液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)類型及工作原理課件

1、第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3 液壓馬達(dá) 液壓馬達(dá)是實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)或擺動的執(zhí)行元件 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.1 液壓馬達(dá)的工作原理圖3-26所示為軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理。斜盤1和配油盤4固定不動，柱塞3可在缸體2的孔內(nèi)移動，斜盤中心線與缸體中心線相交一個傾角。高壓油經(jīng)配油盤的窗口進(jìn)入缸體的柱塞孔時，處在高壓腔中的柱塞被頂出，壓在斜盤上，斜盤對柱塞的反作用力F可分解為兩個分力，軸向分力Fx和作用在柱塞上的液壓力平衡，垂直分力Fy使缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動馬達(dá)軸5轉(zhuǎn)動。圖3-26 軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理1斜盤 2缸體 3柱塞 4配油盤 5馬達(dá)軸第三章

2、執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-26 軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理1斜盤 2缸體 3柱塞 4配油盤 5馬達(dá)軸Part 3.3.1 液壓馬達(dá)的工作原理設(shè)第i個柱塞和缸體的垂直中心線夾角為，則在柱塞上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：式中 R柱塞在缸體中的分布圓半徑 液壓馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)是處于高壓腔柱塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的總和，即 （3-21）隨著角的變化，每個柱塞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也發(fā)生變化，故液壓馬達(dá)產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩也是脈動的，它的脈動情況和討論液壓泵流量脈動時的情況相似 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.2 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)1. 工作壓力和額定壓力 工作壓力 是指液壓馬達(dá)實(shí)際工作時進(jìn)口處的壓力；額定壓力 是指液壓馬

3、達(dá)在正常工作條件下，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力 。2. 排量和理論流量 排量V 是指液壓馬達(dá)軸轉(zhuǎn)一周由其各密封工作腔容積變化的幾何尺寸計算得到的油液體積 ；理論流量qt 是指在沒有泄漏的情況下，由液壓馬達(dá)排量計算得到指定轉(zhuǎn)速所需輸入油液的流量 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.2 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)3. 效率和功率 容積效率：由于有泄漏損失，為了達(dá)到液壓馬達(dá)要求的轉(zhuǎn)速，實(shí)際輸入的流量q 須大于理論流量qt。容積效率 為：（3-22）機(jī)械效率：由于有摩擦損失，液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T一定小于理論轉(zhuǎn)矩Tt。因此機(jī)械效率為 ：（3-23）第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Pa

4、rt 3.3.2 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)3. 效率和功率 液壓馬達(dá)的總效率為： 液壓馬達(dá)輸入功率Pi 為：液壓馬達(dá)輸出功率Po為 ：式中 p液壓馬達(dá)進(jìn)、出口的壓力差； 、n液壓馬達(dá)的角速度和轉(zhuǎn)速。（3-24）（3-25）（3-26）第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.2 液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)4. 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 液壓馬達(dá)能產(chǎn)生的理論轉(zhuǎn)矩Tt 為：（3-27）液壓馬達(dá)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)矩T為：（3-28）液壓馬達(dá)的實(shí)際輸入流量為q時，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為： （3-29）第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達(dá)的分類和結(jié)構(gòu)液壓馬達(dá)和液壓泵結(jié)構(gòu)基本相同，按結(jié)構(gòu)分有齒輪式、葉片式和柱塞

5、式等幾種。按工作特性可分為高速小轉(zhuǎn)矩馬達(dá)和低速大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)兩大類 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達(dá)的分類和結(jié)構(gòu)1. 高速液壓馬達(dá) 高速液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)形式通常為外嚙合齒輪式、雙作用葉片式和軸向柱塞式等，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高（一般高于500r/min）、轉(zhuǎn)動慣量小、輸出轉(zhuǎn)矩不大，故又稱高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。外嚙合齒輪式液壓馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、體積小、價格低及對油液污染不敏感等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是噪聲大、脈動較大且難以變量、低速穩(wěn)定性較差等。雙作用葉片式液壓馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲較小、壽命較長及脈動率小等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是抗污染能力較差、對油液的清潔度要求較高。目前，葉片式液

6、壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速有的已達(dá)4000r/min。軸向柱塞式液壓馬達(dá)具有單位功率質(zhì)量輕、工作壓力高、效率高和容易實(shí)現(xiàn)變量等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、對油液污染敏感、過濾精度要求較高、價格較貴。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為斜盤式和斜軸式兩類 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達(dá)的分類和結(jié)構(gòu)1. 高速液壓馬達(dá) 圖3-27 軸向點(diǎn)接觸柱塞式液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖1軸 2斜盤 3軸承 4鼓輪 5彈簧 6傳動銷 7缸體 8配油盤 9柱塞 10推桿圖3-27所示是軸向點(diǎn)接觸柱塞式液壓馬達(dá)的典型結(jié)構(gòu)。在缸體7和斜盤2間裝入鼓輪4，在鼓輪的圓周上均勻分布著推桿10，液壓力作用在柱塞上并通過推桿作用的斜盤

7、上，推桿在斜盤反作用力的作用下產(chǎn)生一個對軸1的轉(zhuǎn)矩，迫使鼓輪轉(zhuǎn)動，又通過傳動鍵帶動馬達(dá)軸，同時通過傳動銷6帶動缸體旋轉(zhuǎn)。缸體在彈簧5和柱塞孔內(nèi)的壓力油作用下貼緊在配油盤8上 。這種結(jié)構(gòu)使缸體和柱塞只受軸向力，因而配油盤表面、柱塞和缸體上的柱塞孔磨損均勻，又缸體內(nèi)孔與馬達(dá)軸的接觸面較小，有一定的自位作用，使缸體的配油表面和配油盤的配油表面貼合好，減小了端面間的泄漏，并使配油盤表面磨損后能得到自動補(bǔ)償 。這種液壓馬達(dá)的斜盤的傾角固定，所以是一種定量液壓馬達(dá) 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達(dá)的分類和結(jié)構(gòu)2. 低速液壓馬達(dá) 低速液壓馬達(dá)的特點(diǎn)是輸入油液壓力高、排量大，可靠

8、性高，可在馬達(dá)軸轉(zhuǎn)速為10r/min以下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，低速穩(wěn)定性好，輸出轉(zhuǎn)矩大，可達(dá)幾百牛米。所以又稱低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá) 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)分為單作用和多作用兩大類。單作用液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，每個柱塞往復(fù)工作一次。它又有徑向和軸向之分。徑向柱塞式單作用液壓馬達(dá)，主軸是偏心的。多作用液壓馬達(dá)，設(shè)有導(dǎo)軌曲線，曲線的數(shù)目就是作用次數(shù)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，每個柱塞往復(fù)工作多次。它同樣有徑向和軸向之分。單作用馬達(dá)結(jié)構(gòu)比較簡單，工藝性較好，造價較低。但存在輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動，低速穩(wěn)定性不如多作用液壓馬達(dá)。多作用馬達(dá)單位功率的質(zhì)量較輕，若設(shè)計合理，可得無脈動輸出。但其制造工藝較復(fù)

9、雜，造價高于單作用馬達(dá) 。Part 3.3.3 液壓馬達(dá)的分類和結(jié)構(gòu)2. 低速液壓馬達(dá) 第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達(dá)的分類和結(jié)構(gòu)2. 低速液壓馬達(dá) 圖3-28 連桿型單作用徑向柱塞式液壓馬達(dá)原理圖1殼體 2柱塞 3連桿 4曲軸 5配油軸圖3-28所示為連桿型單作用徑向柱塞液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)原理圖。在殼體1內(nèi)有五個沿徑向均勻分布的柱塞缸，柱塞2通過球鉸與連桿3相連接，連桿的另一端與曲軸4的偏心輪外圓接觸，配油軸5與曲軸用聯(lián)軸器相連 。壓力油經(jīng)配油軸進(jìn)入馬達(dá)的進(jìn)油腔后，通過殼體槽、進(jìn)入相應(yīng)的柱塞缸的頂部，作用在柱塞上的液壓作用力FN通過連桿作用于偏心輪中心O1，它的切向

10、分力Fr對曲軸旋轉(zhuǎn)中心O形成轉(zhuǎn)矩T，使曲軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 由于三個柱塞缸位置不同，所以產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小也不同。曲軸輸出的總轉(zhuǎn)矩等于與進(jìn)油腔相通的柱塞所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。此時柱塞缸、與排油腔相通，油液經(jīng)配油軸流回油箱。曲軸旋轉(zhuǎn)時帶動配油軸同步旋轉(zhuǎn)， 因此，配流狀態(tài)不斷發(fā)生變化，從而保證曲軸會連續(xù)旋轉(zhuǎn)。若進(jìn)、排油口互換，則液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)，過程與以上相同這種液壓馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但其缺點(diǎn)是體積和質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)矩脈動較大，低速穩(wěn)定性較差 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.3 液壓馬達(dá)的分類和結(jié)構(gòu)2. 低速液壓馬達(dá) 圖3-29 多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理圖1缸體 2配油

11、軸 3柱塞 4橫梁5襯套 6滾輪 7定子圖3-29所示為多作用內(nèi)曲線徑向柱塞液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)原理圖。馬達(dá)的配油軸2是固定的，其上有進(jìn)油口和排油口。壓力油經(jīng)配油窗口穿過襯套5進(jìn)入缸體1的柱塞孔中，并作用于柱塞3的底部，柱塞3與橫梁4之間無剛性連接，在液壓力的作用下，柱塞3的頂部球面與橫梁4的底部相接觸，從而使橫梁4兩端的滾輪6壓向定子7的內(nèi)壁。定子內(nèi)壁在與滾輪接觸處的反作用力N的周向分力F對缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使缸體及與其剛性連接的主軸轉(zhuǎn)動；而徑向分力P則與柱塞底部的液壓力相平衡。由于定子內(nèi)壁由多段曲面構(gòu)成，滾輪每經(jīng)過一段曲面，柱塞往復(fù)運(yùn)動一次，故稱多作用式 。這種液壓馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速低，平

12、穩(wěn)性好。其缺點(diǎn)是配油軸磨損后不能補(bǔ)償，使效率下降 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.4 擺動液壓馬達(dá)擺動液壓馬達(dá)是一種實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動的執(zhí)行元件。常用的有單葉片式和雙葉片式兩種結(jié)構(gòu) 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-30a所示為單葉片式擺動液壓馬達(dá)，壓力油從進(jìn)油口進(jìn)入缸筒3，推動葉片1和軸一起作逆時針方向轉(zhuǎn)動，回油從缸筒的回油口排出。其擺動角度小于300，分隔片2用以隔開高低壓腔。圖3-30 擺動液壓馬達(dá)a）單葉片式 1葉片 2分隔片 3缸筒Part 3.3.4 擺動液壓馬達(dá)設(shè)進(jìn)出油口壓力為p1、p2葉處寬度為b，葉片底端、頂端半徑為R1、R2，輸入流量為q，擺動液壓馬達(dá)機(jī)械效

13、率、容積效率分別為m、V。則輸出的轉(zhuǎn)矩T和角速度為： （3-30）（3-31）第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-30 擺動液壓馬達(dá)a）單葉片式 b）雙葉片式1葉片 2分隔片 3缸筒Part 3.3.4 擺動液壓馬達(dá)圖3-30b所示為雙葉片式擺動液壓馬達(dá)。它有兩個進(jìn)、出油口，其擺動角度小于150。在相同的條件下，它的輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片式的兩倍，角速度是單葉片式的一半 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.3.4 擺動液壓馬達(dá)三葉片式擺液壓馬達(dá)的三個葉片等分布置，它的輸出轉(zhuǎn)矩是單葉片式的三倍，機(jī)械效率與雙葉片式馬達(dá)相同但泄漏增大，容積效率降低，其擺動角度小于60 。如果在液壓缸的活塞桿上帶

14、有齒條，使之和一小齒輪相嚙合，則當(dāng)活塞桿伸縮時便能使小齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這種結(jié)構(gòu)的液壓缸也稱為擺動馬達(dá)，其擺角可以超過360。 第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.4 氣動馬達(dá) 氣動馬達(dá)是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)或擺動運(yùn)動的執(zhí)行元件 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.4.1 氣動馬達(dá)的分類 氣動馬達(dá)分類如表3-2所示 ：表3-2 氣動馬達(dá)的分類第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.4.2 葉片式氣動馬達(dá) 1. 工作原理 圖3-31所示為葉片式氣動馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理圖，其主要由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3及殼體構(gòu)成。壓縮空氣從輸入口A進(jìn)入，作用在工作腔兩側(cè)的葉片上。由于轉(zhuǎn)子偏心安裝

15、，氣壓作用在兩側(cè)葉片上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩差，使轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。做功后的氣體從輸出口B排出。若改變壓縮空氣輸入方向，即可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。 圖3-31 葉片式氣動馬達(dá) 1轉(zhuǎn)子 2定子 3葉片 葉片式氣動馬達(dá)一般在中、小容量，高速旋轉(zhuǎn)的范圍使用，其輸出功率為0.120kW，轉(zhuǎn)速為50025000r/min。葉片式氣動馬達(dá)起動及低速時的特性不好，在轉(zhuǎn)速500r/min以下場合使用時，必須要用減速機(jī)構(gòu)。葉片式氣動馬達(dá)主要用于礦山機(jī)械和氣動工具中。 第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動圖3-32 葉片式氣動馬達(dá)的基本特性曲線T-n轉(zhuǎn)矩曲線 p-n功率曲線 qV-n流量曲線Part 3.4.2 葉片式氣動馬達(dá) 2.

16、特性曲線 圖3-32所示為葉片式氣動馬達(dá)的基本特性曲線。該曲線表明，在一定的工作壓力下，氣動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速及功率都隨外負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化而變化 。由特性曲線可知，葉片式氣動馬達(dá)的特性較軟。當(dāng)外負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零（即空轉(zhuǎn)）時，此時轉(zhuǎn)速達(dá)最大值nmax，氣動馬達(dá)的輸出功率為零。當(dāng)外負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于氣動馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩Tmax時，氣動馬達(dá)停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為零。此時輸出功率也為零。當(dāng)外負(fù)載轉(zhuǎn)矩約等于氣動馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩的一半時，其轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)速的一半，此時氣動馬達(dá)輸出功率達(dá)最大值。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動3. 工作特性與工作壓力的關(guān)系 Part 3.4.2 葉片式氣動馬達(dá) 氣動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩與工作壓力的關(guān)系可分別用下列式子表示 （3-32）（3-33）式中 n、T實(shí)際工作壓力下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩； n0、T0設(shè)計工作壓力下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩； p實(shí)際工作壓力； p0設(shè)計工作壓力 。第三章 執(zhí)行元件液壓與氣壓傳動Part 3.4.3 齒輪式氣動馬達(dá) 齒輪式氣動馬達(dá)有雙齒輪式和多齒輪式，以雙齒輪式應(yīng)用最多