液壓馬達與液壓缸剖析

重慶大學機械工程學院主講：楊陽氣液傳動與控制2006年10月重慶大學液壓與氣動－楊陽1第4章執(zhí)行元件直線往復運動執(zhí)行元件液壓缸氣缸旋轉運動執(zhí)行元件液壓馬達氣壓馬達重慶大學液壓與氣動－楊陽2功用：將液壓泵（空壓機）供給的壓力能轉換為機械能而對負載作功，實現(xiàn)直線往復運動。4.1直線運動執(zhí)行元件結構形式：活塞式柱塞式組合式單作用式作用方式：雙作用式重慶大學液壓與氣動－楊陽33-3液壓缸二、液壓缸工作原理

將輸入的油液壓力能轉換為伸出的直線往復運動或回轉擺動的機械能。液壓缸的工作速度取決于輸入流量和有效作用面積，由于液壓缸有效作用面積一定，只能通過改變輸入流量進行速度調節(jié)。液壓缸的牽引力取決于供油壓力和有效作用面積，而供油壓力由外載荷決定。重慶大學液壓與氣動－楊陽44.1直線運動執(zhí)行元件重慶大學液壓與氣動－楊陽活塞缸柱塞缸伸縮式套筒缸名稱圖型符號特點活塞只單向受力而運動，反向運動依靠活塞自重或其它外力柱塞只單向受力而運動，反向運動依靠柱塞自重或其它外力有多個互相連動的活塞，可依次伸縮，行程較大，由外力使活塞返回單作用液壓缸液壓缸類型與特點54.1直線運動執(zhí)行元件重慶大學液壓與氣動－楊陽活塞雙向受液壓力而運動，在行程終了時不減速，雙向受力及速度不同利用對油口進、排油次序的控制，可使兩個活塞作多種配合動作的運動活塞在行程終了時減速制動，減速值不變普通缸活塞在行程終了時減速制動，并且減速值可調活塞兩端面積差較大，使活塞往復運動的推力和速度相差較大活塞左右移動速度，行程及推力均相等有多個互相聯(lián)動的活塞，可依次伸出獲得較大行程伸縮式套筒缸雙向缸等行程等速缸差動缸可調緩沖缸不可調緩沖缸單活塞桿雙活塞桿雙作用液壓缸可輸出小于360°或180°的旋轉運動擺動缸64.1直線運動執(zhí)行元件重慶大學液壓與氣動－楊陽用于缸的直徑受限制，長度不受限制處，能獲得較大推力氣—液轉換器氣壓力轉換成大體相等的液壓力齒條傳動缸活塞的往復運動轉換成齒輪的往復回轉運動串聯(lián)缸增壓缸由A腔進油驅動，使B輸出高壓油源單向液壓驅動，由彈簧力復位彈簧復位缸組合缸7只有一腔能進出壓力油，活塞（缸體）只能依靠液壓力作單向運動，回程需借助自重/外力的液壓缸。單作用式液壓缸單作用式又分為無彈簧式附彈簧式柱塞式4.1直線運動執(zhí)行元件重慶大學液壓與氣動－楊陽套筒式活塞式8兩腔均能進出壓力油，活塞（缸體）能作正、反兩個方向移動。雙作用式又分為：雙作用式液壓缸雙活塞桿式單活塞桿式重慶大學液壓與氣動－楊陽活塞式套筒式9柱塞式液壓缸單活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸伸縮套筒式液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽動畫1動畫2單作用式液壓缸10單活塞桿式液壓缸雙活塞桿式液壓缸伸縮式液壓缸彈簧復位式液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽雙作用式液壓缸11增壓缸串聯(lián)式液壓缸齒輪缸重慶大學液壓與氣動－楊陽增速缸組合液壓缸12雙葉片擺動缸重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸單葉片擺動缸擺動液壓缸133-3液壓缸柱塞式液壓缸(柱塞缸)大都為單作用式（只有一個油口），單向驅動，柱塞的回程靠外力（重力，彈簧力）實現(xiàn)。柱塞較粗，受力較好，柱塞不與缸筒內壁接觸，加工工藝性好。千斤頂液壓缸，叉車舉升液壓缸，起重機變幅和伸縮液壓缸。重慶大學液壓與氣動－楊陽143-3液壓缸2．

活塞式液壓缸（活塞缸）1）單作用活塞式液壓缸只有一個油口，實現(xiàn)單向液壓驅動（伸出）；縮回靠外力（彈簧力，重力）實現(xiàn)；離合器油缸，制動器油缸等。重慶大學液壓與氣動－楊陽152）雙作用活塞式液壓缸：有兩只油口，實現(xiàn)雙向驅動（輸出或縮回）。（1）單活塞桿液壓缸：無桿腔進油、有桿腔回油―牽引力大，速度低―工作行程有桿腔進油、無桿腔回油－牽引力小，速度高―返回行程活塞桿輸出和縮回速度不相等。有桿腔和無桿腔同時進油－差動油缸－活塞桿伸出―牽引力小，速度高―快進單活塞桿雙作用缸具有快伸、慢伸和快縮三種工作狀態(tài)。3-3液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽163-3液壓缸（2）雙活塞桿液壓缸

兩工作腔有效液壓作用面積相等，伸出和縮回時的牽引力和速度都相同。用作磨床工作臺和龍門刨床工作臺驅動液壓缸。重慶大學液壓與氣動－楊陽173-3液壓缸3．伸縮套筒式液壓缸（伸縮套筒缸）由于各級套筒有效作用面積不等，伸出時各級套筒按直徑先大后小順序伸出，回程則是按直徑先小后大順序縮回。

全伸時較長，全縮時較短―結構緊湊，行程大。廣泛應用于起重機伸縮式起重臂中。重慶大學液壓與氣動－楊陽雙作用式單作用式183-3液壓缸4．回轉擺動缸（擺動缸）：能實現(xiàn)小于360°的回轉擺動。單葉片式擺動缸：最大擺角300°，轉速高，扭矩?。浑p葉片式擺動缸：最大擺角150°，轉速低，扭矩大；在半回轉式機械中應用較多。重慶大學液壓與氣動－楊陽19增壓缸串聯(lián)式液壓缸齒輪缸重慶大學液壓與氣動－楊陽增速缸組合液壓缸203-3液壓缸二、液壓缸工作原理

將輸入的油液壓力能轉換為伸出的直線往復運動或回轉擺動的機械能。液壓缸的工作速度取決于輸入流量和有效作用面積，由于液壓缸有效作用面積一定，只能通過改變輸入流量進行速度調節(jié)。液壓缸的牽引力取決于供油壓力和有效作用面積，而供油壓力由外載荷決定。重慶大學液壓與氣動－楊陽213-3液壓缸1.雙作用單活塞桿液壓缸1)速度度與流量的關系無桿腔進油：（慢速伸出）有桿腔進油：（快速縮回）差動連接：（快速伸出）2)牽引力與壓力的關系無桿腔進油：（活塞桿受壓）有桿腔進油：（活塞桿受拉）差動連接：（活塞桿受壓）重慶大學液壓與氣動－楊陽223-3液壓缸由于雙作用單活塞桿液壓缸的有桿腔和無桿腔作用面積不等，往復運動的牽引力和速度不同。速度：V2,V3>V1V2，V3關系如何？牽引力：F3,F2<F1F2，F(xiàn)3關系如何？重慶大學液壓與氣動－楊陽233-3液壓缸2.伸縮套筒式液壓缸缸由兩級以上液壓缸組合而成，前一級的活塞就是后一級的缸筒。

1）速度和流量的關系

第i節(jié)缸伸出：由大到小依次伸出第i節(jié)缸縮回：由小到大依次縮回2）牽引力和壓力的關系第i節(jié)缸伸出：第i節(jié)缸縮回：重慶大學液壓與氣動－楊陽243-3液壓缸伸出時按面積先大后小，推力逐漸減小，速度逐漸增加；縮回時按面積先小后大，推力逐漸增加，速度逐漸減小。完全伸出時尺寸大,完全縮回時尺寸短，因此結構緊湊，行程大。伸縮套筒缸重慶大學液壓與氣動－楊陽253-3液壓缸4.回轉擺動缸與葉片馬達的區(qū)別：活塞為葉片；無配流功能，高低壓腔有隔離塊，葉片無伸縮只有擺動；<360°擺動。1)單葉片擺動缸：（<300°）回轉速度：輸出轉矩：

輸出轉速高而輸出扭矩小。重慶大學液壓與氣動－楊陽263-3液壓缸2）雙葉片擺動缸：（<150°）回轉速度：輸出轉矩：

與相同尺寸的單葉片擺動缸相比，輸出轉速降低一半而輸出扭矩增加一倍。重慶大學液壓與氣動－楊陽27

3-3液壓缸三．液壓缸結構特點1.柱塞缸（叉車舉升缸）：由柱塞，缸筒，導向套，缸底，壓蓋，密封圈等組成。柱塞為無縫鋼管，表面鍍烙，耐磨防繡；柱塞由導向套導向，缸筒內壁無須加工；缸筒上部有排氣裝置，排除混入油中的空氣，防止振動噪聲和爬行；缸底支撐在球面軸承上，保證中心受壓；球面支承周圍設有彈簧，減振緩沖；密封裝置：柱塞－缸筒－V形密封圈（動密封）；缸底－缸筒－o形密封圈（固定密封）。防塵裝置：壓蓋內有防塵圈，清除柱塞外露表面的污泥。重慶大學液壓與氣動－楊陽283.伸縮式液壓缸具有二級或多級活塞，如伸縮式缸活塞伸出順序從大到小，而空載縮回的順序則一般從小到大?？蓪崿F(xiàn)較長的行程，而縮回時長度較短，結構較為緊湊。常用于工程機械和農業(yè)機械上。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸293-3液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽303-3液壓缸起重機起重臂伸縮套筒缸重慶大學液壓與氣動－楊陽313-3液壓缸單葉片回轉擺動缸重慶大學液壓與氣動－楊陽32重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸334.2液壓缸1.活塞缸單活塞桿液壓缸只有一端有活塞桿。兩端進出口油口A和B都可通壓力油或回油，以實現(xiàn)雙向運動，故稱為雙作用缸。重慶大學液壓與氣動－楊陽343-3液壓缸2.活塞缸（雙作用單活塞桿液壓缸）由缸底、缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿、導向套、支承耳環(huán)等組成；

連接方式：缸筒－缸底：焊接，法蘭連接缸筒－缸蓋：螺紋連接，法蘭連接，卡鍵連接活塞－活塞桿：螺紋連接，卡鍵連接耳環(huán)－活塞桿：螺紋連接，焊接

活塞上裝有支承環(huán)（尼龍材料），防止缸筒內壁拉傷；缸蓋后面設有導向套，保證活塞桿沿軸心運動，不偏心；

密封裝置：缸筒－缸蓋：o形密封圈（固定密封）活塞－活塞桿：o形密封圈（固定密封）活塞桿－缸蓋：Y或V形密封圈（動密封）活塞－缸筒:一對背靠背Y形密封圈（動密封）

防塵裝置

排氣裝置緩沖裝置重慶大學液壓與氣動－楊陽35重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸36

3-3液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽373-3液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽缸筒－缸蓋連接方式383-3液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽活塞－活塞桿連接方式393-3液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽活塞桿－缸筒連接方式40缸筒和缸蓋1）缸筒主要是由鋼材制成，缸筒內要經過精細加工，表面粗糙度Ra<0.08m，以減少密封件的摩擦。2）蓋板：通常由鋼材制成，有前端蓋和后端蓋，安裝在缸筒的前后兩端，蓋板和缸筒的連接方法有焊接、拉桿、法蘭、羅紋連接等。液壓缸典型結構重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸41活塞和活塞桿活塞的材料通常用鋼或鑄鐵，也可采用鋁合金。活塞應有一定的導向長度，一般取活塞長度為缸筒內徑的（0.6～1.0）倍?；钊麠U是由鋼材做成實心桿或空心桿，表面經淬火再鍍鉻處理并拋光。短行程的液壓缸的活塞桿與活塞做成一體。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸42卡環(huán)式連接活塞桿上開有一個環(huán)形槽，槽內裝有兩個半圓環(huán)3以夾緊活塞4，半環(huán)3由軸套2套住，而軸套2的軸向位置用彈簧卡圈1來固定。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸43活塞與活塞桿的連接螺母連接結構簡單，適用負載較小，受力無沖擊的缸中，安裝方便可靠，但在活塞桿上車螺紋將削弱其強度。法蘭連接高壓，需焊接法蘭盤，較復雜結構簡單，軸向尺寸緊湊，但損壞后需整體更換整體式重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸443-3液壓缸重慶大學液壓與氣動－楊陽缸筒－缸頭連接方式453-3液壓缸液壓缸工作速度較高時，活塞接近行程終點時，將與缸底或缸蓋發(fā)生機械碰撞，引起沖擊并使構件受損。

設置緩沖裝置的目的：

使活塞接近終端時，增達回油阻力，減緩運動件的運動速度，避免沖擊。緩沖裝置的兩種型式：間隙緩沖，閥式緩沖。緩沖裝置重慶大學液壓與氣動－楊陽46緩沖裝置作用：防止活塞在行程的終點與前后端蓋板發(fā)生碰撞，引起噪音，影響工件精度或使液壓缸損壞。前后端蓋上設緩沖裝置

緩沖原理：利用節(jié)流方法在液壓缸的回油腔產生阻力，減小速度，避免撞擊。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸47

3-3液壓缸間隙緩沖（節(jié)流緩沖）重慶大學液壓與氣動－楊陽48放氣裝置在安裝過程中或停止工作的一段時間后，空氣將滲入液壓系統(tǒng)內，缸筒內如存留空氣，將使液壓缸在低速時產生爬行、顫抖現(xiàn)象，換向時易引起沖擊，因此在液壓缸結構上要能及時排除缸內留存的氣體。雙作用式液壓缸不設專門的放氣孔,將液壓油出入口布置在前后蓋板的最高處。大型雙作用式液壓缸則必須在前后端蓋板設放氣栓塞。對于單作用式液壓缸液壓油出入口一般設在缸筒底部，在最高處設放氣栓塞。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸49雙活塞桿式液壓缸1—活塞桿2—堵頭3—托架4、17—V形密封圈5、14—排氣孔6、19—導向套7—O形密封圈8—活塞9、22—錐銷10—缸體11、20—壓板12、21—鋼絲環(huán)13、23—紙墊15—活塞桿16、25—壓蓋18、24—缸蓋雙活塞桿液壓缸的兩端都有活塞伸出，組成與單活塞桿液壓缸基本相同。缸筒與缸蓋用法蘭連接，活塞與缸筒內壁之間采用間隙密封。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸50重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸51徑向銷式連接用錐銷1把活塞2固連在活塞桿3上。特別適用于雙出桿式活塞。

重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸52密封裝置用以防止油液的泄漏，包括活塞、活塞桿處的動密封和缸蓋等處的靜密封，采用的密封件有O形環(huán)、V形密封、U形密封、Y形密封和活塞環(huán)等。密封裝置重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸53液壓缸的設計和計算

選擇結構類型，按負載情況、運動要求、最大行程等確定其主要工作尺寸，進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算，最后再進行結構設計。

液壓缸的設計內容和步驟(1)選擇液壓缸的類型和各部分結構形式

(2)確定液壓缸的工作參數(shù)和結構尺寸(3)結構強度、剛度的計算和校核(4)導向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設計(5)繪制裝配圖、零件圖、編寫設計說明書重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸54計算液壓缸的結構尺寸三個主要結構尺寸缸筒內徑D活塞桿外徑d缸筒長度L(1)缸筒內徑D負載工作壓力往返速度比有效工作面積缸筒內徑D取標準值①以無桿腔作工作腔時重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸55②以有桿腔作工作腔時(2)活塞桿外徑d先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結構強度和穩(wěn)定性。(3)缸筒長度L由最大工作行程長度加上各種結構需要來確定L=l+B+A+M+C最大工作行程活塞寬度一般為(0.6-1)D桿導向長度取(0.6-1.5)D

活塞桿密封長度其他長度重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸56(4)最小導向長度的確定活塞桿全部外伸時，活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離。保證穩(wěn)定性的最小長度H≥L/20+D/2

重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸57隔套寬度C強度校核在高壓系統(tǒng)中必須對液壓缸的缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑進行強度校核。中低壓系統(tǒng)，無需校核。(1)缸筒壁厚校核D/δ≥10時，壁厚按薄壁進行校核：δ＞=py

D/2[σ]

D/δ＜10，按壁厚進行校核重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸58(2)活塞桿直徑校核(3)液壓缸蓋固定螺栓直徑校核穩(wěn)定性校核F<

Fk緩沖計算重慶大學液壓與氣動－楊陽4.2液壓缸594.3氣缸

氣缸的分類及工作原理1.氣缸的分類氣缸主要由缸筒、活塞桿、前后端蓋及密封件等組成氣缸的種類很多，分類的方法也不同，一般可按壓縮空氣作用在活塞端面上的方向、結構特征和安裝形式來分類。2.氣缸的工作原理雙作用是指活塞的往復運動均由壓縮空氣來推動。在單伸出活塞桿的動力缸中，因活塞右邊面積比較大，當空氣壓力作用在右邊時，提供一慢速的和作用力大的工作行程；返回行程時，由于活塞左邊的面積較小，所以速度較快而作用力變小。此類氣缸的使用最為廣泛，一般應用于包裝機械、食品機械、加工機械等設備上。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.3氣缸60重慶大學液壓與氣動－楊陽4.3氣缸61重慶大學液壓與氣動－楊陽4.3氣缸62重慶大學液壓與氣動－楊陽4.3氣缸63重慶大學液壓與氣動－楊陽4.3氣缸64重慶大學液壓與氣動－楊陽4.3氣缸65重慶大學液壓與氣動－楊陽66重慶大學液壓與氣動－楊陽4.3氣缸673.氣缸的選用1）根據(jù)工作任務對機構運動要求，選擇氣缸的結構形式及安裝方式。2）根據(jù)工作機構所需力的大小來確定活塞桿的推理和拉力。3）根據(jù)工作機構任務的需求，確定行程。一般不使用滿行程。4）

推薦氣缸工作速度在0.5-1m/s左右，并按此原則選擇管路及控制元件。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.3氣缸68重慶大學液壓與氣動－楊陽69液壓馬達的工作過程與液壓泵相反。在液壓馬達中輸入的是油液的壓力能（p,Q），輸出的是旋轉的機械能（M,n）。

在一般情況下，任何一種容積式液壓泵（閥式配流除外）都可作為液壓馬達使用，具有可逆性。但某些液壓泵為了改善其性能在結構上采取了一些措施，限制了其可逆性。

重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達70

液壓馬達基本工作條件：1.進回油腔要隔開；2.進回油腔必須產生總的不平衡力矩；3.進回油腔密封容積的變化要與配流方式相協(xié)調。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達71液壓馬達必須具有密封工作腔，液壓馬達利用密封工作腔的容積變化進行工作。工作腔容積增加時，壓力油進入工作腔，在壓力油作用下，馬達軸旋轉并輸出力矩；工作腔容積減小時，油液受到擠壓排入油箱。液壓馬達的密封工作腔分為進油腔和回油腔，馬達工作過程中進油腔容積增加，與液壓泵出口相通，油液壓力較高；回油腔容積減小，與油箱相通，油液壓力較低。為保證馬達連續(xù)運轉并輸出力矩，應采用適當?shù)呐淞鞣绞绞侨莘e增加的工作腔（進油腔）始終與壓力油相通，容積減小的工作腔（回油腔）始終與油箱相通。

重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達72液壓馬達輸出轉矩與進回油腔的壓力差和工作腔容積的變化有關；輸出轉速與輸入流量和工作腔容積的變化有關。

液壓馬達的定義：利用密封工作容積的變化實現(xiàn)進油和回油，將壓力能轉化為克服負載的旋轉機械能（液壓執(zhí)行元件）。

液壓馬達的作用：液壓執(zhí)行元件

1)提供滿足負載速度所需的馬達轉速；

2)提供克服負載所需的力矩。

重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達73

液壓泵和液壓馬達的共同點：

原理上馬達和泵是可逆的，結構上馬達和泵是相似的。液壓泵和液壓馬達都是能量轉換元件，都是利用密封容積的變化進行工作的（容積式液壓元件）。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達74液壓馬達與液壓泵的區(qū)別從原理上講，液壓泵與液壓馬達可以互換，但結構有差異1、泵的進油口比出油口大，馬達的進、出油口相同；2、結構上要求泵有自吸能力；3、馬達要正反轉，結構具有對稱性；泵單方向轉，不要對稱；4、要求馬達的結構及潤滑，能保證在寬速度范圍內正常工作；5、液壓馬達應有較大的起動扭矩和較小的脈動。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達75泵和馬達的不同點：泵是能源裝置，馬達是執(zhí)行元件；泵進口尺寸大于出口；馬達進出油口尺寸相同。泵的結構需保證自吸能力，而馬達無此要求。馬達需要正反轉（內部結構需對稱），泵一般是單向旋轉。馬達轉速范圍很寬，對軸承要求高。泵的轉速較高但變化小。泵容積效率要高；馬達機械效率要高，內部摩擦小。液壓馬達容積效率比泵低，泵轉速較高，馬達輸出轉速較低。液壓泵連續(xù)運轉，油溫變化較小，馬達經?？辙D或停轉，受頻繁的溫度沖擊。泵與原動機裝在一起，主軸不受額外的徑向負載。而馬達直接裝在輪子上或與皮帶、鏈輪、齒輪相連接時，主軸將受較高的徑向負載。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達76三、液壓馬達的主要性能參數(shù)（一）

液壓馬達的主要工作參數(shù)液壓馬達的主要工作參數(shù)：流量和壓力、轉速和扭矩。1．

壓力工作壓力p－馬達輸入油液的壓力（進口壓力）。在計算時應是馬達進口壓力和出口壓力之差Dp（MPa）。額定壓力pn－正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定連續(xù)運轉的最高壓力即額定壓力，超過這個最高壓力就叫做超載。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達772.馬達的排量和流量

（1）排量q

不考慮泄漏的情況下，液壓馬達每轉一轉（或弧度）所需輸入液體的體積（cm3/r或m3/rad）。馬達的排量只取決于馬達的結構幾何尺寸（理論排量或幾何排量）。

（2）流量（輸入流量）Q

理論流量Qt：不計泄漏的情況下單位時間內吸入油液的體積（L/min）。

實際流量Q：考慮泄漏的情況下單位時間內吸入油液的體積（L/min）。

實際流量大于理論流量。

額定流量Qn：

在額定轉速和額定壓力下輸入到馬達的流量。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達783．馬達轉速理論轉速nt和理論角速度：不考慮泄漏時的角速度和轉速。（q的單位cm3/r）（q的單位m3/rad）實際轉速n和實際角速度w：考慮泄漏時的角速度和轉速。實際轉速和角速度小于理論值。（q的單位cm3/r）（q的單位m3/rad）重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達794.馬達轉矩理論轉矩Mt：不考慮摩擦損失時的馬達輸出轉矩。（q的單位cm3/r）（q的單位m3/rad）

實際轉矩M：考慮摩擦損失時的馬達輸出轉矩。

實際轉矩M小于理論轉矩Mt。

（q的單位cm3/r）（q的單位m3/rad）重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達805．馬達功率和效率

理論輸出功率實際輸出功率機械效率容積效率馬達總效率重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達81（二）液壓馬達的使用性能

起動性能馬達起動性能由起動扭矩和起動效率描述。起動效率低，起動扭矩就小，馬達起動性能就差。起動扭矩和起動機械效率的大小，除與摩擦力矩有關外，還受扭矩脈動性的影響。

制動性能馬達容積效率直接影響馬達的制動性能，若容積效率低，泄漏大，馬達的制動性能就差（因泄漏不可避免，常設其他制動裝置）。

最低穩(wěn)定轉速最低穩(wěn)定轉速是液壓馬達在額定負載下，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象的最低轉速。

要求馬達“起動扭矩要大”，“穩(wěn)定速度要低”（一般希望最低穩(wěn)定速度越小越好）。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達82四、液壓馬達類型和特點1.按轉速和轉矩變化特點，液壓馬達分為

高速液壓馬達；低速液壓馬達。

1)高速液壓馬達：額定轉速高于500r/min

基本形式：齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。主要特點：排量較小，轉速較高，便于起動、制動和控制，靈敏度高，輸出扭矩?。咚傩∨ぞ匾簤厚R達。

2)低速液壓馬達：額定轉速低于500r/min

基本形式：徑向柱塞式，包括例如曲軸連桿式、靜壓平衡式和多作用內曲線式等。

主要特點：排量大，體積大，轉速低，扭矩大－－低速大扭矩液壓馬達。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達832.液壓馬達根據(jù)其排量是否可變分為：

1)定量液壓馬達：馬達排量不變

2)變量液壓馬達：馬達排量可變3.液壓馬達根據(jù)其結構型式不同可分為：

1)齒輪馬達

2)葉片馬達

3)柱塞馬達（軸向柱塞馬達和徑向柱塞馬達）重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達84一、齒輪馬達（一）齒輪馬達的工作原理齒輪馬達由一對相互嚙合的齒輪，前后端蓋、殼體和輸出軸等部件組成。密封工作腔A、B的形成。

A輸入的壓力油作用在各齒面上，由于作用的齒高不同，產生不平衡轉矩。油液作用與輪齒的力：

x,y為嚙合處的嚙合半徑。

F1、F2產生的轉矩：

在M1和M2作用下，兩齒輪沿圖示方向旋轉，輸出總轉矩

該轉矩與負載轉矩平衡，使馬達穩(wěn)定運轉。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達85重慶大學液壓與氣動－楊陽齒輪馬達工作原理4.5液壓馬達86隨著齒輪的旋轉，由于嚙合半徑x,y永遠小于齒頂圓半徑，則A腔的容積增加，高壓油不斷輸入（進油過程），B腔容積不斷減小，油液經出口擠壓回油箱（回油過程）。

A腔容積增加，進油腔（高壓腔）――進油過程

B腔容積減小，回油腔（低壓腔）――回油過程馬達進口接高壓油，出口為低壓油（接油箱）（與齒輪泵相反）；

馬達進口壓力取決于負載大小，負載越大，壓力越高，負載為零，壓力為零；回油腔的油液靠輪齒擠壓回到油箱，其壓力高于油箱壓力，具有一定的回油背壓。

重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達87重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達88（二）齒輪馬達的轉矩和轉速瞬時輸出轉矩

式中

Dp

為進出口壓差。外嚙合齒輪馬達的瞬時輸出轉矩與齒輪泵的瞬時流量變化規(guī)律相同，存在著扭矩脈動，脈動系數(shù)與齒輪泵的流量脈動系數(shù)相同。齒輪馬達扭矩脈動較大，均勻性差，扭矩脈動引起壓力脈動和轉速脈動，工作平穩(wěn)性差，不宜在低速下工作（高速馬達）。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達892.平均輸出扭矩3.瞬時輸出轉速

nu隨f變化，又因為Q在一般情況下存在脈動，故nu同樣存在脈動，馬達低速時，轉速脈動會導致低速爬行（在額定負載下低速時所出現(xiàn)的轉速不均勻、抖動或時轉時停的現(xiàn)象），因此不宜用作低速場合。

4.平均輸出轉速

重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達90齒輪馬達的結構特點結構特點與馬達的使用要求決定，使用要求：需正反轉和帶載啟動。為保證正反轉性能一致，進回油口尺寸相同，油道對稱；為降低摩擦損失，改善啟動性能，常采用滾針軸承和固定側板；齒數(shù)較多，Z14，以減小扭矩脈動，改善低速穩(wěn)定性；將泄漏油通過專門油道引至油箱（外泄漏）（原因？）；浮動配流盤和油困卸荷槽結構必須符合馬達正反轉要求。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達91二、雙作用葉片馬達（一）雙作用葉片馬達工作原理雙作用葉片馬達由轉子、定子、葉片、配流盤、輸出軸、殼體和端蓋等組成。位于高壓腔A中的葉片兩側受力相同，而腔與高壓腔A和低壓腔B間的葉片兩側受力不同，產生作用力和作用力矩，帶動葉片使轉子（輸出軸）克服負載轉動。轉動時，高壓腔A內的葉片輸出，A腔容積增加，實現(xiàn)進油（進油過程），同時低壓腔B內的葉片縮回，容積減小將油液排回油箱（回油過程）。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達92重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達93（二）雙作用葉片馬達結構特點

：轉子兩側面開有環(huán)形槽，其間放置燕式彈簧5。彈簧套在銷子4上，并將葉片壓向定子的內表面，防止起動時高、低壓腔互相串通，保證馬達有足夠的起動扭矩輸出。為了保證馬達正、反轉變換進、出油口時，葉片底部總是通高壓油，以保證葉片與定子緊密接觸，用了一組特殊結構的單向閥（梭閥）。葉片沿轉子體徑向布置，進、出油口大小相同，葉片頂部呈對稱圓弧型，以適應正、反轉要求。

體積小，轉動慣量小，因此動作靈敏，允許頻繁換向。泄漏較大，不能在低轉速下工作。一般用于高轉速、低扭矩以及動作要求靈敏的場合。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達94重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達95重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達96重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達97

葉片泵葉片馬達葉片安置葉片前傾或后傾葉片徑向安裝以適應正反轉起動彈簧沒有起動彈簧，葉片依靠根部的壓力油和離心力作用壓緊在定子內表面上轉子兩側環(huán)型槽內裝有扭力彈簧使葉片頂緊定子，保證起動密封葉片根部油壓葉片根部不一定通高壓油（在高壓區(qū)時是高壓油，低壓區(qū)時是低壓油）保證葉片根部始終通壓力油泄漏油回油方式對泄漏油采用內部回油對泄漏油采用外部回油進出油口進油口等于或大于出油口進出油口一樣大重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達98三、軸向柱塞馬達（一）軸向柱塞馬達的工作原理當高壓油以壓力p進入馬達的高壓腔A后，滑靴受到p.S的作用壓向斜盤，其反作用力為N；

N可分解為兩個力，分力P沿柱塞軸線向右，與柱塞所受的油壓力平衡；另一分力T與柱塞的軸線垂直向上，產生力矩M=Tr驅動缸體（輸出軸）克服負載作功。

馬達的瞬時輸出扭矩是周期變化的，存在扭矩脈動，脈動系數(shù)與泵的流量脈動系數(shù)相同。馬達的瞬時轉速也是周期變化的，存在著轉速脈動。軸向柱塞馬達一般是高速馬達。重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達99重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達PTNT100重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達101四、徑向柱塞馬達（低速大扭矩馬達）重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達102

3-2液壓馬達液壓馬達功率：當功率P一定時，轉速n和轉矩M呈雙曲線變化規(guī)律。轉速低，轉矩就大；轉速高，轉矩就小。因此按照轉速和轉矩的變化特點可將液壓馬達按工況分為兩種類型：高速液壓馬達：額定轉速高于500r/min液壓馬達（齒輪馬達、葉片馬達和軸向柱塞馬達）。

低速液壓馬達：額定轉速低于500r/min液壓馬達（徑向柱塞馬達）。重慶大學液壓與氣動－楊陽103

3-2液壓馬達（一）實現(xiàn)低速大扭矩的措施

馬達轉矩提高Dp受到材料強度、密封性能和零件壽命的限制；增加排量q是主要方向。

馬達排量d:柱塞直徑；h：柱塞有效行程；Z：單排柱塞數(shù)；X：作用數(shù)；Y:柱塞排數(shù)（Y<3）。

增加h會導致柱塞受力惡化和外形尺寸大，增加Y會增加軸向尺寸，一般Y<3；所以在徑向柱塞馬達中，增加d、Z和X是實現(xiàn)低速大扭矩的主要措施。重慶大學液壓與氣動－楊陽104

3-2液壓馬達（二）低速速大扭矩馬達的種類

曲軸連桿式馬達：增加柱塞有效直徑d；

靜力平衡式馬達：增加柱塞有效直徑d；

－－單作用徑向柱塞馬達

內曲線多作用式馬達：增加單排柱塞數(shù)Z和作用數(shù)X。

可以通過加設偏心套等結構獲得無級調速；采用改變有效作用柱塞數(shù)、排數(shù)或作用數(shù)獲得有級調速。

重慶大學液壓與氣動－楊陽105

3-2液壓馬達1.單作用曲軸連桿式馬達（Staffa馬達）（1）基本組成馬達殼體、柱塞、連桿、曲軸、配流軸和輸出軸等。在殼體1的圓周放射狀均布了五個（或七個）缸。缸中的柱塞2通過球鉸與連桿3相連接。連桿端部的鞍型圓柱面與曲軸4的偏心輪（偏心輪的圓心為o，它與曲軸旋轉中心o1的偏心距e＝oo1）相接觸。曲軸的一端通過十字接頭與配流軸5相連。配流軸上“隔墻”兩側分別為進油腔和排油腔。

重慶大學液壓與氣動－楊陽106重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達107

重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達108重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達109

3-2液壓馬達AB重慶大學液壓與氣動－楊陽動畫2動畫1110

3-2液壓馬達重慶大學液壓與氣動－楊陽111重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達112重慶大學液壓與氣動－楊陽4.5液壓馬達113

3-2液壓馬達（2）工作原理高壓油進入馬達的進油腔后，經殼體的槽①、②、③引到相應的柱塞缸①、②、③中去。高壓油產生的液壓力作用與柱塞頂部，并通過連桿傳遞到曲軸的偏心輪上。例如柱塞缸①②③作用偏心輪上的力為N，這個力的方向沿著連桿的中心線，指向偏心輪的中心o。作用力N可分解為兩個力：法向力FN（力的作用線與連心線重合）和切向力T。各切向力T對與曲軸的旋轉中心o產生總扭矩M，使曲軸繞中心逆時針方向旋轉。曲軸旋轉時，缸①、②、③的容積增大，④、⑤的容積變小，油液通過殼體油道④、⑤經配流軸的排油腔排出。當配流軸隧馬達轉過一個角度后配流軸“隔墻”封閉了油道③，此時缸③與高、低壓腔均不相通，缸①、缸②通高壓油，使馬達產生扭矩，缸③和缸⑤排油。當曲軸連同配流軸再轉過一個角度后，缸⑤、①、②通高壓油，使馬達產生扭矩，缸③、④排油。由于配流軸隨曲軸一起旋轉，進油腔和排油腔分別依次與各柱塞缸接通，從而保證曲軸連續(xù)旋轉。重慶大學液壓與氣動－楊陽114

3-2液壓馬達重慶大學液壓與氣動－楊陽115

3-2液壓馬達

注意：若將進、出油口交換，馬達就反轉；若將曲軸固定，進、排油直接接通到配流軸中，即可使外殼旋轉。

A、B槽同時接高壓油或低壓油，馬達無轉矩輸出（浮動，由輪工況）

馬達排量：重慶大學液壓與氣動－楊陽116

3-2液壓馬達（3）存在的問題及措施

問題：

徑向力不平衡；接觸比壓大；摩擦損失大，啟動扭矩??；低速穩(wěn)定性差。

措施：

在連桿－柱塞和連桿與曲軸處采用靜平衡結構，形成油膜接觸和靜壓支承；

增加連桿小端的球頭直徑，降低接觸比壓，減小磨損；改善材料性能，40Cr、HRC45，底面澆巴氏合金。這種結構形式的缸徑為100mm的馬達，額定角速度達17.5rad/s，容積效率達95％，總效率達90％，起動機械效率可達88％～98％，最低穩(wěn)定角速度達0.3rad/s。重慶大學液壓與氣動－楊陽117

3-2液壓馬達2.靜平衡馬達（1）組成：殼體、五星輪、柱塞、配流盤（傳動軸）等。在殼體2內沿圓周均勻布置了五個（或七個）柱塞缸，五個柱塞分別裝柱塞腔內。

取消了連桿，由套裝在曲軸偏心圓上的五星輪代替連桿。五星輪和偏心圓間可以相對轉動，五星輪只作平面運動。五星輪上的五個徑向孔中各裝壓力環(huán)。柱塞是空心的，依靠彈簧和油壓作用力，使柱塞底面緊貼在壓力環(huán)表面。曲軸一端為輸出端，另一端開有兩條環(huán)槽C、D分別與殼體上的進回油口相通，取消了配流軸，只在偏心圓上開出兩道切槽A、B來實現(xiàn)配流。重慶大學液壓與氣動－楊陽118

3-2液壓馬達重慶大學液壓與氣動－楊陽119

3-2液壓馬達重慶大學液壓與氣動－楊陽120

3-2液壓馬達（2）工作原理（3）結構特點

五星輪、壓力環(huán)和柱塞之間的配合面并不傳力，主要起防泄漏作用。

柱塞、壓力環(huán)和五星輪等主要零件間實現(xiàn)了靜壓平衡，減小了接觸應力，減少了磨損，提高了機械效率和啟動扭矩效率（95%），低速穩(wěn)定性較好，最低穩(wěn)定轉速可達2r/min。重慶大學液壓與氣動－楊陽121

3-2液壓馬達重慶大學液壓與氣動－楊陽122

3-2液壓馬達重慶大學液壓與氣動－楊陽123

3-2液壓馬達3.多作用內曲線徑向柱塞式液壓馬達

（1）組成：殼體（定子）、缸體（轉子）、配流軸、柱塞、滾輪組和輸出軸等。定子的導軌由X條相同的曲面，每一段曲面分a、b兩段；配流軸有2X個徑向孔，交替分為兩組，每一組X個徑向孔分別與A、B相通，對準曲面中的a、b段；Z個柱塞，頂部裝有滾輪，在壓力油作用下，通過柱塞、橫梁和滾輪作用于導軌曲面，使缸體旋轉。

重慶大學液壓與氣動