液壓泵和液壓馬達設(shè)計

1、2 液壓泵和液壓馬達2.1 液壓泵、馬達概述2.2 齒輪泵2.3 葉片泵2.4 柱塞泵2.5 液壓馬達2.6 液壓泵及液壓馬達的工作特點本章習(xí)題內(nèi)容提要：本章主要內(nèi)容為 液壓泵和液壓馬達的工作原理與性能參數(shù)。齒輪式、葉片式、柱塞式液壓泵。高速液壓馬達及低速大扭矩馬達。通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握這幾種泵和馬達的工作原理（泵是如何吸油、壓油和配流的，馬達怎樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩）、結(jié)構(gòu)特點、及主要性能特點；了解不同類型的泵馬達之間的性能差異及適用范圍，為日后正確選用奠定基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容：本章首先介紹液壓泵和馬達的工作原理，接著介紹了齒輪泵及齒輪馬達、葉片泵及葉片馬達、柱塞泵及柱塞馬達的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，最

2、后簡介幾種泵和馬達的工作特點。教學(xué)重點：1對容積式泵和馬達工作原理進行闡述，對容積式泵和馬達的效率進行計算；2介紹幾種泵和馬達：齒輪泵及齒輪馬達、葉片泵及葉片馬達、柱塞泵及柱塞馬達的基本結(jié)構(gòu)、工作原理與效率；3簡介幾種泵和馬達的工作特點、優(yōu)缺點與應(yīng)用領(lǐng)域。教學(xué)難點： 1泵馬達的基本原理及效率計算； 2柱塞泵及柱塞馬達基本結(jié)構(gòu)與工作原理；3分析馬達產(chǎn)生輸出扭矩的方法。教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體素材來表示抽象概念，利用泵和馬達的拆裝實驗，了解液壓泵和馬達的結(jié)構(gòu)及工作原理。教學(xué)要求：重點掌握泵馬達的基本原理及效率計算，了解葉片泵及葉片馬達、齒輪泵及齒輪馬達的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

3、，掌握柱塞泵及柱塞馬達基本結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握分析馬達產(chǎn)生輸出扭矩的方法。 2.1 液壓泵、馬達概述2.1.1 容積式泵、馬達的工作原理液壓泵和液壓馬達都是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。液壓泵由原動機驅(qū)動，把輸入的機械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng)中去，它是液壓系統(tǒng)的動力源；液壓馬達則將輸入的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，以扭矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機構(gòu)做功，是液壓傳動系統(tǒng)的執(zhí)行元件。圖2.1容積泵的工作原理 在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓泵和液壓馬達都是容積式的，依靠容積變化進行工作。圖2.1為容積式泵的工作原理簡圖，凸輪1旋轉(zhuǎn)時，柱塞2在凸輪和彈簧3的作用下，在缸體的柱塞孔

4、內(nèi)左、右往復(fù)移動，缸體與柱塞之間構(gòu)成了容積可變的密封工作腔4。柱塞向右移動時，工作腔容積變大，產(chǎn)生真空，油液便通過吸油閥5吸入；柱塞2向左移動時，工作腔容積變小，已吸入的油液便通過壓油閥6排到系統(tǒng)中去。在工作過程中。吸、排油閥5、6在邏輯上互逆，不會同時開啟。由此可見，泵是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。液壓馬達是實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，從原理上講，向容積式泵中輸入壓力油，迫使其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，就成為液壓馬達，即容積式泵都可作液壓馬達使用。但在實際中由于性能及結(jié)構(gòu)對稱性等要求不同，一般情況下，液壓泵和液壓馬達不能互換。液壓泵按其在單位時間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定量泵和變量泵兩類；按結(jié)

5、構(gòu)形式可以分為齒輪式，葉片式和柱塞式三大類；液壓馬達也具有相同的形式。根據(jù)工作腔的容積變化而進行吸油和排油是液壓泵的共同特點，因而這種泵又稱為容積泵。構(gòu)成容積泵必須具備以下基本條件：（1） （1）    結(jié)構(gòu)上能實現(xiàn)具有密封性能的可變工作容積。（2） （2）    工作腔能周而復(fù)始地增大和減??；當(dāng)它增大時與吸油口相連，當(dāng)它減小時與排油口相通。（3） （3）    吸油口與排油口不能溝通，即不能同時開啟。從工作過程可以看出，在不考慮油漏的情況下，液壓泵在每一工作周期中吸入或排出的油液體積只取決于工作構(gòu)件的幾

6、何尺寸，如柱塞泵的柱塞直徑和工作行程。在不考慮泄漏等影響時，液壓泵單位時間排出的油液體積與泵密封容積變化頻率成正比，也與泵密封容積的變化量成正比；在不考慮液體的壓縮性時，液壓泵單位時間排出的液體體積與工作壓力無關(guān)。 2.1.2 液壓泵、馬達的基本性能參數(shù)液壓泵的基本性能參數(shù)主要是指液壓泵的壓力、排量、流量、功率和效率等。工作壓力：指泵、馬達實際工作時的壓力，對泵來說，工作壓力是指它的輸出壓力；對馬達來講，則是指它的輸入壓力。實際工作壓力取決于相應(yīng)的外負載。 額定壓力：泵、馬達在額定工況條件下按試驗標準規(guī)定的連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此值就是過載。 排量：泵、馬達的軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔幾何體積

7、變化所排出、吸入液體的體積，亦即在無泄漏的情況下，其軸轉(zhuǎn)動一周時油液體積的有效變化量。 理論流量：在單位時間內(nèi)由其密封容腔幾何體積變化而排出、吸入的液體體積。泵、馬達的流量為其轉(zhuǎn)速與排量的乘積。 額定流量：指在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定必須保證的流量，亦即在額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下泵輸出的流量。因為泵和馬達存在內(nèi)泄漏，油液具有壓縮性，所以額定流量和理論流量是不同的。 功率和效率：液壓泵由原動機驅(qū)動，輸入量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輸出量是液體的壓力和流量；如果不考慮液壓泵、馬達在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們的理論功率是： （2.1） 式中：,液壓泵、馬達的理論轉(zhuǎn)矩(N.m)和轉(zhuǎn)

8、速(r/min)。 液壓泵、馬達的壓力(Pa)和流量()實際上，液壓泵和液壓馬達在能量轉(zhuǎn)換過程中是有損失的，因此輸出功率小于輸入功率。兩者之間的差值即為功率損失，功率損失可以分為容積損失和機械損失兩部分。容積損失是因泄漏、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失，對液壓泵來說，輸出壓力增大時，泵實際輸出的流量減小。設(shè)泵的流量損失為，則。而泵的容積損失可用容積效率來表征 （2.2）對液壓馬達來說，輸入液壓馬達的實際流量必然大于它的理論流量即，它的容積效率。 （2.3）機械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。對液壓泵來說，泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩總是大于其理論上需要的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，設(shè)轉(zhuǎn)矩損失為，理論轉(zhuǎn)矩為，則泵實際

9、輸入轉(zhuǎn)矩為，用機械效率來表征泵的機械損失，則 (2.4)對于液壓馬達來說，由于摩擦損失的存在，其實際輸出轉(zhuǎn)矩小于理論轉(zhuǎn)矩，它的機械效率為 (2.5)液壓泵的總效率是其輸出功率和輸入功率之比，由式（2.1），式（2.2），式（2.4）可得 (2.6)液壓馬達的總效率同樣也是其輸出功率和輸入功率之比，可由式(2.1)、式(2.3)、式(2.5)得到與式(2.6)相同的表達式。這就是說，液壓泵或液壓馬達的總效率都等于各自容積效率和機械效率的乘積。事實上，液壓泵、馬達的容積效率和機械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦損失有關(guān)，而泄漏及摩擦損失則與泵、馬達的工作壓力、油液粘度、泵和馬達轉(zhuǎn)速有關(guān)，為了

10、更確切的表達效率與這些原始參數(shù)之間的關(guān)系，以無因次壓力為變量來表示液壓泵、馬達的效率。圖2.2給出了液壓泵、馬達無因次壓力與效率之間的關(guān)系，其中：分別為油液的密度和運動粘度，其余符號意義同前，由圖可見，在不同的無因次壓力下，液壓泵和馬達的這些參數(shù)值相似但不相同，而在不同的轉(zhuǎn)速和粘度下，液壓泵和液壓馬達的效率值也不同的，可見液壓泵、馬達的使用轉(zhuǎn)速、工作壓力和傳動介質(zhì)均會影響使用效率。 a)液壓泵 b)液壓馬達圖2.2 液壓泵、馬達的特性曲線返回本章目錄2.2 齒輪泵齒輪泵是一種常用的液壓泵，它的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，體積小，重量輕，自吸性好，對油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺

11、點是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。齒輪泵被廣泛地應(yīng)用于采礦設(shè)備，冶金設(shè)備，建筑機械，工程機械，農(nóng)林機械等各個行業(yè)。齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵，下面分別介紹。2.2.1 外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)及工作原理外嚙合齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。泵主要由主、從動齒輪，驅(qū)動軸，泵體及側(cè)板等主要零件構(gòu)成。泵體內(nèi)相互嚙合的主、從動齒輪2和3與兩端蓋及泵體一起構(gòu)成密封工作容積，齒輪的嚙合點將左、右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔，當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合，密封工作腔容積不斷增大，形成部分真空，油液在大氣壓

12、力作用下從油箱經(jīng)吸油管進入吸油腔，并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓油腔。左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪齒不斷進入嚙合，使密封工作腔容積減小，油液受到擠壓被排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的吸油和壓油過程。在齒輪泵的嚙合過程中，嚙合點沿嚙合線，把吸油區(qū)和壓油區(qū)分開。圖2.3 外嚙合齒輪泵的工作原理1-泵體;2.主動齒輪;3-從動齒輪2.2.2 齒輪泵的流量和脈動率外嚙合齒輪泵的排量可近似看作是兩個嚙合齒輪的齒谷容積之和，若假設(shè)齒谷容積等于輪齒體積，則當(dāng)齒輪齒數(shù)為，模數(shù)為，節(jié)圓直經(jīng)為，有效齒高為，齒寬為時，根據(jù)齒輪參數(shù)計算公式有，齒輪泵的排量近似為 （2.7）實際上，齒谷容積比輪齒體積稍大一些，并且齒數(shù)越少誤差越大，因此,在實

13、際計算中用3.333.50來代替上式中值，齒數(shù)少時取大值。齒輪泵的排量為 （2.8）由此得齒輪泵的輸出流量為（2.9）實際上，由于齒輪泵在工作過程中，排量是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，存在排量脈動，瞬時流量也是脈動的。流量脈動會直接影響到系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性，引起壓力脈動，使管路系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲。如果脈動頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致，還將引起共振，加劇振動和噪聲。若用、來表示最大、最小瞬時流量，表示平均流量，則流量脈動率為 （2.10）它是衡量容積式泵流量品質(zhì)的一個重要指標。在容積式泵中，齒輪泵的流量脈動最大，并且齒數(shù)愈少，脈動率愈大，這是外嚙合齒輪泵的一個弱點。2.2.3 齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點如圖2.4所示，齒輪

14、泵因受其自身結(jié)構(gòu)的影響，在結(jié)構(gòu)性能上其有以下特征。圖2.4 齒輪泵的結(jié)構(gòu)1-殼體;2.主動齒輪;3-從動齒輪;4-前端蓋;5-后端蓋;6-浮動軸套;7-壓力蓋 2.2.3.1 困油的現(xiàn)象齒輪泵要平穩(wěn)地工作，齒輪嚙合時的重疊系數(shù)必須大于1，即至少有一對以上的輪齒同時嚙合，因此，在工作過程中，就有一部分油液困在兩對輪齒嚙合時所形成的封閉油腔之內(nèi)，如圖2.5所示，這個密封容積的大小隨齒輪轉(zhuǎn)動而變化。圖2.5(a)到2.5(b)，密封容積逐漸減小；圖2.5(b)到2.5(c)，密封容積逐漸增大；圖2.5（c）到2.5（d）密封容積又會減小，如此產(chǎn)生了密封容積周期性的增大減小。受困油液受到擠壓

15、而產(chǎn)生瞬間高壓，密封容腔的受困油液若無油道與排油口相通，油液將從縫隙中被擠出，導(dǎo)致油液發(fā)熱，軸承等零件也受到附加沖擊載荷的作用；若密封容積增大時，無油液的補充，又會造成局部真空，使溶于油液中的氣體分離出來，產(chǎn)生氣穴，這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。困油現(xiàn)象使齒輪泵產(chǎn)生強烈的噪聲，并引起振動和汽蝕，同時降低泵的容積效率，影響工作的平穩(wěn)性和使用壽命。消除困油的方法，通常是在兩端蓋板上開卸槽，見圖2.5（d）中的虛線方框。當(dāng)封閉容積減小時，通過右邊的卸菏槽與壓油腔相通，而封閉容積增大時，通過左邊的卸荷槽與吸油腔通，兩卸荷糟的間距必須確保在任何時候都不使吸、排油相通。圖2.5 齒輪泵的困油現(xiàn)象及消除措施2.2

16、.3.2 徑向不平衡力在齒輪泵中，油液作用在輪外緣的壓力是不均勻的，從低壓腔到高壓腔，壓力沿齒輪旋轉(zhuǎn)的方向逐齒遞增，因此，齒輪和軸受到徑向不平衡力的作用，工作壓力越高，徑向不平衡力越大，徑向不平衡力很大時，能使泵軸彎曲，導(dǎo)致齒頂壓向定子的低壓端，使定子偏磨，同時也加速軸承的磨損，降低軸承使用壽命。為了減小徑向不平衡力的影響，常采取縮小壓油口的辦法，使壓油腔的壓力僅作用在一個齒到兩個齒的范圍內(nèi)，同時，適當(dāng)增大徑向間隙，使齒頂不與定子內(nèi)表面產(chǎn)生金屬接觸，并在支撐上多采用滾針軸承或滑動軸承。2.2.3.3 齒輪泵的泄漏通道及端面間隙的自動補償在液壓泵中，運動件間的密封是靠微小間隙密封的，這些微小間隙

17、從運動學(xué)上形成摩擦副，同時，高壓腔的油液通過間隙向低壓腔的泄漏是不可避免的；齒輪泵壓油腔的壓力油可通過三條途經(jīng)泄漏到吸油腔去：一是通過齒輪嚙合線處的間隙齒側(cè)間隙，二是通過泵體定子環(huán)內(nèi)孔和齒頂間的徑向間隙齒頂間隙，三是通過齒輪兩端面和側(cè)板間的間隙端面間隙。在這三類間隙中，端面間隙的泄漏量最大，壓力越高，由間隙泄漏的液壓油就愈多。因此，為了提高齒輪泵的壓力和容積效率，實現(xiàn)齒輪泵的高壓化，需要從結(jié)構(gòu)上來取措施，對端面間隙進行自動補償。通常采用的自動補償端面間隙裝置有：浮動軸套式和彈性側(cè)板式兩種，其原理都是引入壓力油使軸套或側(cè)板緊貼在齒輪端面上，壓力愈高，間隙愈小，可自動補償端面磨損和減小間隙。齒輪泵

18、的浮動軸套是浮動安裝的，軸套外側(cè)的空腔與泵的壓油腔相通，當(dāng)泵工作時，浮動軸套受油壓的作用而壓向齒輪端面，將齒輪兩側(cè)面壓緊，從而補償了端面間隙。2.2.4 內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒形和擺線齒形兩種，其結(jié)構(gòu)示意可見圖2.6。這兩種內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理和主要特點皆同于外嚙合齒輪泵。在漸開線齒形內(nèi)嚙合齒輪泵中，小齒輪和內(nèi)齒輪之間要裝一塊月牙隔板，以便把吸油腔和壓油腔隔開，如圖2.6（a）；擺線齒形嚙合齒輪泵又稱擺線轉(zhuǎn)子泵，在這種泵中，小齒輪和內(nèi)齒輪只相差一齒，因而不需設(shè)置隔板，如圖2.6（b）。內(nèi)嚙合齒輪泵中的小齒輪是主動輪，大齒輪為從動輪，在工作時大齒輪隨小齒輪同向旋轉(zhuǎn)。  圖2

19、.6 內(nèi)嚙合齒輪泵1-吸油腔，2.壓油腔，3-隔板內(nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，在高轉(zhuǎn)速工作時有較高的容積效率。但在低速、高壓下工作時，壓力脈動大，容積效率低，所以一般用于中、低壓系統(tǒng)。在閉式系統(tǒng)中，常用這種泵作為補油泵。內(nèi)嚙合齒輪泵的缺點是齒形復(fù)雜，加工困難，價格較貴，且不適合高速高壓工況。返回本章目錄2.3 葉片泵葉片泵有單作用式和雙用式兩大類，它輸出流量均勻，脈動小，噪聲小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對油液的污染比較敏感。2.3.1 單作用葉片泵2.3.1.1 工作原理圖2.7為單作用葉片泵的工作原理，泵由轉(zhuǎn)2、定子3、葉片4和配流盤等件組成。定子的內(nèi)表面是圓柱面，轉(zhuǎn)子和

20、定子中心之間存在著偏心，葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的離心力以及葉片根部油壓力作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是，兩相鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子便形成了一個密封的工作腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，圖右側(cè)的葉片向外伸出，密封工作腔容積逐漸增大，產(chǎn)生真空，油液通過吸油口5、配油盤上的吸油窗口進入密封工作腔；而在圖的左側(cè)，葉片往里縮進，密封腔的容積逐漸縮小，密封腔中的油液排往配油盤排油窗口，經(jīng)排油口1被輸送到系統(tǒng)中去。這種泵在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的過程中，吸油、壓油各一次，故稱單作用葉片泵。從力學(xué)上講，轉(zhuǎn)子上受有單方向的液壓不平衡作用力，故又稱非平衡式泵，其軸承負載大。若改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心

21、距的大小，便可改變泵的排量，形成變量葉片泵。圖2.7單作用葉片泵工作原理1-壓油口;2.轉(zhuǎn)子;3-定子;4-葉片;5-吸油口2.3.1.2 單作用葉片泵的平均流量計算單作用葉片泵的平均流量可以用圖解法近似求出，圖2.8為單作用葉片泵平均流量計算原理圖。假定兩葉片正好位于過渡區(qū)位置，此時兩葉片間的空間容積為最大，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿圖示方向旋轉(zhuǎn)弧度，轉(zhuǎn)到定子位置時，兩葉片間排出容積為的油液；當(dāng)兩葉從位置沿圖示方向再旋轉(zhuǎn)弧度，回到位置時，兩葉片間又吸滿了容積為的油液。由此可見，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，兩葉片間排出油液容積為。當(dāng)泵有個葉片時。就排出塊與相等的油液容積，若將各塊容積加起來，就可以近似為環(huán)形體積，環(huán)形的大半經(jīng)

22、為，環(huán)形的小半徑為，因此，單作用葉片油泵的理論排量為2.11單作用葉片泵的流量為2.12圖2.8單作用葉片泵的流量計算原理-轉(zhuǎn)子中心；-轉(zhuǎn)子半徑；-定子中心；-定子半徑；-偏心距；-轉(zhuǎn)子寬度單作用葉片泵的葉片底部小油室和工作油腔相通。當(dāng)葉片處于吸油腔時，它和吸油腔相通，也參加吸油，當(dāng)葉片處于壓油腔時，它和壓油腔相通，也向外壓油，葉片底部的吸油和排油作用，正好補償了工作油腔中葉片所占的體積，因此葉片對容積的影響可不考慮。2.3.1.3 單作用葉片泵和變量原理就變量葉片泵的變量工作原理來分,有內(nèi)反饋式和外反饋式兩種。（1） 限壓式內(nèi)反饋變量葉片泵內(nèi)反饋式變量泵操縱力來自泵本身的排油壓力，內(nèi)反饋式變

23、量葉片泵配流盤的吸，排油窗口的布置如圖2.9。由于存在偏角，排油壓力對定子環(huán)的作用力可以分解為垂直于軸線的分力F1及與之平行的調(diào)節(jié)分力F2，調(diào)節(jié)分力F2與調(diào)節(jié)彈簧的壓縮恢復(fù)力、定子運動的摩擦力及定子運動的慣性力相平衡。定子相對于轉(zhuǎn)子的偏心距、泵的排量大小可由力的相對平衡來決定，變量特性曲線如圖2.10所示。 圖2.9 變量原理 圖2.10變量特特性曲線1-最大流量調(diào)節(jié)螺釘；2.彈簧預(yù)壓縮量調(diào)節(jié)螺釘；3-葉片；4-轉(zhuǎn)子；5-定子當(dāng)泵的工作壓力所形成的調(diào)節(jié)分力F2小于彈簧預(yù)緊力時，泵的定子環(huán)對轉(zhuǎn)子的偏心距保持在最大值，不隨工作壓力的變化而變，由于泄漏，泵的實際輸出流量隨其壓力增

24、加而稍有下降，如圖2.10中AB；當(dāng)泵的工作壓力超過值后，調(diào)節(jié)分力F2大于彈簧預(yù)緊力，隨工作壓力的增加，力F2增加，使定子環(huán)向減小偏心距的方向移動，泵的排量開始下降。當(dāng)工作壓力到達時，與定子環(huán)的偏心量對應(yīng)的泵的理論流量等于它的泄漏量，泵的實際排出流量為零，此時泵的輸出壓力為最大。改變調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力可以改變泵的特性曲線，增加調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力使點向右移，BC線則平行右移。更換調(diào)節(jié)彈簧，改變其彈簧剛度，可改變BC段的斜率，調(diào)節(jié)彈簧剛度增加，BC線變平坦，調(diào)節(jié)彈簧剛度減弱，BC線變徒。調(diào)節(jié)最大流量調(diào)節(jié)螺釘，可以調(diào)節(jié)曲線A點在縱座標上的位置。內(nèi)反饋式變量泵利用泵本身的排出壓力和流量推動變量機構(gòu)，在泵的

25、理論排量接近零工況時，泵的輸出流量為零，因此便不可能繼續(xù)推動變量機構(gòu)來使泵的流量反向，所以內(nèi)饋式變量泵僅能用于單向變量。（2） 限壓式外反饋變量葉片泵圖2.11為外反饋限壓式變量葉片泵的工作原理，它能根據(jù)泵出口負載壓力的大小自動調(diào)節(jié)泵的排量。圖中轉(zhuǎn)子1的中心是固定不動的，定子3可沿滑塊滾針軸承4左右移動。定子右邊有反饋柱塞5，它的油腔與泵的壓油腔相通。設(shè)反饋柱塞的受壓面積為，則作用在定子上的反饋力小于作用在定子上的彈簧力時，彈簧2把定子推向最右邊，柱塞和流量調(diào)節(jié)螺釘6用以調(diào)節(jié)泵的原始偏心，進而調(diào)節(jié)流量，此時偏心達到預(yù)調(diào)值，泵的輸出流量最大。當(dāng)泵的壓力升高到>時，反饋力克服彈簧預(yù)緊力，推定

26、子左移距離，偏心減小，泵輸出流量隨之減小。壓力愈高，偏心愈小，輸出流量也愈小。當(dāng)壓力達到使泵的偏心所產(chǎn)生的流量全部用于補償泄漏時，泵的輸出流量為零，不管外負載再怎樣加大，泵的輸出壓力不會再升高，所以這種泵被稱為外反饋限壓式變量葉片泵。圖2.11外反饋限壓式變量葉片泵1-轉(zhuǎn)子；2.彈簧；3-定子；4-滑塊滾針支承；5-反饋柱塞；6-流量調(diào)節(jié)螺釘下面對外反饋限壓式變量葉片泵的變量特性分析如下：設(shè)泵轉(zhuǎn)子和定子間的最大偏心距為，此時彈簧的預(yù)壓縮量為，彈簧剛度為，泵的偏心預(yù)調(diào)值為，當(dāng)壓力逐漸增大，使定子開始移動時壓力為，則有（2.13）當(dāng)泵壓力為時，定子移動了距離，也即彈簧壓縮量增加，這時的偏心量為（2

27、.14）如忽略泵在滑塊滾針支承出的摩擦力，泵定子的受力方程為（2.15）由此（2.13）得； （2.16）泵的實際輸出流量為（2.17）式中：泵的流量增益； 泵的泄漏系數(shù)。當(dāng)<時，定子處于最右端位置，彈簧的總壓縮量等于其預(yù)壓縮量,定子偏心量為，泵的流量為（2.18）而當(dāng)>時，定子左移，泵的流量減小。由式（2.14）；式（2.15）式（2.17）得 （2.19）外反饋限壓式變量葉片泵的靜態(tài)特性曲線參見圖2.10，不變量的AB段與式（2.18）相對應(yīng)，壓力增加時，實際輸出流量因壓差泄漏而減少；BC段是泵的變量段，與式（2.19）相對應(yīng)，這一區(qū)段內(nèi)泵的實際流量隨著壓力增大而迅速下降，葉片

28、泵處變量泵工況，B點叫做曲線的拐點，拐點處的壓力值主要由彈簧預(yù)緊力確定，并可以由式（2.16）算出。限壓式變量葉片泵對既要實現(xiàn)快速行程，又要實現(xiàn)保壓和工作進給的執(zhí)行元件來說是一種合適的油源；快速行程需要大的流量，負載壓力較低，正好使用其AB段曲線部分；保壓和工作進給時負載壓力升高，需要流量減小，正好使用其BC段曲線部分。2.3.2 雙作用葉片泵2.3.2.1 工作原理圖2.12為雙作用葉片泵的工作原理圖，它的作用原理和單作用葉片泵相似，不同之處只在于定子內(nèi)表面是由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線組成，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的，在圖2.12中，當(dāng)轉(zhuǎn)子順時針方向旋轉(zhuǎn)時，密封工作腔的容積在左

29、上角和右下角處逐漸增大，為吸油區(qū)，在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個密封工作腔完成吸油和壓油動作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。泵的兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)是徑向?qū)ΨQ的，作用在轉(zhuǎn)子上的壓力徑向平衡，所以又稱為平衡式葉片泵。圖2.12雙作用葉片泵工作原理1-定子；2.壓油口；3-轉(zhuǎn)子；4-葉片；5-吸油口 2.3.2.2 雙作用葉片泵的平均流量計算；雙作用葉片泵平均流量的計算方法和單作用葉片泵相同，也可以近似化為環(huán)形體積來計算。圖2.13為雙作用葉片泵平均流量計算原理圖。當(dāng)兩葉片從a，b位置轉(zhuǎn)c，d位置時，排出容

30、積為M的油液，從c，d轉(zhuǎn)到e，f時，吸進了容積為M的油液。從e，f轉(zhuǎn)到g，h時又排出了容積為M的油液；再從g，h轉(zhuǎn)回到a，b時又吸進了容積為M的油液。這樣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，兩葉片間吸油兩次，排油兩次，每次容積為M，當(dāng)葉片數(shù)為Z時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周。所有葉片的排量為2Z個M容積，若不計葉片幾何尺度，此值正好為環(huán)行體積的兩倍。所以，雙作用葉片泵的理論排量為（2.20）式中：定子長半徑； 定子短半徑； 轉(zhuǎn)子厚度。雙作用葉片泵的平均實際流量為（2.21）圖2.13雙作用葉片泵平均流量計算原理式（2.21）是不考慮葉片幾何尺度時的平均流量計算公式。一般雙作用葉片泵，在葉片底部都通以壓力油，并且在設(shè)計中保證高、低壓腔

31、葉片底部總?cè)莘e變化為零，也就是說葉片底部容積不參加泵的吸油和排油。因此在排油腔，葉片縮進轉(zhuǎn)子槽的容積變化，對泵的流量有影響，在精確計算葉片泵的平均流量時，還應(yīng)該考慮葉片容積對流量的影響。每轉(zhuǎn)不參加排油的葉片總?cè)莘e為（2.22）式中：葉片厚度；葉片數(shù)； 葉片相對于轉(zhuǎn)子半徑的傾角；則雙作用葉片泵精確流量計算公式為（2.23）對于特殊結(jié)構(gòu)的雙作用葉片泵，如雙葉片結(jié)構(gòu)、帶彈簧式葉片泵，其葉片底部和單作用葉片泵一樣也參加泵的吸油和排油，其平均流量計算方法仍采用式（2.21）。2.3.2.3 葉片泵的高壓化趨勢隨著技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)不斷改進，雙作用葉片的最高工作壓力已達成2030MPa；這是因為雙作用葉片泵轉(zhuǎn)

32、子上的徑向力基本上是平衡的，因此不像高壓齒輪泵和單作用葉片泵那樣，工作壓力的提高會受到徑向承載能力的限制。葉片泵采浮動配流盤對端面間隙進行補償后，泵在高壓下也能保持較高的容積效率，葉片泵工作壓力提高的主要限制條件是葉片和定子內(nèi)表面的磨損，為了解決定子和葉片的磨損，要采取措施減小在吸油區(qū)葉片對定子內(nèi)表面的壓緊力，目前采取的主要結(jié)構(gòu)措施有以下幾種。 （1）雙葉片結(jié)構(gòu)如圖2.14所示，各轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個經(jīng)過倒角的葉片。葉片底部不和高壓油腔相通，兩葉片的倒角部分構(gòu)成從葉片底部通向頭部的V型油道，因而作用在葉片底、頭部的油壓力相等，合理設(shè)計葉片頭部的形狀，使葉片頭部承壓面積略小于葉片底部承壓面積。這個承

33、壓面積的差值就形成葉片對定子內(nèi)表面的接觸力。也就是說，這個推力是能夠通過葉片頭部的形狀來控制的，以便既保證葉片與定子緊密接觸，又不致于使接觸應(yīng)力過大。同時，槽內(nèi)兩個葉片可以相互滑動，以保證在任何位置，兩個葉片的頭部和定子內(nèi)表面緊密接觸。（2）彈簧負載葉片結(jié)構(gòu)；與雙葉片結(jié)構(gòu)類似的還有彈簧負載葉片結(jié)構(gòu)。如圖2.15所示，葉片在頭部及兩側(cè)開有半圓型槽，在葉片的底面上開有三個彈簧孔。通過葉片頭部和底部相連的小孔及側(cè)面的半圓槽使葉片底面與頭部溝通，這樣，葉片在轉(zhuǎn)子槽中滑動時，頭部和底部的壓力完全平衡。葉片和定子內(nèi)表面的接觸壓力僅為葉片的離心力，慣性力和彈簧力，故接觸力較小。不過，彈簧在工作過程中頻繁受交

34、變壓縮，易引起疲勞損壞，但這種結(jié)構(gòu)可以原封不動地作為油馬達使用，這是其它葉片泵結(jié)構(gòu)所不具備的。圖2.14雙葉片結(jié)構(gòu)原理 圖2.15彈簧負載葉片結(jié)構(gòu) （3）母子葉片結(jié)構(gòu)；如圖2.16所示，在轉(zhuǎn)子葉片槽中裝有母葉片和子葉片，母、子葉片能自由地相對滑動，為了使母葉片和定子的接觸壓力適當(dāng)，須正確選擇子葉片和母葉片的寬度尺寸之比。轉(zhuǎn)子上的壓力平衡孔使母葉片的頭部和底部液壓力相等，泵的排油壓力經(jīng)過配流盤，轉(zhuǎn)子槽通到母、子葉片之間的中間壓力腔，如不考慮離心力，慣性力，由圖2.16可知，葉片作用在定子上的力為（2.24）上式符號的意義見圖2.16，在吸油區(qū)，則；在排油區(qū)，故。由此可見，只要適當(dāng)?shù)剡x擇

35、t和b的大小，就能控制接觸應(yīng)力，一般取子葉片的寬度b為母葉片寬度的1/31/4。在排油區(qū)，葉片僅靠離心力與定子接觸。為防止葉片的脫空，在聯(lián)通中間壓力腔的油道上設(shè)置適當(dāng)?shù)墓?jié)流阻尼，使葉片運動時中間油腔的壓力高于作用在母葉片頭部的壓力，保證葉片在排油區(qū)時與定子緊密貼合。（4）階梯葉片結(jié)構(gòu)如圖2.17所示，葉片做階梯形式，轉(zhuǎn)子上的葉片槽亦具有相應(yīng)的形狀。它們之間的中間油腔經(jīng)配流盤上的槽與壓力油相通，轉(zhuǎn)子上的壓力平衡油道把葉片頭部的壓力油引入葉片底部，與母子葉片結(jié)構(gòu)相似，在壓力油引入中間油腔之前，設(shè)置節(jié)流阻尼，使葉片向內(nèi)縮進時，此腔保持足夠的壓力，保證葉片緊貼定子內(nèi)表面。這種結(jié)構(gòu)由于葉片及槽的形狀較為

36、復(fù)雜，加工工藝性較差，應(yīng)用較少。圖2.16母子葉片結(jié)構(gòu)圖2.17階梯葉片結(jié)構(gòu)1-定子；2.轉(zhuǎn)子；3-中間油腔；4-壓力平衡油道 2.3.3 單雙葉片泵 的特點比較2.3.3.1 單作用葉片的特點(1) (1)           存在困油現(xiàn)象配流盤的吸、排油窗口間的密封角略大于兩相鄰葉片間的夾角，而單作用葉片泵的定子不存在與轉(zhuǎn)子同心的圓弧段，因此，當(dāng)上述被封閉的容腔發(fā)生變化時，會產(chǎn)生與齒輪泵相類似的困油現(xiàn)象，通常，通過配流盤排油窗口邊緣開三角卸荷槽的方法來消除困油現(xiàn)象。(2) (2)&

37、#160;          葉片沿旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜葉片僅靠離心力緊貼定子表面，考慮到葉片上還受哥氏力和摩擦力的作用，為了使葉片所受的合力與葉片的滑動方向一致，保證葉片更容易的從葉片槽滑出，葉片槽常加工成沿旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜。(3) (3)           葉片根部的容積不影響泵的流量由于葉片頭部和底部同時處在排油區(qū)或吸油區(qū)中，所以葉片厚度對泵 的流量沒有多大影響。(4) (4)  &

38、#160;        轉(zhuǎn)子承受徑向液壓力單作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力不平衡，軸承負荷較大。這使泵的工作壓力和排量的提高均受到限制。2.3.3.2 雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點；（1）定子過度曲線定子內(nèi)表面的曲線由四段圓弧和四段過渡曲線組成，泵的動力學(xué)特性很大程度上受過渡曲線的影響。理想的過渡曲線不僅應(yīng)使葉片在槽中滑動時的徑向速度變化均勻，而且應(yīng)使葉片轉(zhuǎn)到過渡曲線和圓弧段交接點處的加速度突變不大，以減小沖擊和噪聲，同時，還應(yīng)使泵的瞬時流量的脈動最小。（2）葉片安放角；設(shè)置葉片安放角有利于葉片在槽內(nèi)滑動，為了保證葉片順利的從葉片

39、槽滑出，減小葉片的壓力角，根據(jù)過渡曲線的動力學(xué)特性，雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子的葉片槽常做成沿旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜一個安放角，當(dāng)葉片有安放角時，葉片泵就不允許反轉(zhuǎn)。（3）端面間隙的自動補償為了提高壓力，減少端面泄漏，采取的間隙自動補償措施是將配流盤的外側(cè)與壓油腔連通，使配流盤在液壓推力作用下壓向轉(zhuǎn)子。泵的工作壓力愈高，配流盤就會愈加貼緊轉(zhuǎn)子，對轉(zhuǎn)子端面間隙進行自動補償。返回本章目錄2.4 柱塞泵柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運動時密封工作容積的變化來實現(xiàn)吸油和排油的。由于柱塞與缸體內(nèi)孔均為圓柱表面，滑動表面配合精度高，所以這類泵的特點是泄漏小，容積效率高，可以在高壓下工作。2.4.1 斜盤式軸向柱塞泵軸向柱

40、塞泵可分為斜盤式和斜軸式兩大類，圖2.18為斜盤式軸向柱塞泵的工作原理。泵由斜盤1、柱塞2、缸體3、配油盤4等主要零件組成，斜盤1和配油盤4是不動的，傳動軸5帶動缸體3，柱塞2一起轉(zhuǎn)動，柱塞2靠機械裝置或在低壓油作用壓緊在斜盤上。當(dāng)傳動軸按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，柱塞2在其沿斜盤自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)逐漸向缸體外伸出，使缸體孔內(nèi)密封工作腔容積不斷增加，產(chǎn)生局部真空，從而將油液經(jīng)配油盤4上的配油窗口a吸入；柱塞在其自上而下回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)又逐漸向里推入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液從配油盤窗口b向外排出，缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個柱塞往復(fù)運動一次，完成一次吸油動作。改變斜盤的傾角g，就可以改變密封工作容積的有效變

41、化量，實現(xiàn)泵的變量。圖2.18斜盤式軸向柱塞泵的工作原理1-斜盤；2.柱塞；3-缸體；4-配流盤；5-傳動軸；a-吸油窗口；b-壓油窗口； 2.4.1.1 斜盤式軸向柱塞泵的排量和流量如圖2.18，若柱塞數(shù)目為，柱塞直徑為，柱塞孔分布圓直徑為，斜盤傾角為，則泵的排量為（2.25）則泵的輸出流量為（2.26）實際上，柱塞泵的排量是轉(zhuǎn)角的函數(shù)，其輸出流量是脈動的，就柱塞數(shù)而言，柱塞數(shù)為奇數(shù)時的脈動率比偶數(shù)柱塞小，且柱塞數(shù)越多，脈動越小，故柱塞泵的柱塞數(shù)一般都為奇數(shù)。從結(jié)構(gòu)工藝性和脈動率綜合考慮，常取Z=7或Z=9。2.4.1.2 斜盤式軸向柱塞的結(jié)構(gòu)特點（1）端面間隙的自動補償由圖2.1

42、8可見，使缸體緊壓配流盤端面的作用力，除機械裝置或彈簧作為預(yù)密封的推力外，還有柱塞孔底部臺階面上所受的液壓力，此液壓力比彈簧力大得多，而且隨泵的工作壓力增大而增大。由于缸體始終受液壓力緊貼著配流盤，就使端面間隙得到了自動補償。（2）滑靴的靜壓支撐結(jié)構(gòu)在斜盤式軸向柱塞泵中，若各柱塞以球形頭部直接接觸斜盤而滑動，這種泵稱為點接觸式軸向柱塞泵。點接觸式軸向柱塞泵在工作時，由于柱塞球頭與斜盤平面理論上為點接觸，因而接觸應(yīng)力大，極易磨損。一般軸向柱塞泵都在柱塞頭部裝一滑靴，如圖2.19所示，滑靴是按靜壓軸承原理設(shè)計的，缸體中的壓力油經(jīng)過柱塞球頭中間小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盤間形成液體潤滑，改善了柱塞

43、頭部和斜盤的接觸情況。有利于提高軸向柱塞泵的壓力和其它參數(shù)，使其在高壓、高速下工作。圖2.19滑靴的靜壓支承原理 （3）變量機構(gòu)在斜盤式軸向柱塞泵中，通過改變斜盤傾角的大小就可調(diào)節(jié)泵的排量，變量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，這里以手動伺服變量機構(gòu)為例說明變量機構(gòu)的工作原理。如圖2.20是手動伺服變量機構(gòu)簡圖，該機構(gòu)由缸筒1，活塞2和伺服閥組成?；钊?的內(nèi)腔構(gòu)成了伺服閥的閥體，并有、和三個孔道分別溝通缸筒1下腔、上腔和油箱。泵上的斜盤4通過撥叉機構(gòu)與活塞2下端鉸接，利用活塞2的上下移動來改變斜盤傾角。當(dāng)用手柄使伺服閥芯3向下移動時，上面的閥口打開，腔中的壓力油經(jīng)孔道通向腔，活塞因上腔有效

44、面積大于下腔的有效面積而移動，活塞2移動時又使伺服閥上的閥口關(guān)閉，最終使活塞2自身停止運動。同理，當(dāng)手柄使伺服閥芯3向上移動時，下面的閥口大開，和接通油箱，活塞2在腔壓力油的作用下向上移動，并在該閥口關(guān)閉時自行停止運動。變量控制機構(gòu)就是這樣依照伺服閥的動作來實現(xiàn)其控制的。圖2.20手動伺服變量機構(gòu)圖 2.4.2 斜軸式軸向柱塞泵圖2.21為斜軸式軸向柱塞泵的工作原理圖。傳動軸5的軸線相對于缸體3有傾角，柱塞2與傳動軸圓盤之間用相互鉸接的連桿4相連。當(dāng)傳動軸5沿圖示方向旋轉(zhuǎn)時，連桿4就帶動柱塞2連同缸體3一起繞缸體軸線旋轉(zhuǎn)，柱塞2同時也在缸體的柱塞孔內(nèi)做往復(fù)運動，使柱塞孔底部的密封腔容

45、積不斷發(fā)生增大和縮小的變化，通過配流盤1上的窗口a和b實現(xiàn)吸油和壓油。與斜盤式泵相比較，斜軸式泵由于缸體所受的不平衡徑向力較小，故結(jié)構(gòu)強度較高可以有較高的設(shè)計參數(shù)，其缸體軸線與驅(qū)動軸的夾角較大，變量范圍較大；但外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。目前，斜軸式軸向柱塞泵的使用相當(dāng)廣泛。在變量形式上，斜盤式軸向柱塞泵靠斜盤擺動變量，斜軸式軸向柱塞泵則為擺缸變量，因此，后者的變量系統(tǒng)的響應(yīng)較慢。關(guān)于斜軸泵的排量和流量可參照斜盤式泵的計算方法計算。 圖2.21斜軸式軸向柱塞泵的工作原理圖1-流盤；2.柱塞；3-缸體；4-連桿；5-傳動軸；a-吸油窗口；b-壓油窗口； 2.4.3 徑向柱塞泵

46、圖2.22是徑向柱塞泵的工作原理圖，由圖可見，徑向柱塞泵的柱塞徑向布置在缸體上，在轉(zhuǎn)子2上徑向均勻分布著數(shù)個柱塞孔，孔中裝有柱塞5；轉(zhuǎn)子2的中心與定子1的中心之間有一個偏心量e。在固定不動的配流軸3上，相對于柱塞孔的部位有相互隔開的上下兩個配流窗口，該配流窗口又分別通過所在部位的二個軸向孔與泵的吸、排油口連通。當(dāng)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)時，柱塞5在離心力及機械回程力作用下，它的頭部與定子1的內(nèi)表面緊緊接觸，由于轉(zhuǎn)子2與定子1存在偏心，所以柱塞5在隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，又在柱塞孔內(nèi)作徑向往復(fù)滑動，當(dāng)轉(zhuǎn)子2按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，上半周的柱塞皆往外滑動，柱塞孔的密封容積增大，通過軸向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑動，柱塞孔

47、內(nèi)的密封工作容積縮小，通過配流盤向外排油。當(dāng)移動定子，改變偏心量e的大小時，泵的排量就發(fā)生改變；當(dāng)移動定子使偏心量從正值變?yōu)樨撝禃r，泵的吸、排油口就互相調(diào)換，因此，徑向柱塞泵可以是單向或雙向變量泵，為了流量脈動率盡可能小，通常采用奇數(shù)柱塞數(shù)。徑向柱塞泵的徑向尺寸大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，自吸能力差，并且配流軸受到徑向不平衡液壓力的作用，易于磨損，這些都限制了它的速度和壓力的提高。最近發(fā)展起來的帶滑靴連桿柱塞組件的非點接觸徑向柱塞泵，改變了這一狀況，出現(xiàn)了低噪聲，耐沖擊的高性能徑向柱容泵，并在鑿巖、冶金機械等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，代表了徑向柱塞泵發(fā)展的趨勢。徑向泵的流量可參照軸向柱塞泵和單作用葉片泵的計算方法計算

48、。泵的平均排量為（2.27）泵的輸出流量（2.28）圖2.22徑向柱塞泵的工作原理圖1-定子；2.轉(zhuǎn)子；3-配流軸；4-出襯套；5-柱塞；a-吸油腔；b-壓油腔；返回本章目錄2.5 液壓馬達液壓馬達和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同，并且也是靠密封容積的變化進行工作的。常見的液馬達也有齒輪式，葉片式和柱塞式等幾種主要形式；從轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩范圍分,可有高速馬達和低速大扭矩馬達之分。馬達和泵在工作原理上是互逆的，當(dāng)向泵輸入壓力油時，其軸輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就成為馬達。但由于二者的任務(wù)和要求有所不同，故在實際結(jié)構(gòu)上只有少數(shù)泵能做馬達使用。下面首先對液壓馬達的主要性能參數(shù)作一介紹。2.5.1 液壓馬達的主要性能參數(shù) （1）

49、工作壓力和額定壓力馬達入口油液的實際壓力稱為馬達的工作壓力，馬達入口壓力和出口壓力的差值稱為馬達的工作壓差。在馬達出口直接接油箱的情況下，為便于定性分析問題，通常近似認為馬達的工作壓力等于工作壓差。馬達在正常工作條件下，按試驗標準規(guī)定連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力稱為馬達的額定壓力。馬達的額定壓力亦受泄漏和零件強度的制約，超過此值時就會過載。（2）流量和排量馬達入口處的流量稱為馬達的實際流量。馬達密封腔容積變化所需要的流量稱為馬達的理論流量。實際流量和理論流量之差即為馬達的泄漏量。馬達軸每轉(zhuǎn)一周，由其密封容腔有效體積變化而排出的液體體積稱為馬達的排量。（3）容積效率和轉(zhuǎn)速因馬達實際存在泄漏，由實際流量q計

50、算轉(zhuǎn)速n時，應(yīng)考慮馬達的容積效率。當(dāng)液壓馬達的泄漏流量為，馬達的實際流量為，則液壓馬達的容積效率為 （2.29）馬達的輸出轉(zhuǎn)速等于理論流量與排量的比值，即 （2.30）(4)轉(zhuǎn)矩和機械效率因馬達實際存在機械摩擦，故實際輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮機械效率。若液壓馬達的轉(zhuǎn)矩損失為，馬達的實際轉(zhuǎn)矩為，則液壓馬達的機械效率為（2.31）設(shè)馬達的出口壓力為零，入口工作壓力為p，排量為V，則馬達的理論輸出轉(zhuǎn)矩與泵有相同的表達形式,即（2.32）馬達的實際輸出轉(zhuǎn)矩為（2.33）(5)功率和總效率；馬達的輸入功率為（2.34）馬達的輸出功率為（2.35）馬達的總效率為（2.36）由上式可見，液壓馬達的總效率亦同于液壓泵的

51、總效率，等于機械效率與容積效率的乘積。圖2.23是液壓馬達的特性曲線。圖2.23液壓馬達的特性曲線。2.5.2 高速液壓馬達一般來說，額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的馬達屬于高速馬達，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的馬達屬于低速馬達。高速液壓馬達的基本型式有齒輪式，葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特點是轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動、制動、調(diào)速和換向，通常高速馬達的輸出轉(zhuǎn)矩不大，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速較高，只能滿足高速小扭矩工況。下面以圖2.24所示的軸向柱塞馬達為例，說明高速馬達的工作原理，其它形式高速馬達可進行類似分析。如圖2.24所示，當(dāng)壓力油輸入液壓馬達時，處于壓力腔的柱塞2被頂出，壓在斜盤1上，設(shè)斜

52、盤1作用在柱塞2上的反力為，可分解為軸向分力和垂直于軸向的分力。其中，軸向分力和作用在柱塞后端的液壓力相平衡，垂直于軸向的分力使缸體3產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。當(dāng)液壓馬達的進、出油口互換時，馬達將反向轉(zhuǎn)動，當(dāng)改變馬達斜盤傾角時，馬達的排量便隨之改變，從而可以調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩。圖2.24軸向柱塞馬達工作原理 從圖2.24可以看出，當(dāng)壓力油輸入液壓馬達后，所產(chǎn)生的軸向分力F為（2.37）使缸體3產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的垂直分力為（2.38）單個柱塞產(chǎn)生的瞬時轉(zhuǎn)矩為（2.39）液壓馬達總的輸出轉(zhuǎn)矩 （2.40）式中R柱塞在缸體的分布圓半徑；d柱塞直徑；柱塞的方位角； 壓力腔半圓內(nèi)的柱塞數(shù)可以看出，液壓馬達總的輸出轉(zhuǎn)矩

53、等于處在馬達壓力腔半圓內(nèi)各柱塞瞬時轉(zhuǎn)矩的總和。由于柱塞的瞬時方位角呈周期性變化，液壓馬達總的輸出轉(zhuǎn)矩也周期性變化，所以液壓馬達輸出的轉(zhuǎn)矩是脈動的，通常只計算馬達的平均轉(zhuǎn)矩。2.5.3 低速大扭矩液壓馬達低速大扭矩液壓馬達是相對于高速馬達而言的，通常這類馬達在結(jié)構(gòu)形式上多為徑向柱塞式,其特點是：最低轉(zhuǎn)速低，大約在510轉(zhuǎn)/分；輸出扭矩大，可達幾萬牛頓米；徑向尺寸大，轉(zhuǎn)動慣量大。由于上述特點，它可以直接與工作機構(gòu)直接聯(lián)接，不需要減速裝置，使傳動結(jié)構(gòu)大為簡化。低速大扭矩液壓馬達廣泛用于起重、運輸、建筑、礦山和船舶等機械上。低速大扭矩液壓馬達的基本形式有三種：它們分別是曲柄連桿馬達，靜力平衡馬達和多作

54、用內(nèi)曲線馬達。下面分別予以介紹。2.5.3.1 曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達圖2.25曲柄連桿式液壓馬達的工作原理曲柄連桿式低速大扭矩液壓馬達應(yīng)用較早，國外稱為斯達發(fā)（Staffa）液壓馬達。我國的同類型號為JMZ型，其額定壓力16MPa，最高壓力21MPa，理論排量最大可達6.140r/min。圖2.25是曲柄連桿式液壓馬達的工作原理,馬達由殼體、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，它與曲軸旋轉(zhuǎn)中心的偏心矩，液壓馬達的配流軸5與曲

55、軸通過十字鍵連結(jié)在一起，隨曲軸一起轉(zhuǎn)動，馬達的壓力油經(jīng)過配流軸通道，由配流軸分配到對應(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)曲柄連桿機構(gòu)運動原理，受油壓作用的柱塞就通過連趕對偏心圓中心作用一個力N，推動曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動，對外輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，如果進、排油口對換，液壓馬達也就反向旋轉(zhuǎn)。隨著驅(qū)動軸、配流軸轉(zhuǎn)動，配流狀態(tài)交替變化。在曲軸旋轉(zhuǎn)過程中，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，在工作時高壓油不斷進入液壓馬達，然后由低壓腔不斷排出?？傊?，由于配流軸過渡密封間隔的方

56、位和曲軸的偏心方向一致，并且同時旋轉(zhuǎn)，所以配流軸頸的進油窗口始終對著偏心線的一邊的二只或三只油缸，吸油窗對著偏心線另一邊的其余油缸，總的輸出扭矩是所有柱塞對曲軸中心所產(chǎn)生的扭矩的疊加，該扭矩使得旋轉(zhuǎn)運動得以持續(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、排油直接通到配流軸中，就能達到外殼旋轉(zhuǎn)的目的，構(gòu)成了所謂的車輪馬達。2.5.3.2 靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達靜力平衡式低速大扭矩馬達也叫無連桿馬達，是從曲柄連桿式液壓馬達改進、發(fā)展而來的，它的主要特點是取消了連桿，并且在主要摩擦副之間實現(xiàn)了油壓靜力平衡，所以改善了工作性能。國外把這類馬達稱為羅斯通（Roston）馬達，國內(nèi)也

57、有不少產(chǎn)品，并已經(jīng)在船舶機械、挖掘機以及石油鉆探機械上使用。這種液壓馬達的工作原理用圖2.26來說明，液壓馬達的偏心軸與曲軸的形式相類似，既是輸出軸，又是配流軸，五星輪3套在偏心軸的凸輪上，在它的五個平面中各嵌裝一個壓力環(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啟動或空載運轉(zhuǎn)時柱塞底面與壓力環(huán)脫開，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入油缸的工作腔內(nèi)，在圖示位置時，配流軸上方的三個油缸通高壓油，下方的兩個油缸通低壓回油。圖2.26靜力平衡式低速大扭矩馬達 在這種結(jié)構(gòu)中，五星輪取代了曲柄連桿式液壓馬達中的連桿，壓力油經(jīng)過配流軸和五星輪再到空心柱塞中去，液壓馬達的柱塞與壓力環(huán)，五星輪與曲軸之間可以大致做到靜壓平衡，在工作過程中，這些零件又要起密封和傳力作用。由于是通過油壓直接作用于偏心軸而產(chǎn)生輸出扭矩，因此，稱作為靜力平衡液壓馬達。事實上，只有當(dāng)五星輪上液壓力達到完全平衡，使得五星輪處于“懸浮”狀態(tài)時，液壓馬達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械接觸的作用力及相應(yīng)