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常用的液压马达类型及选择技巧

【摘要】:图3-2 叶片液压马达2.径向柱塞式液压马达图3-3所示为径向柱塞式液压马达工作原理。齿轮啮合而在高压区形成的承压面积之差是齿轮液压马达产生驱动力矩的根源。在曲轴旋转过程中,位于高压侧的液压缸容积逐渐增大,而位于低压侧的液压缸的容积逐渐缩小,因此高压油不断进入液压马达,从低压腔不断排出。

1.叶片液压马达

叶片液压马达结构和双作用叶片泵类似。由于液压马达一般都要求能正反转,所以叶片液压马达的叶片要径向放置,如图3-2所示。在进油区的每一封闭的工作容腔,其相邻两叶片伸出长度不同,承受油压力后,使转子产生转矩。叶片式液压马达体积小,转动惯量小,动作灵敏,可适用于换向频率较高的场合,但泄漏量较大,低速工作时不稳定。因此,叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。

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图3-2 叶片液压马达

2.径向柱塞式液压马达

图3-3所示为径向柱塞式液压马达工作原理。当液压油经固定的配油轴4的窗口进入缸体3内柱塞1的底部时,柱塞向外伸出,紧紧顶住定子2的内壁。由于定子与缸体存在一偏心距e,在柱塞与定子接触处,定子对柱塞产生的反作用力FN可分解为两个分力:沿柱塞轴向的法向力FF和沿柱塞径向的径向力FT。径向力FT对缸体产生转矩,使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。以上分析的是一个柱塞产生转矩的情况,由于在压油区作用有好几个柱塞,在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转,并输出转矩,故径向柱塞式液压马达多用于低速大转矩的情况。

3.轴向柱塞马达

轴向柱塞泵除阀式配流外,其他形式原则上都可以作为液压马达用,即轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理如图3-4所示。配油盘4和斜盘1固定不动,马达轴5与缸体2相连接一起旋转。当液压油经配油盘4的窗口进入缸体2的柱塞孔时,柱塞3在液压油作用下外伸,紧贴斜盘1对柱塞3产生一个法向反力F,此力可分解为轴向分力Fz及垂直分力FyFz与柱塞上液压力相平衡,而Fy则使柱塞对缸体中心产生一个转矩,带动马达轴5逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达液压油输入方向,则马达轴5按顺时针方向旋转。斜盘倾角α的改变,即排量的变化,不仅影响马达的转矩,而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大,产生转矩越大,转速越低。

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图3-3 径向柱塞式液压马达工作原理

1—柱塞 2—定子 3—缸体 4—配油轴

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图3-4 轴向柱塞液压马达工作原理

1—斜盘 2—缸体 3—柱塞 4—配油盘 5—马达轴

4.齿轮液压马达

齿轮液压马达工作原理如图3-5所示。一对啮合的齿轮Ⅰ、Ⅱ在高压区的轮齿有A、B、C、D、E五只。齿轮Ⅰ轮齿A、B间的齿槽所受液压力产生的转矩互相抵消,同样,齿轮Ⅱ轮齿D齿两边所受液压力产生的转矩互相抵消。由于齿轮Ⅰ、Ⅱ在y点处啮合,啮合点y将高低压隔开,所以齿轮Ⅰ啮合点y上方齿面所受的液压力将产生使齿轮Ⅰ逆时针转动的转矩,齿轮Ⅱ的C齿面和E齿面承压面积之差也将产生使齿轮Ⅱ顺时针转动的转矩。齿轮啮合而在高压区形成的承压面积之差是齿轮液压马达产生驱动力矩的根源。

齿轮马达在结构上为了适应正反转要求,其进出油口应相等、具有对称性,有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体外;为了减少起动摩擦力矩,应采用滚动轴承;为了减少转矩脉动,齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。齿轮液压马达由于密封性差,容积效率较低,输入油压力不能过高,不能产生较大转矩,并且瞬间转速和转矩随着啮合点的位置变化而变化,因此齿轮液压马达仅适用于高速小转矩的场合,一般用于工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。

5.曲柄连杆式低速大转矩液压马达

(1)低速大转矩液压马达特点 低速大转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:最低转速低(5~10r/min);输出转矩大,可达几万牛米;径向尺寸大,转动惯量大。它可以与工作机构直接连接,不需要减速装置,故使传动结构大为简化。低速大转矩液压马达广泛用于起重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。

(2)曲柄连杆式液压马达结构原理 曲柄连杆式低速大转矩液压马达应用较早,同类型号为JMZ型,其额定压力为16MPa,最高压力为21MPa,理论排量最大可达6140mL/r。曲柄连杆式液压马达结构如图3-6所示。

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图3-5 齿轮液压马达工作原理

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图3-6 曲柄连杆式液压马达结构

1—壳体 2—活塞 3—连杆 4—曲轴 5—配流轴

这种马达由壳体、曲柄-连杆-活塞组件、偏心轴及配油轴组成。壳体1内沿圆周呈放射状均匀布置了五只缸体,形成星形壳体;缸体内装有活塞2,活塞2与连杆3通过球绞连接,连杆大端做成鞍形圆柱瓦面紧贴在曲轴4的偏心圆上,液压马达的配流轴5与曲轴通过十字键连接在一起,随曲轴一起转动,马达的液压油经过配流轴通道,由配流轴分配到对应的活塞液压缸。马达工作原理过程如下:

1)①②③腔通液压油,活塞受到液压油的作用。

2)④⑤腔与排油窗口接通。

3)受油压作用的柱塞通过连杆对偏心圆中心作用一个力N,推动曲轴绕旋转中心转动,对外输出转速和转矩。

4)随着驱动轴、配流轴转动,配流状态交替变化。在曲轴旋转过程中,位于高压侧的液压缸容积逐渐增大,而位于低压侧的液压缸的容积逐渐缩小,因此高压油不断进入液压马达,从低压腔不断排出。