齿数为6）来说明其配油原理。如图所示，两相互啮合的齿轮形成7个密封腔，当转子相对定子中心公转1转，此时转子自身在相反方向上自转1/6 转，马达内7个密封腔分别完成从低压?高压?低压的一次循环。因此转子自转1整转时，7个油腔将完成6次循环，总起来即可得7*6=42个高压油腔的容积。因此摆线齿轮马达能输出比较大的扭矩，这就是摆线齿轮 马达的功率重量比能大大提高的原因。 图!" # $% 摆线齿轮马达工作原理图 图!" # $+ 摆线齿轮马达的配油原理图 1-转子组件 2-花键轴 3-定子$ 4-转子 2特点与应用 目前，国内外生产的摆线齿轮马达最大排量为125mL/r , 3，最大输出扭矩为35N.m， 转速为180r/min。因此，这种马达属中速中扭矩马达。 该马达的优点是：体积小、重量轻、扭矩大，因此这种马达的单位重量功率远比其他 类型的液压马达的大。另外，这种马达的转速范围宽、价格低廉。目前全世界的年产量已超 过百万台，被广泛应用于塑料机械、机械、农业机械、煤矿机械、起重运输机械、渔业 机械及专用机床等设备中。 3 （1）轴配流摆线齿轮马达轴配流摆线齿轮马达的典型结构如图所示，这种马达的配流轴同 时又是输出轴，因而具有结构简单、外形尺寸小、成本低廉等优点。但这种轴配流马达由于 配流部分高低压腔间的密封间隙会因轴受到径向力作用而扩大，所以内部泄漏大，并随着轴 的磨损而增大，无间隙补偿，因此容积效率较低，这种马达的使用压力也因此受到* * +限 制，总效率仅50%-60%左右，所以承载能力较小。 图轴配流摆线齿轮马达的典型结构 1、2、3- 密封 4-前盖 5-止推环 6-壳体 7-配流轴（输出轴） 8-花键轴 9-推力轴承 10-辅助配流板 11-限制块 12-后盖 13-定子 14-摆线转子 目前，这种结构的小排量马达仍有大量生产，这种马达应用于传输较小负载且间歇工作 的场合是适用的 （2）端面配流摆线齿轮马达端面配流摆线齿轮马达的典型结构如图所示。这种马达国 外1967年出现，我国是1981年开始生产。这种马达的优点是 图& 端面配流摆线齿轮马达的典型结构 1-后壳体 2-配流盘 3-支承盘 4-鼓形花键轴 5-后侧板 6-转子 7-针柱 8-定子 9-长鼓形花键轴 10-输出轴 ?端面配流盘具有静压磨损补偿的平面密封，密封性能好，且由于能自动补偿间隙，不 但容积效率高，而且效率不会随着平面磨损而很快降低。受热冲击时，不会产生很大内漏。 配流盘也便于修复。 ?配流盘由专用的短花键轴带动，消除了一体花键轴因磨损而形成的偏差。与轴配流马 达相比，可获得较高的配流精度，因而机械效率高。 ?输出轴采用了承载能力较大的圆锥滚子轴承，因而输出轴刚性好，能承受较大的轴向 力与径向力。 ?配流盘上施加工预压紧力，因而起动可靠。 这种类型马达的容积效率可达95%左右，机械效率达92%左右，因此是当前最普遍采用的摆线齿轮马达。当然这种马达的结构比轴配流结构要复杂些，制造精度也要求相应提高 1工作原理 2特点与应用 3典型结构与产品 1工作原理 曲轴连杆式液压马达的工作原理如图+, - .) 所示。图+, - .) 中仅画出马达的一个柱塞缸。它相当于一个曲柄连杆机构。 通压力油的柱塞缸受液压力的作用，在柱塞上产生推力p。此力通过连杆作用在偏心轮中心，使输出轴旋转，同时配流轴随着一起转动。当柱塞所处位置超过下止点时，柱塞缸 便由配流轴接通总回油口，柱塞便被偏心轮往上推，作功后的油液通过配流轴返回油箱。各 柱塞缸依次接通高、低压油，各柱塞对输出轴中心所产生的驱动力矩同向相加，就使马达输 出轴获得连续而平稳的回转扭矩。当改变油流方向时，便可改变马达的旋转方向。 如将配流轴转180?装配，也可以实现马达的反转。如果将曲轴固定，进、出油直接 通到配流轴中，就可实现外壳旋转壳转马达可用来驱动车轮和绞车卷筒等。 图+, - .) 曲轴连杆式液压马达工作原理 2特点与应用 扭矩/ 5?2 676 87, *.79 或.679 6, : +,, **,, +;7* : *)76 !* 系列叶片马达由大连液压件厂引进"#$%&’( 生产技术生产。 六、轴向柱塞马达 轴向柱塞马达包括斜盘式和斜轴式两类。由于轴向柱塞马达和轴向柱塞泵的结构基本相 同，工作原理是可逆的，所以大部分产品既可作为泵使用，亦可作为马达使用。请参阅本章 +,7+7< 节。 七、曲轴连杆式径向柱塞马达 曲轴连杆式液压马达的优点是结构简单、工作可靠、品种规格多、价格低。其缺点是体 积和重量较大，扭矩脉动较大，以往的产品低速稳定性较差。但近年来这种马达的主要摩擦 副大多采用静压支承或静压平衡结构，其性能有所提高，低速稳定性也有很大改善，其最低 稳定转速可达3r/min。因此几十年来这种马达不仅未被后起的其他种类马达淘汰，而且保持 着持续发展的势态。 3典型结构与产品 曲轴连杆式液压马达的典型结构如图+, - .6 所示。这种液压马达通常有6 个或8 个柱塞缸，相对输出轴呈放射状径向均匀布置。这些柱塞缸与马达本体做成整体结构，形成一个 星* 9 .形壳体。柱塞缸中装有柱塞以及与柱塞相连的连杆。柱塞上装有活塞环，起密封作 用。连杆与柱塞联接端做成球面轴承，另一端做成鞍形圆柱支承面，配置在输出轴的偏心轮 上。输出轴由两个重型圆锥滚子轴承支承，以承受由液压力产生的径向载荷和作用在输出轴 轴伸上的径向载荷。输出轴尾部通过十字联轴节与配流轴相连，使配流轴与输出轴同步旋转。 配流轴也由活塞环密封。 选定液压马达时要考虑的因素有工作压力、转速范围、运行扭矩、总效率、容积效率、 滑差特性、寿命等机械性能及在机械设备上的安装条件、外观等。 液压马达的种类很多，特性不一样，应针对具体用途选择合适的液压马达，表列出了典 型液压马达的特性对比。低速场合可以用低速马达，也可以用带减速装置的高速马达。二者 在结构布置、占用空间、成本、效率等方面各有优点，必须仔细论证。 表典型液压马达的比较 种类 高速马达 低速马达 齿轮式 叶片 柱塞式 径向柱塞式 额定压力Mpa 21 17.5 35 35 排量ml/r 4-300 25-300 10-1000 125-38000 转速r/min 300-5000 400-3000 10-5000 1-500 总效率% 75-90 75-90 85-95 80-92 堵转效率% 50-85 70-80 80-90 75-85 堵转泄漏 大 大 小 小 污染敏感度 大 小 小 小 变量能力 不能 困难 可 可 确定了所用液压马达的种类之后，可根据所需要的转速和扭矩从产品系列中选出能满足 需要的若干种规格，然后利用各种规格的特性曲线查出（或算出）相应的压降、流量和总效 率。接下去进行综合技术经济评价来确定某个规格。如果原始成本最重要，则应选择流量最 小的，这样泵、阀、管路等都最小；如果运行成本最重要，则应选择总效率最高的；如果工 作寿命最重要，则应选择压降最小的；也许最佳选择是上述的折衷。 需要低速运行的马达，要核对其最低稳定转速。如果缺乏数据，应在有关系统的所需工 况下实际试验后再定取舍。为了在极低转速下平稳运行，马达的泄漏必须恒定，负载要恒定， 2要有一定的回油背压（如0.3—0.5MPa）和至少35mm/s 的油液粘度。 轴承寿命与转速、载荷有关： 式中L——轴承实际寿命（h）； new ———额定工况下的轴承B寿命（h）； ref10 n———实际转速（r/min）； new Ln———额定转速（r/min）； ref P———实际轴上载荷（N）； new P———额定轴上载荷（$）。 REF 根据这些关系，如果转速减半则轴承寿命延长为原来的2倍。轴上载荷每减小10%则轴承寿命 加长40%。 需要马达带载起动时，要核对堵转扭矩。 用液压马达制动时，例如起重机下放重物或静液传动系在溜坡时，马达工作于泵工况。 这时，在给定的压降下制动扭矩与马达的有效扭矩的关系如下： 式中: M———制动扭矩； br M———马达的有效扭矩； mot eff η———液压机械效率。 hm 按式算出的制动扭矩不得大于马达的最大工作扭矩。 为了防止作为泵工作的制动马达发生气蚀或丧失制动能力，应保证这时马达的“吸油口” 有足够的补油压力。这可以靠闭式回路中的补油泵或开式回路中的背压阀来实现。当液压马 达驱动大惯量负载时，为了防止停车过程中惯性运动的马达缺油，应设置与马达并联的旁通 单向阀补油。 需要长时间防止负载运动时，应使用在马达轴上的液压释放机械制动器。