4-液压马达解析

液压传动东昌学院·机电工程系崔传辉2020/5/13东昌学院·机电工程系1第一节液压马达引言：液压系统的组成1.动力元件；2.执行元件；3.控制元件；4.辅助元件。2020/5/13东昌学院·机电工程系2一、概述1．概念液压马达是液压系统的一个执行元件。它与液压泵结构相似或完全相同，有的可以完全互换。液压马达工作时是把液压能转化为机械能的装置。液压马达靠压力油推动活塞等克服阻力而做机械功。理论上，液压马达与液压泵是可以互换的。2020/5/13东昌学院·机电工程系32．液压马达分类油马达高速马达低速马达齿轮式叶片式轴向柱塞式直轴式斜轴式从流量（排量）变化分：定量马达变量马达以转速高低分：高速：额定转速高于500r/min的属于高速液压马达。低速：额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。2020/5/13东昌学院·机电工程系4职能符号:只表示原理，不表示结构，各种结构马达都相同油马达的职能符号如下：2--双向马达1--单向马达4--单向变量马达3—双向变量马达3．各油马达的代号及职能符号代号（铭牌）：(1)轴向柱塞马达ZM(2)齿轮油马达CM(3)叶片油马达YM2020/5/13东昌学院·机电工程系54．液压马达基本参数对于理论值，我们用下标t表示，实际值不加下标。机械效率以下标m表示，容积效率下标用V表示。参数基本和液压泵一样。(1)工作压力和额定压力液压马达的工作压力是输入液压马达的油液的压力，它是由负载决定的。在液压传动中，所说的压力都是指表压力。在马达的铭牌上所标的都是指泵的额定压力，是指液压马达的密封能力和结构强度使它达到的最大工作压力，是在正常工作时不允许超过的压力值。如果超过此值就是超载。2020/5/13东昌学院·机电工程系6(2)排量与流量排量（理论排量，用qM表示）：液压泵和液压马达一转理论上所排出的液体体积。其大小取决于马达的密封工作腔的几何尺寸，是结构参数，是一固有值。理论流量QM：单位时间内所能输入马达的液体体积，是无泄漏情况下的。理论流量QMt=qMnM其中nM：马达轴转速实际的流量Q：是单位时间内的流量，是由泄漏等造成的。额定流量QE：是指在额定转速及额定压力下输入马达的流量。2020/5/13东昌学院·机电工程系7(3)马达功率输入功率：液压功率NMi=ΔpMQMΔpM：液压马达进出口压力差，因马达回油口往往有背压。输出功率：轴输出的机械功率NM=MMwM=2πnMMM2020/5/13东昌学院·机电工程系8(4)马达的输出扭矩理论上，若不考虑损失，液压马达的理论扭矩和液压泵的有关公式一样。即马达一转输出的机械能:MMt2π马达一转所输入的液压能:ΔpMqM两者相等：ΔpMqM=MMt2πMMt=ΔpMqM/(2π)2020/5/13东昌学院·机电工程系9(5)效率容积效率：理论上QMt=qMnM由于漏失ΔQM，使得QMQMt，QM=QMt+ΔQM，马达的容积效率ηMV=QMt/QM机械效率：由于存在摩擦损失，使得实际扭矩MMMMtηMm=MM/MMt总效率：ηM=NM/NMi=ηMmηMV2020/5/13东昌学院·机电工程系10(6)输出转速nM流量决定速度(两个最重要概念之一)（2.负载决定压力）QM=QMt/ηMV=qMnM/ηMVnM=QMηMV/qMqM---马达的理论排量QM---实际输入马达的流量同样由前面公式可以看出，MNQηn适合于各种油马达，唯一变化的仅仅是各种马达的排量qM。2020/5/13东昌学院·机电工程系11NM,MMNMit,QMt,MMtNMi,QM完美的马达容积损失机械损失2020/5/13东昌学院·机电工程系12二、叶片式油马达(以双作用油马达为例)1.结构2020/5/13东昌学院·机电工程系13叶片式油马达与叶片泵相似，但：(1)叶片无倾角，顶端两边对称倒角，以适应正、反转需要。(2)槽内加弹簧，保证叶片在起动时与定子内表面紧密接触，形成密封空间，产生足够的转矩。(3)叶片底部仍需通入高压油，马达内装有两个单向阀，以满足正反转都通高压油。2020/5/13东昌学院·机电工程系142.工作原理起动时，弹簧压出叶片并紧密地与定子内表面相接触，形成密封空间。由于叶片作用面积不同，产生一扭矩(相对于转子轴)，从而输出力矩。2020/5/13东昌学院·机电工程系153.参数计算(1)排量qMqM=2B[π(R2-r2)－z(R－r)/cos](cos=1)即：qM=2πB(R2-r2)(2)扭矩MMMM=MMtηMm=ηMmΔpMqM/(2π)各符号意义同前。2020/5/13东昌学院·机电工程系164.特点及应用范围优点:(1)能达到很高的换向频率（150次/分）；(2)流量均匀，运转平稳；缺点：低转速时，漏失大，不能在低转速下运行，调速范围小。应用范围：适用于低压、中压、中速、快速、中等功率的液压系统，最好用在转矩低、转速高的场合。2020/5/13东昌学院·机电工程系17三、径向柱塞马达径向柱塞马达种类很多，下面简单的介绍几种：1.偏心转子径向柱塞马达和泵的结构相同，根据其受力T，计算产生的扭矩力。调节偏心可改变柱塞行程，可作变量马达。2020/5/13东昌学院·机电工程系182.内曲线多作用径向柱塞马达多作用：转子每转一圈柱塞往复次数，柱塞受曲面导轨反力的切向力产生扭矩。应用：径向柱塞马达多用于低速大扭矩的情况下。2020/5/13东昌学院·机电工程系193.单作用连杆型径向柱塞式液压马达2020/5/13东昌学院·机电工程系20在壳体1的圆周放射状均布了五个（或七个）缸。缸中的柱塞2通过球铰与连杆3相连接。连杆端部的鞍型圆柱面与曲轴4的偏心轮相接触。曲轴的一端通过十字接头与配流轴5相连。配流轴上“隔墙”两侧分别为进油腔和排油腔。高压油进入马达的进油腔后，经壳体的槽①、②、③引到相应的柱塞缸①、②、③中去。高压油产生的液压力作用于柱塞顶部，并通过连杆传递到曲轴的偏心轮上。2020/5/13东昌学院·机电工程系21第二节、液压泵与马达的特点及选用主要内容：液压泵和液压马达总结及选用，因液压泵和液压马达有些可以互换。和液压泵的选择一样，液压马达参数以前面所讲的计算公式为基础。2020/5/13东昌学院·机电工程系22液压泵与马达不同点1.液压马达是靠输入压力油来进行启动的，这与液压泵靠电动机直接拖动是不同的。因此，在结构上必须考虑液压马达能正常启动，也就是要保证液压马达启动时，工作油腔有可靠的密封性。如叶片马达为了在启动时能保证叶片能压向定子表面，在结构上设置了扭力弹簧，作用在叶片根部，使叶片始终贴紧定子，保证液压马达顺利启动。2.液压马达往往要求能够双向转动，因此它的配油机构应该对称（并配有两个单向阀，以满足正反转需要），进出油口的大小也应相等。而油泵通常是单向转动的。它的配油机构或困油卸荷槽等做成不对称形式，进出油口直径也不相同。2020/5/13东昌学院·机电工程系233.液压马达是靠输入压力油工作的，不需要具备液压泵那样的自吸能力。轴向柱塞式或径向柱塞式液压泵改作液压马达使用时，不需要装柱塞回程弹簧（在泵中必须有）。但为了防止柱塞可能脱空，最好给一定的回油背压。4.很多液压泵常采用内泄漏形式，即内部泄漏的油孔直接与液压泵吸油口相通。而液压马达，为了实现双向转动，高低压油口要能相互变换。使用中也可能会采用出口节流调速，即存在回油背压，可能使内泄漏孔压力增高，而发生冲坏密封圈的现象。液压泵作液压马达使用时，应采用外泄漏式结构。2020/5/13东昌学院·机电工程系245.液压马达的容积效率往往较液压泵为低。所以液压马达使用转速不宜过低，即向液压马达供油量不能太小。一般说来，齿轮液压马达输出转矩小、泄漏大，但结构简单，价格便宜，可用于高转速、低转矩的场合。叶片液压马达惯性小动作灵敏，但容积效率不够高，机械特性软，适用于转速较高、转矩不大而要求启动频繁的场合。轴向柱塞液压马达应用最广泛，容积效率较高，调速范围大，且最低稳定转速较低；但因冲击振动性较差，油液要求过滤清洁，价格也较高。工程机械、船舶设备要求低转速大扭矩执行元件，常采用径向柱塞式液压马达。2020/5/13东昌学院·机电工程系25液压泵与马达共同点1.各种液压泵和液压马达都是利用“密封容积”的周期变化加上配流装置来工作的。“密封容积”分为两个独立的部分：高压区和低压区。2.液压泵和液压马达在工作过程中会产生一些共同的物理现象，如困油现象和径向力不平衡、流量脉动、流量泄漏等现象。3.液压泵和液压马达都具有容积效率、机械效率和总效率。由于泵是把机械能转换为液压能的装置，而马达是把液压能转换为机械能的执行装置，因此在计算效率时，必须弄清输入量与输出量的关系。2020/5/13东昌学院·机电工程系264.液压泵和液压马达的工作原理是可逆的。理论上(不计损失),它们的输入量与输出量之间具有同样的数学关系：qQpqTqQqTp2222液压马达液压泵5.液压泵和液压马达最重要结构参数是排量q。排量q的大小反映了泵和马达的能力。6.泵和马达工作原理虽然可逆，但实际使用时必须注意它们结构之间的差异。2020/5/13东昌学院·机电工程系27第八节各类液压泵性能比较及选用液压泵作为液压系统中的动力元件，它输出液压能，它最主要的性能参数就是输出流量和出口压力。根据前面所讲，流量对应于负载的运动速度；出口压力则对应于负载力。因此液压泵的选用，就是依据液压系统对动力源的要求，来确定泵的输出流量、工作压力和液压泵的型式，同时计算需用电动机的规格。2020/5/13东昌学院·机电工程系281.确定液压泵的输出流量QBQKQB（）工作最大QKQB系统最大式中：K-考虑到系统中漏损的系数(一般取1.1～1.3)。K实际上不是只考虑泵容积效率，是考虑了整个液压系统的泄漏的结果（如管路泄漏）。液压泵的输出流量QB，应满足整个液压系统的最大流量Q系统，也就是应满足整个液压系统中同时工作的执行机构所需的最大流量之和()，即Q工作2020/5/13东昌学院·机电工程系29在液压泵的产品说明书中，标明了每种泵的额定流量(或排量)的数值。此值是指额定转速和额定压力下该泵输出的实际流量。根据系统中的流量选定液压泵时，必须保证该泵对应于额定流量的规定转速。否则将得不到所需的流量。为了保证系统的容积效率，尽量避免通过改变转速来实现液压泵的流量变化。即实现对负载的调速不要通过调整液压泵转速来完成，可通过选用变量液压泵或通过系统中的节流阀来实现。2020/5/13东昌学院·机电工程系302.确定液压泵的工作压力液压泵的工作压力pB，应满足液压系统中执行机构所需的最大工作压力p最大，即p泵最大pKpB式中:K-考虑到液压泵到执行机构管路中的各种压力损失的系数(一般取1.1～1.5)。2020/5/13东昌学院·机电工程系31液压泵的产品说明书中，标明了每种泵的额定压力值和最高工作压力值。算出后，应按额定压力值来选择液压泵。只有在使用中有短暂超载场合，或产品说明书中特殊说明的范围，才允许按最高压力值来选择液压泵。额定压力值，是指使用中不应超过的压力值，否则将影响液压泵的效率和寿命。液压泵的输出压力决定于工作负载，是一个基本概念。这里说液压泵产品说明中标明的额定压力值，是从液压泵本身的密封和寿命要求而言的。与泵输出压力决定于工作负载是一致的。2020/5/13东昌学院·机电工程系323.选取液压泵拖动电动机BBBBiQpNN/在液压泵产品说明书中，往往附有液压泵拖动电动机的功率数值。这个功率的大小值是指液压泵在额定压力和额定流量下所需的数值。实际使用中，液压泵的最大工作压力，有时比液压泵的额定压力值低得多。因此应按实际工况计算拖动电动机的功率，不应原搬产品说明书中所写的拖动电动机的功率，否则将造成浪费。BiBBNNN