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1、第三节第三节 液压马达液压马达一、一、工作性能工作性能二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理1）连杆式）连杆式2）五星轮式）五星轮式3）内曲线式）内曲线式4）叶片式）叶片式船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室液压马达是将液压能转换为机械能的装置，可以实现连续液压马达是将液压能转换为机械能的装置，可以实现连续的旋转运动，其结构与液压泵相似，并且也是靠密封容积的旋转运动，其结
2、构与液压泵相似，并且也是靠密封容积的变化进行工作的。的变化进行工作的。常见的液压马达也有常见的液压马达也有齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要齿轮式、叶片式和柱塞式等几种主要形式形式；从转速、转矩范围分，；从转速、转矩范围分，有高速马达和低速大扭矩马有高速马达和低速大扭矩马达达。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵内输入压力油时，马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵内输入压力油时，其轴就输出转速和转矩成为马达。但由于二者的任务和要其轴就输出转速和转矩成为马达。但由于二者的任务和要求有所不同，故在实际中只有少数泵能作马达使用。求有所不同，故在实际中只有少数泵能作马达使用。液压马达简介液压马达简介第三
3、节第三节 液压马达液压马达船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室 W 式中：P液压马达的进排油压差，Pa；Q供入液压马达的油流量，m3s。而其理论输出功率则可表达为：W 式中；Mth液压马达的理论扭矩，Nm；th液压马达的理论角速度，rad/s；nth液压马达的理论转速，r/min。液压马达输入的液压能，可用工作油的压力液压马达输入的液压能，可用工作油的压力P P和流量和流量Q Q来表示，而其输出的机械能，来表示，而其输出的机械能，则以输出轴的扭矩则以输出轴的扭矩MM和转速和转速n n来度量。来度量。为了说明液压马达的工作性能，我们可先假设液压马达不存在任何能量损失的理想为了
4、说明液压马达的工作性能，我们可先假设液压马达不存在任何能量损失的理想情况进行了讨论，这时液压马达的输入功率，就可用下式来表示：情况进行了讨论，这时液压马达的输入功率，就可用下式来表示：第三节第三节 液压马达液压马达一、工作性能一、工作性能船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室 容积损失可用容积效率来度量，即式中：Qe扣除漏泄损失后供入马达的有效流量，m3s。因此，可求得液压马达的理论扭矩 然而，任何实际的液压马达，运转时总存在着各种损失，包括密封缝隙的漏泄损失，油流流动时的压力损失以及各运动接触部件之间的摩擦损失等。第三节第三节 液压马达液压马达一、工作性能一、工作性能 现假
5、设液压马达按几何尺寸确定的每转排量为q(ms/r)，则液压马达的理论转速为 显然，在不考虑液压马达中所有能量损失的情况下，液压马达的理论输出功率就等于其输入功率。船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室 在液压马达中，常把压力损失和摩擦损失合并在一起，称之为机械损失，由于存在着机械损失，液压马达的实际输出扭矩M也就比理论扭矩要小，而实际扭矩与理论扭矩之比，称之为液压马达的机械效率m，即：因此，实际扭矩：实际的输出功率：式中：是考虑液压马达中所有能量损失的总效率。因此，液压马达的实际转速：因此，液压马达的实际转速：第三节第三节 液压马达液压马达一、工作性能一、工作性能船舶辅机教研
6、室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室讨论：讨论：液压马达的实际转速n，主要取决于供入液压马达的流量Q、液压马达的工作容积(即每转排量)q和容积效率v。因此，要改变液压马达的转速，可采用的方法有容积调速采用变量油泵，改变其流量，或采用变量油马达，改变其排量，也可以采用节流调速通过流量控制阀来改变供入油马达的流量；液压马达的扭矩M，主要取决于工作油的压力p和液压马达的每转排量q。提高工作油压p，不仅可增大液压马达的输出扭矩M，而且还可在功率不变的前提下，使液压元件和和管路的尺寸相应减小，但是也受到强度与密封等的条件限制，并给管理工作带来不利的影响；增大液压马达的容积，亦即提高液压马达的每转
7、排量q，则可在工作油压不变的情况下增大扭矩，而转速则相应较低，从而构成低速大扭矩液压马达。一般认为额定转速低于500rmin即属于低速马达，高于500的属于高速马达。后者用于船舶甲板机械往往需要增加机械减速机构。第三节第三节 液压马达液压马达一、工作性能一、工作性能船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室低速大扭矩液压马达低速大扭矩液压马达低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构形式上多为径向柱塞式，其特点是：马达在结构形式上多为径向柱塞式，其特点是：最低转速最低转速低，大约在低，大约在510r510rmin
8、min，输出扭矩大，可达几输出扭矩大，可达几万万N N mm；径向径向尺寸大，转动惯量大。尺寸大，转动惯量大。由于上述特点，它可以直接与工作机构联接，不需要减速由于上述特点，它可以直接与工作机构联接，不需要减速装置，使传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用装置，使传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。低速大扭矩液压马达的基本形式有三种：它们分别是曲柄低速大扭矩液压马达的基本形式有三种：它们分别是曲柄连杆马达、静力平衡马达和多作用内曲线马达。连杆马达、静力平衡马达和多作用内曲线马达。下面分别予以介绍。下面分别
9、予以介绍。第三节第三节 液压马达液压马达一、工作性能一、工作性能船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室1.1.曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆式低速大扭矩液压马达应用较早，国外称为斯达发液压马曲柄连杆式低速大扭矩液压马达应用较早，国外称为斯达发液压马达。达。我国的同类型号为我国的同类型号为JMZJMZ型，其额定压力型，其额定压力16MPa16MPa，最高压力最高压力21MPa21MPa，理论排量最大值可达理论排量最大值可达6.140L/r6.140L/r。下图是曲柄连杆式液压马达的工作下图是曲柄连
10、杆式液压马达的工作原理。原理。第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理连杆式液压马达原理演示船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室根据曲柄连杆机构运根据曲柄连杆机构运动原理，受油压作用动原理，受油压作用的柱塞就通过连杆对的柱塞就通过连杆对偏心圆中心偏心圆中心O O1 1作用一作用一个力个力N N，推动曲轴绕旋推动曲轴绕旋转中心转中心O O转动，对外输转动，对外输出转速和扭矩，其余出转速和扭矩，其余的活塞油缸则与排油的活塞油缸则与排油窗口接通；如果进、窗口接
11、通；如果进、排油口对换，液压马排油口对换，液压马达也就反向旋转。达也就反向旋转。1.1.曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室随着驱动轴、配随着驱动轴、配流轴转动，配油流轴转动，配油状态交替变化。状态交替变化。在曲轴旋转过程在曲轴旋转过程中，位于高压侧中，位于高压侧的油缸容积逐渐的油缸容积逐渐增大，而位于低增大，而位于低压侧的油缸容积压侧的油缸容积逐渐缩小，因此，逐渐缩
12、小，因此，在工作时高压油在工作时高压油不断进入液压马不断进入液压马达，然后由低压达，然后由低压腔不断排出。腔不断排出。高压起点高压起点低压起点低压起点1.1.曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室总之，由于配流轴过渡密总之，由于配流轴过渡密封间隔的方位与曲轴的偏封间隔的方位与曲轴的偏心方向一致，并且同时旋心方向一致，并且同时旋转，所以配流轴颈的进油转，所以配流轴颈的进油
13、窗口始终对着偏心线窗口始终对着偏心线OOOO1 1一一边的二只或三只油缸，吸边的二只或三只油缸，吸油窗口对着偏心油窗口对着偏心线线OOOO1 1另一另一边的其余油缸，总的输出边的其余油缸，总的输出扭矩是叠加所有柱塞对曲扭矩是叠加所有柱塞对曲轴中心所产生的扭矩，该轴中心所产生的扭矩，该扭矩使得旋转运动得以持扭矩使得旋转运动得以持续下去。续下去。1.1.曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教
14、研室船舶辅机教研室以上讨论的是以上讨论的是壳体固定、轴壳体固定、轴旋转的情况。旋转的情况。如果将轴固定，如果将轴固定，进、排油直接进、排油直接通到配流轴中，通到配流轴中，就能达到外壳就能达到外壳旋转的目的，旋转的目的，构成了所谓的构成了所谓的车轮马达车轮马达。1.1.曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达曲柄连杆低速大
15、扭矩液压马达曲柄连杆低速大扭矩液压马达船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室这种液压马达的工作原理用这种液压马达的工作原理用图来说明，液压马达的偏心图来说明，液压马达的偏心轴与曲轴的形式相类似，既轴与曲轴的形式相类似，既是输出轴，又是配流轴，是输出轴，又是配流轴，五五星轮星轮3 3套在偏心轴的凸轮上，套在偏心轴的凸轮上，在它的五个平面中各嵌装一在它的五个平面中各嵌装一个个压力环压力环4 4，压力环的上平面，压力环的上平面与与空心柱塞空心柱塞2 2的底面接触，柱的底面接触，柱塞中间装有弹簧。塞中间装有弹簧。静力平衡式静力平
16、衡式 低速大扭矩马达低速大扭矩马达1-壳体；壳体；2-柱塞；柱塞；3-五星轮；五星轮；4-压力环；压力环；5-配流轴；配流轴；6-弹簧弹簧2.2.静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室在这种结构中，五星轮取代了曲柄连杆式液压马达中的连杆，压力油经过配流轴和在这种结构中，五星轮取代了曲柄连杆式液压马达中的连杆，压力油经过配流轴和五星轮再到空心柱塞中去，液压马达的柱
17、塞与压力环、五星轮与曲轴之间可以大致五星轮再到空心柱塞中去，液压马达的柱塞与压力环、五星轮与曲轴之间可以大致做到静压平衡。在工作过程中，这些零件还要起密封和传力作用。由于是通过油压做到静压平衡。在工作过程中，这些零件还要起密封和传力作用。由于是通过油压直接作用于偏心轴而产生输出扭矩，因此，称为静力平衡液压马达。直接作用于偏心轴而产生输出扭矩，因此，称为静力平衡液压马达。事实上，只有当五星轮上液压力达到完全平衡，使得五星轮处于“悬浮”状态时，液压马达的扭矩才是完全由液压力直接产生的；否则，五星轮与配流轴之间仍然有机械接触的作用力及相应的摩擦力矩存在。2.2.静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式
18、低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达静力平衡式低速大扭矩液压马达第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室多作用内曲线液压马达的结构形式很多，就使用方式而言，有轴转、壳转与直接多作用内曲线液压马达的结构形式很多，就使用方式而言，有轴转、壳转与直接装在车轮的轮毂中的车轮式液压马达等形式。而从内部的结构来看，根据不同的装在车轮的轮毂中的车轮式液压马达等形式。而从内部的结构来看，根据不同的传力方式和柱塞部件的结构可有多种形式，但是，液压马达的主要工作过程是相传力方式和柱塞
19、部件的结构可有多种形式，但是，液压马达的主要工作过程是相同的。同的。3.3.多作用内曲线马达多作用内曲线马达多作用内曲线马达多作用内曲线马达第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室 主轴转一周，柱塞往复主轴转一周，柱塞往复运动多次（图中为运动多次（图中为6 6次），因次），因而在柱塞直径数目和行程相而在柱塞直径数目和行程相同情况下，其输出扭矩较单同情况下，其输出扭矩较单作用式柱塞马达增加了作用作用式柱塞马达增加了作用次数的倍数。次数的倍数。即即6 6倍。除单排倍。除单排柱塞
20、外，还可做成双排、三柱塞外，还可做成双排、三排柱塞，所以容易达到排量排柱塞，所以容易达到排量大、尺寸小的要求。大、尺寸小的要求。(2)(2)内曲线多作用马达工作原理（内曲线多作用马达工作原理（内曲线多作用马达工作原理（内曲线多作用马达工作原理（原理演示原理演示原理演示原理演示）3.3.多作用内曲线马达多作用内曲线马达多作用内曲线马达多作用内曲线马达第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶
21、辅机教研室船舶辅机教研室4.4.叶片式马达（三速马达）叶片式马达（三速马达）叶片式马达（三速马达）叶片式马达（三速马达）第三节第三节 液压马达液压马达二、二、低速大扭矩液压马达的构造和工作原理低速大扭矩液压马达的构造和工作原理船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室液压泵的工作特点：液压泵的工作特点：液压泵的工作特点：液压泵的工作特点：(1)(1)液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足，异常噪声，甚至无法工液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足，异常噪声，甚至无法工液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足，异常噪声，甚至无法工液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足，异常噪声，甚至
22、无法工作。作。作。作。因此，除了在泵的结构设计上尽可能减小吸油管路的液阻外，为了保因此，除了在泵的结构设计上尽可能减小吸油管路的液阻外，为了保证泵的正常运行，证泵的正常运行，a)a)应该使泵的安装高度不超过允许值；应该使泵的安装高度不超过允许值；b)b)避免吸油滤避免吸油滤油器及管路形成过大的压降；油器及管路形成过大的压降；c)c)限制泵的使用转速在额定转速以内。限制泵的使用转速在额定转速以内。(2)(2)液压泵的工作压力取决于外负载，若负载为零，则泵的工作压力为零。液压泵的工作压力取决于外负载，若负载为零，则泵的工作压力为零。液压泵的工作压力取决于外负载，若负载为零，则泵的工作压力为零。液压
23、泵的工作压力取决于外负载，若负载为零，则泵的工作压力为零。随着排油量的增加，泵的工作压力根据负载大小自动增加，泵的最高随着排油量的增加，泵的工作压力根据负载大小自动增加，泵的最高工作压力主要受结构强度和使用寿命的限制。为了防止压力过高而使泵、工作压力主要受结构强度和使用寿命的限制。为了防止压力过高而使泵、系统受到损害，液压泵的出口常常要采取限压措施。系统受到损害，液压泵的出口常常要采取限压措施。第三节第三节 液压马达液压马达船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室船舶辅机教研室液压泵的工作特点：液压泵的工作特点：液压泵的工作特点：液压泵的工作特点：(3)(3)变量泵可以通过调节排量来改变流量
24、，定量泵只有用改变转速的办法变量泵可以通过调节排量来改变流量，定量泵只有用改变转速的办法变量泵可以通过调节排量来改变流量，定量泵只有用改变转速的办法变量泵可以通过调节排量来改变流量，定量泵只有用改变转速的办法来调节流量，但是转速的增大受到吸油性能、泵的使用寿命、效率等的来调节流量，但是转速的增大受到吸油性能、泵的使用寿命、效率等的来调节流量，但是转速的增大受到吸油性能、泵的使用寿命、效率等的来调节流量，但是转速的增大受到吸油性能、泵的使用寿命、效率等的限制。限制。限制。限制。例如，工作转速低时，虽然对寿命有利，但是会使容积效率降低，例如，工作转速低时，虽然对寿命有利，但是会使容积效率降低，并且
25、对于需要利用离心力来工作的叶片泵来说，转速过低会无法保证正并且对于需要利用离心力来工作的叶片泵来说，转速过低会无法保证正常工作。常工作。(4)(4)液压泵的流量具有某种程度的脉动性质，其脉动情况取决于泵的形式液压泵的流量具有某种程度的脉动性质，其脉动情况取决于泵的形式液压泵的流量具有某种程度的脉动性质，其脉动情况取决于泵的形式液压泵的流量具有某种程度的脉动性质，其脉动情况取决于泵的形式及结构设计参数。及结构设计参数。及结构设计参数。及结构设计参数。为了减小脉动的影响，除了从造型上考虑外，必要时为了减小脉动的影响，除了从造型上考虑外，必要时可在系统中设置蓄能器或液压滤波器。可在系统中设置蓄能器或
26、液压滤波器。(5)(5)液压泵靠工作腔的容积变化来吸、排油，如果工作腔处在吸、排油之液压泵靠工作腔的容积变化来吸、排油，如果工作腔处在吸、排油之液压泵靠工作腔的容积变化来吸、排油，如果工作腔处在吸、排油之液压泵靠工作腔的容积变化来吸、排油，如果工作腔处在吸、排油之间的过渡密封区时存在容积变化，就会产生压力急剧升高或降低的间的过渡密封区时存在容积变化，就会产生压力急剧升高或降低的间的过渡密封区时存在容积变化，就会产生压力急剧升高或降低的间的过渡密封区时存在容积变化，就会产生压力急剧升高或降低的“困困困困油现象油现象油现象油现象”，从而影响容积效率，产生压力脉动、噪声及工作构件上的附从而影响容积效率，产生压力脉动、噪声及工作构件上的附加动载荷，加动载荷，这是液压泵设计中需要注意的一个共性问题。这是液压泵设计中需要注意的一个共性问题。这是液压泵设计中需要注意的一个共性问题。这是液压泵设计中需要注意的一个共性问题。第三节第三节 液压马达液压马达