3.1液壓馬達概述3.2高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達3.3低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達3.4液壓馬達常見故障及其排除方法習題與思考題第3章液壓馬達3.1液壓馬達概述

1.液壓馬達的工作原理和分類液壓馬達和液壓泵在結(jié)構(gòu)上基本相同,在工作原理上是互逆的,也即向液壓馬達通入壓力油以后,由于作用于轉(zhuǎn)子上的液壓力不平衡而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),成為液壓馬達。液壓馬達可分為高速和低速兩大類。一般認為,額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的屬于高速液壓馬達,額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的屬于低速液壓馬達。高速液壓馬達的基本形式有齒輪式、葉片式和軸向柱塞式,此外還有轉(zhuǎn)子式、螺桿式等。它們的主要特點是工作轉(zhuǎn)速較高,轉(zhuǎn)動慣量小,便于啟動和制動,調(diào)速及換向的靈敏度高。通常,高速液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩不大,僅幾十N·M,所以又稱高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達。低速液壓馬達的基本形式為徑向柱塞式,例如單作用連桿式、無連桿式和多作用內(nèi)曲線式等。此外,在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結(jié)構(gòu)形式。低速液壓馬達的主要特點是排量大,體積大,轉(zhuǎn)速低(有的可低到每分鐘幾轉(zhuǎn)甚至零點幾轉(zhuǎn),因此可以直接與工作機構(gòu)連接而不需要減速裝置,使得傳動機構(gòu)大大簡化)。通常，低速液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩較大,可以達幾kN·m,所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達。

2.液壓馬達的主要性能參數(shù)

1)輸入?yún)?shù)液壓馬達的輸入?yún)?shù)有：流量q(m3/s),進、出口壓力差Δp(Pa),輸入功率P(W)。

2)理論轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速理論轉(zhuǎn)速nt的計算表達式為(3-1)

式中:V——液壓馬達的排量,即在沒有泄漏的情況下,液壓馬達輸出軸旋轉(zhuǎn)一周所需的工作液體的體積(m3/r)。由于泄漏不可避免,因此為了保證馬達的轉(zhuǎn)速符合要求,輸入馬達的實際流量為(3-2)式中:qt——在沒有泄漏的情況下,使液壓馬達達到設(shè)計轉(zhuǎn)速所需的理論輸入流量(m3/r)。液壓馬達的理論輸入流量qt與實際輸入流量q之比,稱為容積效率,其表達式為(3-3)

液壓馬達的實際轉(zhuǎn)速為(3-4)

3)理論轉(zhuǎn)矩和實際轉(zhuǎn)矩根據(jù)能量守恒定律,液壓馬達可滿足以下關(guān)系：(3-4)所以(3-5)式中:Tt——理論轉(zhuǎn)矩。實際上,液壓馬達各零件間相對運動及流體與零件間相對運動的摩擦必然產(chǎn)生各種能量損失。例如,軸和軸承的摩擦損失,軸和密封裝置之間的摩擦損失,各零件間因相對運動而產(chǎn)生的摩擦損失,流體壓力損失等,它們總稱為機械損失。液壓馬達的機械損失表現(xiàn)在實際輸出轉(zhuǎn)矩T的降低,即(3-6)式中:ΔT——由于摩擦而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩損失。液壓馬達的實際輸出轉(zhuǎn)矩T與理論轉(zhuǎn)矩Tt的比值,稱為機械效率,其表達式為(3-7)

由上式可得液壓馬達的實際轉(zhuǎn)矩為

由于液壓馬達結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的影響,其瞬時轉(zhuǎn)矩是不均勻的,也即存在著轉(zhuǎn)矩的脈動性。由前述公式(3-8)可得液壓馬達的瞬時轉(zhuǎn)矩表達式為(3-９)如果馬達工作時的壓差Δp和轉(zhuǎn)速n不變,則瞬時轉(zhuǎn)矩Ts

具有與瞬時流量qs相同的脈動規(guī)律。由于類型相同的泵和馬達的瞬時流量規(guī)律相同,因此可以利用已知的液壓泵的瞬時流量規(guī)律直接得到液壓馬達的瞬時轉(zhuǎn)矩規(guī)律,即在馬達的進、出口壓差和轉(zhuǎn)速不變時,馬達的轉(zhuǎn)矩不均勻系數(shù)等于同類型泵的流量不均勻系數(shù)，即(3-10)液壓馬達的實際輸出功率等于液壓馬達的實際轉(zhuǎn)矩與輸出軸角速度的乘積,即(3-12)

顯然,液壓馬達的總效率η等于輸出功率P與輸入功率Pi之比,即(3-13)

4)理論輸出功率與實際輸出功率液壓馬達的理論輸出功率等于其輸入功率,即(3-11)即(3-14)可見,液壓馬達的總效率也等于機械效率與容積效率的乘積。

又因為P=2πnT,Pi=Δpq,所以3.2高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達

3.2.1齒輪馬達

1.外嚙合漸開線齒輪馬達的工作原理外嚙合漸開線齒輪馬達的工作原理如圖3-1所示。圖中,Ⅰ為轉(zhuǎn)矩輸出齒輪,Ⅱ為空轉(zhuǎn)齒輪,兩輪的齒數(shù)與模數(shù)一般相同。

嚙合點C至兩齒輪中心的距離分別為RC1和RC2,當壓力為pg的高壓油輸入馬達高壓腔時,處于高壓腔內(nèi)的所有輪齒都受到壓力油的作用。由于RC1<Re1,RC2<Re2,因此,互相嚙合的兩個齒面只有一部分處于高壓腔。這樣就使兩個輪齒上處于高壓腔的兩個齒面所受到的切向液壓力對各齒輪軸的轉(zhuǎn)矩是不平衡的,兩個齒輪各自受到的不平衡的切向液壓力分別形成了轉(zhuǎn)矩、;同理,處于低壓腔的各齒面所受到的低壓液壓力也是不平衡的,對兩齒輪軸分別形成了反方向的轉(zhuǎn)矩、。此時齒輪Ⅰ上的不平衡轉(zhuǎn)矩為T1=

,齒輪Ⅱ上的不平衡轉(zhuǎn)矩為T2=。所以,在馬達輸出軸上產(chǎn)生了總轉(zhuǎn)矩T=T1+T2,從而使齒輪克服負載轉(zhuǎn)矩按圖中箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn),油液被帶到低壓腔排出。圖3－1外嚙合齒輪馬達工作原理圖

2.外嚙合漸開線齒輪馬達的結(jié)構(gòu)特點圖3-2所示為端面間隙可自動補償?shù)耐鈬Ш蠞u開線齒輪馬達結(jié)構(gòu)圖。在軸套9、10的外端對稱地布置著4個密封圈1、2、3、4,中心密封圈1緊緊地包圍著兩個軸套孔,形成一個中間收縮的“8”字形區(qū)域A1,因區(qū)域A1通過兩個軸承與泄漏油孔14相通,所以區(qū)域A1內(nèi)的壓力與泄漏油腔的壓力相等。側(cè)邊密封圈2和3對稱地布置在密封圈1的兩側(cè),且各有一段長度直接與密封圈1接觸,分別形成菱形區(qū)域A2和A3,A2經(jīng)通道5與進油腔6相通,A3經(jīng)通道與回油腔7相通。外圍密封圈4也布置成菱形,包著密封圈1、2和3,且有兩段長度分別與密封圈2和3直接接觸。由于密封圈2和3的兩側(cè)都分別與密封圈1和4直接接觸,因此在密封圈4的包圍圈內(nèi),又形成兩個區(qū)域A4和A5,由于滲漏和串油的原因,A4和A5內(nèi)的壓力接近于高壓腔壓力。圖3-2端面間隙可自動補償?shù)耐鈬Ш蠞u開線齒輪馬達為了簡化加工和裝配工藝,密封圈4夾在殼體12與前蓋11和后蓋13之間,密封圈1夾在軸套和前、后蓋之間,而密封圈2、3與密封圈4相接近的部分則保持在殼體和前、后蓋之間。所有的密封圈都嵌在前、后蓋的凹槽中。各密封圈之間互相接近的部分采用直接接觸的辦法,這樣可簡化工藝,降低成本。當馬達正轉(zhuǎn)時,A1內(nèi)的壓力等于泄漏腔壓力;A2內(nèi)的壓力等于高壓腔壓力;A3內(nèi)的壓力等于低壓腔壓力;A4和A5內(nèi)的壓力是相等的,它們稍低于(很接近于)高壓腔壓力。當馬達反轉(zhuǎn)時,由于高、低壓腔交換位置,此時A2內(nèi)的壓力等于低壓腔壓力;A3內(nèi)的壓力等于高壓腔壓力;而A3、A4和A5內(nèi)的壓力則和馬達正轉(zhuǎn)時相同。所以,軸套對齒輪總的壓緊力與馬達正轉(zhuǎn)時相等,從而使端面間隙得以自動補償。這種齒輪馬達與齒輪泵相比,具有以下特點:

(1)結(jié)構(gòu)上具有對稱性。為了使馬達正、反轉(zhuǎn)時性能不受影響,馬達的進、出油口直徑相等,高、低壓腔卸荷槽對稱,軸套端由各密封圈圍成的密封區(qū)域?qū)ΨQ;而齒輪泵一般是單方向旋轉(zhuǎn),沒有這一要求。

(2)具有單獨的泄漏油孔。圖3-2中的泄漏油孔14是將潤滑軸承后的泄漏油引到殼體外邊去,而不像齒輪泵那樣將泄漏油引到低壓腔。這是因為馬達在反轉(zhuǎn)時,原來的低壓腔變成了高壓腔。

(3)增加了齒輪齒數(shù)。齒輪馬達的齒數(shù)一般比齒輪泵的齒數(shù)多,從而減小了轉(zhuǎn)矩的脈動性。此外,增加齒數(shù)對減小振動與噪聲也有好處。一般齒輪馬達的齒數(shù)Z≥14。

(4)提高了馬達的效率。為了改善馬達的啟動性能,通常齒輪馬達的徑向間隙取得比泵大,端面間隙補償裝置的壓緊系數(shù)取得比泵小,以減小啟動時摩擦力的影響。在啟動的瞬間,圖3-2中的A4和A5還未來得及建立起壓力,所以,此時軸套對齒輪的壓緊力很微弱,摩擦力矩很小,從而獲得了較大的啟動轉(zhuǎn)矩。而當啟動后轉(zhuǎn)入正常運行時,A4和A5的油壓已經(jīng)建立起來,使軸套對齒輪的壓緊力增大,從而保證正常工作時有較高的效率。

(5)必須采用滾動軸承(或靜壓軸承)。由于齒輪馬達的速度范圍很大,若采用滑動軸承,則在低速時就不能可靠地形成潤滑油膜。因此，齒輪馬達必須采用滾動軸承或靜壓軸承。而齒輪泵轉(zhuǎn)速高且轉(zhuǎn)速變化很小,就沒有這一限制。齒輪馬達結(jié)構(gòu)簡單,體積小，重量輕，慣性小，使用可靠，維修方便，價格低廉,對油液的過濾精度要求不高。但是，齒輪馬達輸出轉(zhuǎn)矩小,脈動大,低速穩(wěn)定性較差。所以，齒輪馬達多用于工程機械、農(nóng)業(yè)機械以及要求不高的機械設(shè)備上。3.2.2葉片馬達

1.工作原理雙作用式葉片馬達的工作原理如圖3-3所示。當壓力為p的油液從進油口進入葉片之間時,位于進油腔的葉片有3、4、5和7、8、1兩組。分析葉片的受力情況可以看出，葉片4、8兩側(cè)均受高壓油的作用,作用力互相抵消,因而不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；位于封油區(qū)的葉片一面受高壓油的作用,另一面受排回油箱的低壓油的作用,所以能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。同時,葉片1、5和葉片3、7的受力方向相反,葉片1、5產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子順時針回轉(zhuǎn),葉片3、7產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子逆時針回轉(zhuǎn)。但因葉片1、5伸出較長,液壓力的作用面積大,力臂也長,所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大于葉片3、7產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,葉片1、5和葉片3、7產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩差就是葉片馬達輸出的轉(zhuǎn)矩。當定子的長短半徑差值越大、轉(zhuǎn)子的直徑越大以及輸入液體的壓力越高時,液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩也就越大。圖3-3雙作用式葉片馬達的工作原理圖

2.結(jié)構(gòu)特點圖3-4所示為雙作用式葉片馬達的一種結(jié)構(gòu)圖,它與雙作用葉片泵相比,具有以下特點：

(1)葉片底部設(shè)置了燕式彈簧。馬達的葉片由燕式彈簧將其推出,可保證啟動時葉片頂部與定子內(nèi)表面的緊密接觸,以防啟動時高、低壓腔串通而形不成液壓力,也就不能輸出轉(zhuǎn)矩。圖3-4所示的雙作用式葉片馬達即采用了燕式彈簧的結(jié)構(gòu)。圖3-4雙作用式葉片馬達的結(jié)構(gòu)圖

(2)葉片沿葉片槽徑向放置。為了適應(yīng)馬達正、反轉(zhuǎn)的要求,葉片沿葉片槽徑向放置,即葉片傾角θ=0°,葉片頂端對稱倒角。

(3)葉片底部始終通壓力油。為了保證在進、出油口變換時葉片底部始終通高壓油,將葉片壓向定子以保證可靠接觸,葉片馬達在通往葉片底部的油路中設(shè)置了一組特殊結(jié)構(gòu)的單向閥——梭閥,其工作原理如圖3-5所示。由于采用了兩個并聯(lián)的梭閥,因此當進入葉片馬達的油液方向改變時,便可使葉片底部始終通高壓油,葉片便可靠地壓緊在定子內(nèi)表面。圖3－5梭閥工作原理示意圖

(4)雙向進油以減小壓力損失。葉片馬達在定子上開有若干圓孔,在另一只配油盤上開有不通的配油窗口,以實現(xiàn)雙向進油,減小壓力損失。葉片馬達結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,轉(zhuǎn)動慣量小,因此動作靈敏,輸出轉(zhuǎn)矩比較均勻,低速性能優(yōu)于齒輪馬達。所以，葉片馬達一般適用于高速小轉(zhuǎn)矩及要求動作靈敏的工作場合。3.2.3軸向柱塞馬達

1.工作原理圖3-6所示為傾斜盤式軸向柱塞馬達的工作原理圖。當柱塞處于進油腔的位置時,柱塞在液壓力的作用下抵住傾斜盤,于是傾斜盤就給柱塞以反作用力F。反作用力F可以分解為軸向分力Fx和徑向分力Fy,其軸向分力Fx和作用在柱塞上的液壓力相平衡,徑向分力Fy則由于與轉(zhuǎn)子中心有一定的距離,從而產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),使馬達工作。顯然,進、出油口互換時,馬達旋轉(zhuǎn)方向也將改變。圖3-6軸向柱塞馬達的工作原理圖

2.軸向柱塞馬達的結(jié)構(gòu)軸向柱塞馬達和軸向柱塞泵可以互相通用。前述章節(jié)中圖2-88和圖2-90所示的軸向柱塞泵均可作為軸向柱塞馬達來使用。軸向柱塞馬達結(jié)構(gòu)緊湊,徑向尺寸小,又由于柱塞和柱塞孔形成的工作容積密封性好,因此能在高轉(zhuǎn)速和較高壓力的條件下工作,轉(zhuǎn)速范圍大,變速和換向動作靈活。3.3低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達的主要特點是排量大，體積大，輸出轉(zhuǎn)矩大，低速穩(wěn)定性好,一般可在10r/min以下平穩(wěn)運轉(zhuǎn),有的可低到0.5r/min以下。因此,該馬達可以直接與工作機構(gòu)連接,不需要減速裝置,從而使傳動機構(gòu)大大簡化,提高了工作效率。低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達廣泛應(yīng)用于各種低速重載機械,如礦山機械、工程機械、起重運輸機械、船舶等。低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達多采用柱塞式結(jié)構(gòu)。按其結(jié)構(gòu)形式分類,有軸向柱塞式與徑向柱塞式,而其基本形式是徑向柱塞式。按其柱塞每轉(zhuǎn)的作用次數(shù)分類,有單作用式和多作用式。若傳動軸轉(zhuǎn)一周而柱塞僅往復運動一次,則稱為單作用式;若傳動軸轉(zhuǎn)一周而柱塞往復運動多次,則稱為多作用式。3.3.1軸向柱塞式低速大轉(zhuǎn)矩馬達圖3-7所示為雙斜盤滑履式軸向柱塞馬達的結(jié)構(gòu)圖。它的組成和工作原理與高速軸向柱塞液壓馬達基本相同,其主要區(qū)別在于采用了兩個斜盤2和兩套柱塞1,用以增大輸出轉(zhuǎn)矩。如圖所示,在殼體的兩端各有一個斜盤2,在缸體3的柱塞孔中,左、右各裝有帶滑履的柱塞1,兩柱塞的中間用彈簧隔開,A、B、C、D為進出油口,油液經(jīng)配油盤4及缸體上的斜孔進入兩柱塞的油腔,當壓力油通入后,左、右柱塞同時受液壓力的作用而抵住斜盤,產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的徑向力,從而使馬達旋轉(zhuǎn)。圖3-7雙斜盤軸向柱塞馬達3.3.2徑向柱塞式低速大轉(zhuǎn)矩馬達

1.單作用連桿式徑向柱塞馬達

1)工作原理圖3-8所示為連桿式徑向柱塞馬達的結(jié)構(gòu)原理圖。在殼體1的圓周呈放射狀均勻布置了五個缸孔(或七個),缸孔中的柱塞2通過球鉸與連桿3相連接。連桿端部的圓柱面與曲軸4的偏心輪相接觸,曲軸的圓心為O,偏心輪的圓心為O1,兩者之間的距離為偏心距e。曲軸的一端通過接頭與配油軸5相連,配油軸上的“隔墻”兩側(cè)分別為進油腔和回油腔。圖3-8連桿式徑向柱塞馬達的結(jié)構(gòu)原理圖高壓油進入馬達的進油腔后,經(jīng)過殼體上的槽①、②、③引到相應(yīng)的柱塞缸①、②、③中去。高壓油產(chǎn)生的液壓力作用于柱塞的頂部,并通過連桿傳遞到曲軸的偏心輪上。以柱塞缸②為例,如圖3-9所示,作用在偏心輪上的力為F,這個力的方向沿著連桿中心線指向偏心輪的中心O1。作用力F又可以分解為兩個力,即法向力Ff和切向力Ft。法向力Ff的作用線通過曲軸中心O,不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,該力由曲軸的軸承平衡。切向力Ft對曲軸的旋轉(zhuǎn)中心O產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使曲軸繞中心O逆時針方向旋轉(zhuǎn)。柱塞缸①和③的受力情況與柱塞缸②相似,只是由于它們相對于曲軸的位置不同,因此產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的大小與柱塞缸②不同。顯然,使曲軸旋轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)矩應(yīng)等于與高壓腔相通的柱塞缸(在圖示情況下為①、②和③缸)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。圖3-9連桿式徑向柱塞馬達受力圖曲軸旋轉(zhuǎn)時,缸①、②、③的容積增大,油液通過殼體油道①、②、③經(jīng)配油軸的進油腔進入,則缸④、⑤的容積變小,油液通過殼體油道④、⑤經(jīng)配油軸的回油腔排出。當配油軸隨馬達的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一個角度后,配油軸“隔墻”封閉了通道③,此時缸③與高、低壓腔均不相通,缸①、②通高壓油,使馬達產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,缸④、⑤排油。當曲軸連同配油軸再轉(zhuǎn)過一個角度后,缸①、②、⑤通高壓油,使馬達產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,缸③、④排油。由于配油軸隨曲軸一起旋轉(zhuǎn),因此進油腔和回油腔分別依次與各柱塞缸接通,從而保證曲軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。若將馬達的進、出油口互換,則可實現(xiàn)馬達的反轉(zhuǎn)。

2)典型結(jié)構(gòu)圖3-10所示為連桿式徑向柱塞馬達的一種典型結(jié)構(gòu)。五只缸體沿徑向均勻分布在圓周上,孔端由缸蓋8封閉形成一星形殼體。各缸體中裝有柱塞1,在柱塞的中心球窩內(nèi)裝有連桿2小端的球頭,連桿2大端的凹形圓柱面緊貼在與曲軸4做成一體的偏心輪的外緣上,用一對擋圈3壓住連桿,使其不與偏心輪脫離。曲軸安裝在兩個徑向止推滾柱軸承上,并且通過十字聯(lián)軸器5帶動配油軸6旋轉(zhuǎn),兩者之間用十字接頭構(gòu)成浮動連接,以避免因加工與裝配誤差帶來的不同心而卡死的現(xiàn)象。配油軸(即配油轉(zhuǎn)閥)安裝在集流器7內(nèi),并由兩個滾針軸承支承。在配油軸的軸心開一小孔,用于溝通配油軸兩端,以保證配油軸兩端軸向力的平衡。圖3-10連桿式徑向柱塞馬達的結(jié)構(gòu)圖配油軸(配油轉(zhuǎn)閥)的形狀如圖3-11所示。馬達的進油口或回油口經(jīng)閥套的徑向孔通到轉(zhuǎn)閥上的環(huán)槽a或b,環(huán)槽a與轉(zhuǎn)閥上的軸向孔c和d相通,環(huán)槽b與轉(zhuǎn)閥中的軸向孔e和f相通。這四個軸向孔一直通到配油窗口處(見圖3-11中剖面C-C),在剖面C-C處一邊為進油腔,一邊為回油腔,在進油腔和回油腔之間有封油區(qū)。圖3-11連桿式徑向柱塞馬達的配油閥由馬達的工作原理可知,配油軸的一側(cè)為高壓腔,另一側(cè)為低壓腔,所以配油軸在工作過程中受有很大的徑向力。此徑向力將配油軸推向一側(cè),而使另一側(cè)間隙增大,造成滑動表面的磨損和泄漏的增加,致使效率下降。為了解決這個問題,可采取以下措施來平衡徑向力：用開設(shè)平衡油槽的方法,使對應(yīng)各槽及其所形成的沿軸向的壓力場產(chǎn)生的液壓力平衡,即實現(xiàn)配油軸的靜壓平衡。這種靜壓平衡的配油軸由于徑向力得到了平衡,因此摩擦力很小,從而提高了機械效率和啟動機械效率;同時，縮小了配油軸與配油套的徑向間隙,減小了泄漏,提高了容積效率，在正常工作范圍內(nèi),總效率在85%~96%之間。圖3-12所示為密封環(huán)密封的靜壓平衡配油軸的原理圖。正中的C-C窗孔是配油窗孔,B-B和D-D上的環(huán)形槽分別是進油窗孔和回油窗孔,A-A和E-E是靜壓平衡半圓環(huán)形槽。圖3-12密封環(huán)密封的靜壓平衡配油軸假定各密封環(huán)分別放置在密封帶的正中。若進、出油方向如圖中箭頭所示,各孔處標有符號“p”的都是高壓腔,標有符號“o”的都是低壓腔?？梢?B-B和D-D的圓周方向的壓力相同,沒有徑向力產(chǎn)生;C-C窗孔剖面的上腔與進油口相通,是高壓側(cè),下腔與回油口相通,是低壓側(cè),因此使配油軸受到很大的徑向力。為了平衡這個徑向力,在配油軸兩端設(shè)置半圓平衡油槽A-A和E-E,使其上腔通低壓油,下腔通高壓油；為了減小泄漏,各腔之間應(yīng)設(shè)置密封環(huán)。為了保證上、下兩側(cè)靜壓平衡,必須滿足下述關(guān)系：a+e=2(b+c)

(3-15)式中:a——配油窗孔寬度;

e——配油窗孔的密封帶寬度;

c——平衡油槽寬度;

b——平衡油槽的密封帶寬度。

2.單作用無連桿式徑向柱塞馬達

1)工作原理圖3-13(a)所示為靜壓平衡馬達的結(jié)構(gòu)原理圖,圖3-13(b)為其受力分析圖。殼體1上有五個沿徑向均布的柱塞缸,五個柱塞2分別安裝在殼體的柱塞缸內(nèi)。套裝在曲軸偏心輪5上的五星輪4起著連桿的作用,五星輪的五個徑向孔口各嵌有一個壓力環(huán)3,壓力環(huán)的上端面與柱塞底平面接觸。五星輪平面、壓力環(huán)和柱塞都開有對應(yīng)的中間通孔。曲軸的旋轉(zhuǎn)中心為O,偏心輪的旋轉(zhuǎn)中心為O1,兩者之間的偏心距為e

。曲軸的一端外伸,即為輸出軸；另一端為配油機構(gòu)。圖中設(shè)A為進油腔,B為回油腔。圖3-13靜壓平衡馬達結(jié)構(gòu)原理圖當高壓油進入A腔后,通過五星輪、壓力環(huán)和柱塞的中間貫通孔,到達①、②、③號缸,形成高壓液柱,直接作用在曲軸偏心輪5上。以柱塞缸②為例(見圖3-13(b)),作用在偏心輪上的力F,可以分解為法向力Ff和切向力Ft。法向力Ff通過曲軸中心連線,因而不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩;切向力Ft對曲軸的旋轉(zhuǎn)中心O產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使曲軸繞中心O順時針方向旋轉(zhuǎn)。柱塞缸①和③的受力情況與柱塞缸②相似,合轉(zhuǎn)矩使曲軸產(chǎn)生順時針的轉(zhuǎn)動,與此同時,缸④、⑤回油。轉(zhuǎn)過一定角度后,缸①封閉,缸②、③起作用;再轉(zhuǎn)過一定角度后,缸②、③、④起作用,缸⑤、①回油。如此,進油腔和回油腔分別依次與柱塞缸接通,從而保證曲軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。馬達在工作過程中,五星輪相對于柱塞作平面平行運動,柱塞則做上下往復運動。將馬達進、回油口互換后,馬達的旋轉(zhuǎn)方向改變。

2)典型結(jié)構(gòu)圖3-14所示為靜壓平衡馬達的結(jié)構(gòu)圖。為了增大轉(zhuǎn)矩,該馬達采用雙排柱塞結(jié)構(gòu)。配油機構(gòu)在傳動軸(即曲軸)4的左端,使傳動軸、偏心輪和配油機構(gòu)組成一體,這大大縮短了馬達的軸向尺寸。傳動軸支承在兩個徑向止推軸承上。柱塞中的彈簧能使柱塞始終壓緊在五星輪上,以改善馬達的啟動性能。兩個偏心輪的偏心方向相差180°,以使傳動軸所受徑向液壓力基本平衡。圖3-14靜壓平衡馬達的結(jié)構(gòu)圖靜壓平衡馬達與連桿式馬達相比,具有以下特點:

(1)偏心輪既具有傳遞動力的功能,又起配油作用,從而縮短了馬達的軸向尺寸。

(2)用五星輪取代連桿,既可簡化結(jié)構(gòu)工藝,又減小了徑向尺寸。但取消連桿帶來的缺點是柱塞與缸孔間的側(cè)向力增大了,致使五星輪作平移時與柱塞底面間及五星輪與偏心輪滑動表面間的相對運動摩擦損失較大,因此影響了馬達的機械效率。

(3)壓力油直接作用于曲軸的偏心輪上形成轉(zhuǎn)矩而使曲軸旋轉(zhuǎn)。馬達的柱塞3、壓力環(huán)6和五星輪1上的液壓力接近于靜壓平衡,因此在工作中,柱塞、壓力環(huán)和五星輪只起不使壓力油泄漏的密封作用,所以稱之為靜壓平衡馬達。靜壓平衡馬達磨損小,壽命長,工作可靠,結(jié)構(gòu)比連桿式徑向柱塞馬達簡單,但重量和體積比較大。

3.多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達

1)工作原理圖3-15(a)所示為內(nèi)曲線徑向柱塞馬達的結(jié)構(gòu)原理圖,圖3-15(b)為其受力分析圖。凸輪環(huán)1(即殼體)的內(nèi)表面由x個形狀完全相同的曲線均布而成,每個曲線凹部的頂點將曲線分成兩段,允許柱塞組向外伸的一邊為工作段(進油段),與它對稱的另一邊稱為空載段(回油段)。由于凸輪環(huán)1固定不動,因此稱為定子。缸體2中,沿圓周徑向均勻分布著Z個柱塞缸孔,缸孔中裝有柱塞,缸孔底部有一配油窗口,并與配油軸6的配油孔道相通。由于缸體可以旋轉(zhuǎn),因此稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子經(jīng)傳動軸與外界的工作機構(gòu)相連。柱塞的頂部頂壓在橫梁上,其底部與配油軸的進、回油口相通。橫梁3的兩端設(shè)有兩個滾輪5,滾輪5又頂緊在定子的內(nèi)表面曲線上。配油軸6固定不動,其上沿圓周方向均勻地開設(shè)了2x個配油窗口,這些配油窗口交替地分成兩組,通過配油軸上的兩個軸向孔(圖中未表示出)分別和進、回油口相通。每一組的x個配油窗口應(yīng)分別對準六個同向的曲線(其實為曲面)ab或bc。假定內(nèi)曲線ab段對應(yīng)進油區(qū),bc段對應(yīng)回油區(qū)。在圖示位置時,柱塞Ⅳ、Ⅷ處于回油狀態(tài),柱塞Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ處于過渡狀態(tài),既不和進油相通,也不和回油相通。柱塞Ⅱ、Ⅵ在壓力油的作用下,將橫梁和滾輪壓向定子內(nèi)曲線,于是在接觸處定子對滾輪產(chǎn)生一反作用力F(見圖3-15(b)),反力F可以分解為兩個力,即徑向力Ff和切向力Ft。徑向力Ff與柱塞的軸向液壓力平衡;切向力Ft對轉(zhuǎn)子的中心形成轉(zhuǎn)矩,并通過橫梁的側(cè)面?zhèn)鬟f給轉(zhuǎn)子,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。圖3-15內(nèi)曲線馬達工作原理柱塞滾輪組進入ab段,則會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),柱塞外伸,直到b點為止。進入bc段后,柱塞底部與回油口相通,柱塞內(nèi)縮回油。在a、b、c三點,柱塞底部被配油軸封閉,此時柱塞也正好沒有徑向位移。由于曲線數(shù)(圖中x為6)與柱塞數(shù)(圖中Z為8)不相等,因此總有一部分柱塞處于定子曲面ab段,也總有一部分柱塞處于定子曲面bc段,從而使轉(zhuǎn)子2帶動輸出軸均勻連續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此,不能出現(xiàn)作用次數(shù)x和柱塞數(shù)Z相等的結(jié)構(gòu)。