3.1.1　液壓馬達的工作原理

(1)葉片式液壓馬達

由于壓力油作用,受力不平衡使轉子產生轉矩。葉片式液壓馬達的輸出轉矩與液壓馬達的排量和液壓馬達進出油口之間的壓力差有關,其轉速由輸入液壓馬達的流量大小來決定。

由于液壓馬達一般都要求能正反轉。因此葉片式液壓馬達的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油,在回壓油腔通入葉片根部的通路上應設置單向閥,為了確保葉片式液壓馬達在壓力油通入后能正常啟動,必須使葉片頂部和定子內表面緊密接觸,以保證良好的密封,因此在葉片根部應設置預緊彈簧。葉片式液壓馬達體積小,轉動慣量小,動作靈敏,可適用于換向頻率較高的場合,但泄漏量較大,低速工作時不穩定。因此,葉片式液壓馬達一般用于轉速高、轉矩小和動作要求靈敏的場合。

(2)徑向柱塞式液壓馬達

圖3?1為徑向柱塞式液壓馬達工作原理。當壓力油經固定的配油軸4的窗口進入缸體3內柱塞1的底部時,柱塞向外伸出,緊緊頂住定子2的內壁。由于定子與缸體存在一偏心距e,在柱塞與定子接觸時,定子對柱塞產生反作用力F_N,這個反作用力可分解為兩個分力:沿柱塞軸向的法向力F_f和沿柱塞徑向的徑向力F_T。徑向力F_T對缸體產生轉矩,使缸體旋轉。缸體再通過端面連接的傳動軸向外輸出轉矩和轉速。

徑向柱塞式液壓馬達多用于低速大轉矩的情況下。

單作用連桿型徑向柱塞式液壓馬達的排量為

V=(3?1)

式中　d——柱塞直徑;

　　e——曲軸偏心距;

　　z——柱塞數。

單作用連桿型徑向柱塞式液壓馬達的優點是結構簡單,工作可靠。其缺點是體積和質量較大,轉矩脈動,低速穩定性較差。近年來因其主要的摩擦副大多采用靜壓支承或靜壓平衡結構,故其低速穩定性有很大的改善,最低穩定轉速可達3r/min。

多作用內曲線徑向柱塞式液壓馬達的排量為

V=sxyz(3?2)

式中　d——柱塞直徑;

　　s——柱塞行程;

　　x——作用次數;

　　y——柱塞排數;

　　z——每排柱塞數。

多作用內曲線徑向柱塞式液壓馬達的轉矩脈動小,徑向力平衡,啟動轉矩大,并能在低速下穩定地運轉,普遍應用于工程機械、建筑機械、起重運輸機械、煤礦機械、船舶等機械中。

(3)軸向柱塞馬達

軸向柱塞泵除閥式配油外,其他形式原則上都可以作為液壓馬達用,即軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達是可逆的。軸向柱塞馬達的工作原理如圖3?2所示,配油盤4和斜盤1固定不動,馬達軸5與缸體2相連接一起旋轉。當壓力油經配油盤4的窗口進入缸體2的柱塞孔時,柱塞3在壓力油作用下外伸,緊貼斜盤1對柱塞3產生一個法向反力F,此力可分解為軸向分力Fx和垂直分力Fy。軸向分力Fx與柱塞上液壓力相平衡,而垂直分力Fy則使柱塞對缸體中心產生一個轉矩,帶動馬達軸逆時針方向旋轉。軸向柱塞馬達產生的瞬時總轉矩是脈動的。若改變馬達壓力油的輸入方向,則馬達軸5按順時針方向旋轉。斜盤傾角α的改變即排量的變化,不僅影響馬達的轉矩,而且影響它的轉速和轉向。斜盤傾角越大,產生的轉矩越大,轉速越低。

(4)齒輪液壓馬達

齒輪液壓馬達工作原理如圖3?3所示。一對嚙合的齒輪Ⅰ、齒輪Ⅱ在高壓區的輪齒有A~E五只。由于齒輪Ⅰ、齒輪Ⅱ在y點嚙合,嚙合點y將高低壓隔開。所以齒輪Ⅰ嚙合點y上方齒面所受的液壓力將產生使齒輪Ⅰ逆時針轉動的轉矩,齒輪Ⅱ的C齒面和E齒面承壓面積之差也將產生使齒輪Ⅱ順時針轉動的轉矩。由于齒輪嚙合而在高壓區形成的承壓面積之差是齒輪液壓馬達產生驅動力矩的根源。

齒輪馬達在結構上為了適應正反轉要求,進、出油通道對稱,孔徑相同,具有對稱性,有單獨外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外;為了減小啟動摩擦力矩,采用滾動軸承;齒輪液壓馬達的齒數比泵的齒數要多。

齒輪液壓馬達僅適合于高速小轉矩的場合,一般用于工程機械、農業機械以及對轉矩均勻性要求不高的機械設備上。