外五星液壓馬達工作原理.ppt

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第三節(jié)液壓馬達,一、工作性能二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,1）連桿式2）五星輪式3）內(nèi)曲線式,液壓馬達是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，可以實現(xiàn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，其結(jié)構(gòu)與液壓泵相似，并且也是靠密封容積的變化進行工作的。常見的液壓馬達也有齒輪式、葉片式和柱塞式等幾種主要形式；從轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩范圍分，有高速馬達和低速大扭矩馬達。馬達和泵在工作原理上是互逆的，當(dāng)向泵內(nèi)輸入壓力油時，其軸就輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩成為馬達。但由于二者的任務(wù)和要求有所不同，故在實際中只有少數(shù)泵能作馬達使用。,液壓馬達簡介,第三節(jié)液壓馬達,,,W式中：P—液壓馬達的進排油壓差，Pa；Q—供入液壓馬達的油流量，m3／s。,而其理論輸出功率則可表達為：W式中；Mth——液壓馬達的理論扭矩，Nm；ωth——液壓馬達的理論角速度，rad/s；nth——液壓馬達的理論轉(zhuǎn)速，r/min。,液壓馬達輸入的液壓能，可用工作油的壓力P和流量Q來表示，而其輸出的機械能，則以輸出軸的扭矩M和轉(zhuǎn)速n來度量。為了說明液壓馬達的工作性能，我們可先假設(shè)液壓馬達不存在任何能量損失的理想情況進行了討論，這時液壓馬達的輸入功率，就可用下式來表示：,第三節(jié)液壓馬達,一、工作性能,容積損失可用容積效率來度量，即式中：Qe—扣除漏泄損失后供入馬達的有效流量，m3／s。,因此，可求得液壓馬達的理論扭矩然而，任何實際的液壓馬達，運轉(zhuǎn)時總存在著各種損失，包括密封縫隙的漏泄損失，油流流動時的壓力損失以及各運動接觸部件之間的摩擦損失等。,第三節(jié)液壓馬達,一、工作性能,現(xiàn)假設(shè)液壓馬達按幾何尺寸確定的每轉(zhuǎn)排量為q(ms/r)，則液壓馬達的理論轉(zhuǎn)速為顯然，在不考慮液壓馬達中所有能量損失的情況下，液壓馬達的理論輸出功率就等于其輸入功率。,在液壓馬達中，常把壓力損失和摩擦損失合并在一起，稱之為機械損失，由于存在著機械損失，液壓馬達的實際輸出扭矩M也就比理論扭矩要小，而實際扭矩與理論扭矩之比，稱之為液壓馬達的機械效率ηm，即：因此，實際扭矩：,實際的輸出功率：式中：η是考慮液壓馬達中所有能量損失的總效率。,因此，液壓馬達的實際轉(zhuǎn)速：,第三節(jié)液壓馬達,一、工作性能,討論：,液壓馬達的實際轉(zhuǎn)速n，主要取決于供入液壓馬達的流量Q、液壓馬達的工作容積(即每轉(zhuǎn)排量)q和容積效率ηv。因此，要改變液壓馬達的轉(zhuǎn)速，可采用的方法有容積調(diào)速——采用變量油泵，改變其流量，或采用變量油馬達，改變其排量，也可以采用節(jié)流調(diào)速——通過流量控制閥來改變供入油馬達的流量；液壓馬達的扭矩M，主要取決于工作油的壓力p和液壓馬達的每轉(zhuǎn)排量q。提高工作油壓p，不僅可增大液壓馬達的輸出扭矩M，而且還可在功率不變的前提下，使液壓元件和和管路的尺寸相應(yīng)減小，但是也受到強度與密封等的條件限制，并給管理工作帶來不利的影響；增大液壓馬達的容積，亦即提高液壓馬達的每轉(zhuǎn)排量q，則可在工作油壓不變的情況下增大扭矩，而轉(zhuǎn)速則相應(yīng)較低，從而構(gòu)成低速大扭矩液壓馬達。一般認為額定轉(zhuǎn)速低于500r／min即屬于低速馬達，高于500的屬于高速馬達。后者用于船舶甲板機械往往需要增加機械減速機構(gòu)。,第三節(jié)液壓馬達,一、工作性能,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5~10r／min，輸出扭矩大，可達幾萬Nm；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)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用內(nèi)曲線馬達。下面分別予以介紹。,第三節(jié)液壓馬達,一、工作性能,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達,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)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，理論排量最大值可達6.140L/r。下圖是曲柄連桿式液壓馬達的工作原理。,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,連桿式液壓馬達原理演示,馬達由殼體1、連桿3、活塞組件2、曲軸4及配流軸5等組成。,殼體內(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，活塞與連桿通過球鉸連接，連桿大端做成鞍形圓柱瓦面緊貼在曲軸的偏心圓上。,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,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桿對偏心圓中心O1作用一個力N，推動曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心O轉(zhuǎn)動，對外輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，其余的活塞油缸則與排油窗口接通；如果進、排油口對換，液壓馬達也就反向旋轉(zhuǎn)。,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,隨著驅(qū)動軸、配流軸轉(zhuǎn)動，配油狀態(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。,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,總之，由于配流軸過渡密封間隔的方位與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OO1一邊的二只或三只油缸，吸油窗口對著偏心線OO1另一邊的其余油缸，總的輸出扭矩是疊加所有柱塞對曲軸中心所產(chǎn)生的扭矩，該扭矩使得旋轉(zhuǎn)運動得以持續(xù)下去。,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,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。,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,曲柄連桿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。,2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,五星輪式液壓馬達原理演示,這種液壓馬達的工作原理用圖來說明，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。,靜力平衡式低速大扭矩馬達1-殼體；2-柱塞；3-五星輪；4-壓力環(huán)；5-配流軸；6-彈簧,2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,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油部分，然后經(jīng)五星輪中的徑向孔、壓力環(huán)、柱塞底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。,（原理演示）,靜力平衡式低速大扭矩馬達1-殼體；2-柱塞；3-五星輪；4-壓力環(huán)；5-配流軸；6-彈簧,2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,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，這些零件還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，五星輪與配流軸之間仍然有機械接觸的作用力及相應(yīng)的摩擦力矩存在。,2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,多作用內(nèi)曲線液壓馬達的結(jié)構(gòu)形式很多，就使用方式而言，有軸轉(zhuǎn)、殼轉(zhuǎn)與直接裝在車輪的輪轂中的車輪式液壓馬達等形式。而從內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來看，根據(jù)不同的傳力方式和柱塞部件的結(jié)構(gòu)可有多種形式，但是，液壓馬達的主要工作過程是相同的。,3.多作用內(nèi)曲線馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,缸體2與輸出軸3通過螺栓連成一體，柱塞、橫梁、兩個滾輪組成柱塞組件，放于缸體徑向孔中，配油軸由微調(diào)凸輪7限制其相對殼體周向固定不動。,(1)結(jié)構(gòu)組成:,3.多作用內(nèi)曲線馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,柱塞底部油腔的進排油由配油軸控制，配油軸上有兩組配油窗口，每組的窗口數(shù)同導(dǎo)軌曲線段數(shù)相同，兩組配油窗口的位置應(yīng)分別與導(dǎo)軌曲線上的工作區(qū)段和排油區(qū)段的位置嚴格對應(yīng)。,工作時，油液通過配油軸上的配油窗口分配到工作區(qū)段的柱塞底部油腔，壓力油使柱塞組的滾輪頂緊導(dǎo)軌表面，在接觸點上導(dǎo)軌對滾輪產(chǎn)生法向反作用力N，其方向垂直導(dǎo)軌表面并通過滾輪中心，,(2)內(nèi)曲線多作用馬達工作原理（原理演示）,該力可分解為兩個分力，沿柱塞軸向的分力P和垂直于柱塞軸線的分力T，它通過橫梁側(cè)面?zhèn)鹘o缸體，對缸體產(chǎn)生力矩。進排油口互換，則馬達反轉(zhuǎn)。,3.多作用內(nèi)曲線馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,主軸轉(zhuǎn)一周，柱塞往復(fù)運動多次（圖中為6次），因而在柱塞直徑數(shù)目和行程相同情況下，其輸出扭矩較單作用式柱塞馬達增加了作用次數(shù)的倍數(shù)。即6倍。除單排柱塞外，還可做成雙排、三排柱塞，所以容易達到排量大、尺寸小的要求。,,(2)內(nèi)曲線多作用馬達工作原理（原理演示）,3.多作用內(nèi)曲線馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,若將液壓馬達的進、出油口對調(diào)，液壓馬達將反轉(zhuǎn)；若將驅(qū)動軸固定，則定子、配流軸和殼體將旋轉(zhuǎn)，通常稱為殼轉(zhuǎn)工況，變?yōu)檐囕嗰R達。除了上述幾種典型低速大扭矩馬達外，尚有介于高速馬達和低速馬達中間的擺線液壓馬達，此處不再贅述。,(2)內(nèi)曲線多作用馬達工作原理（原理演示）,3.多作用內(nèi)曲線馬達,第三節(jié)液壓馬達,二、低速大扭矩液壓馬達的構(gòu)造和工作原理,液壓泵的工作特點：(1)液壓泵的吸油腔壓力過低將會產(chǎn)生吸油不足，異常噪聲，甚至無法工作。因此，除了在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計上盡可能減小吸油管路的液阻外，為了保證泵的正常運行，a)應(yīng)該使泵的安裝高度不超過允許值；b)避免吸油濾油器及管路形成過大的壓降；c)限制泵的使用轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)。(2)液壓泵的工作壓力取決于外負載，若負載為零，則泵的工作壓力為零。隨著排油量的增加，泵的工作壓力根據(jù)負載大小自動增加，泵的最高工作壓力主要受結(jié)構(gòu)強度和使用壽命的限制。為了防止壓力過高而使泵、系統(tǒng)受到損害，液壓泵的出口常常要采取限壓措施。,第三節(jié)液壓馬達,液壓泵的工作特點：(3)變量泵可以通過調(diào)節(jié)排量來改變流量，定量泵只有用改變轉(zhuǎn)速的辦法來調(diào)節(jié)流量，但是轉(zhuǎn)速的增大受到吸油性能、泵的使用壽命、效率等的限制。例如，工作轉(zhuǎn)速低時，雖然對壽命有利，但是會使容積效率降低，并且對于需要利用離心力來工作的葉片泵來說，轉(zhuǎn)速過低會無法保證正常工作。(4)液壓泵的流量具有某種程度的脈動性質(zhì)，其脈動情況取決于泵的形式及結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。為了減小脈動的影響，除了從造型上考慮外，必要時可在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器或液壓濾波器。(5)液壓泵靠工作腔的容積變化來吸、排油，如果工作腔處在吸、排油之間的過渡密封區(qū)時存在容積變化，就會產(chǎn)生壓力急劇升高或降低的“困油現(xiàn)象”，從而影響容積效率，產(chǎn)生壓力脈動、噪聲及工作構(gòu)件上的附加動載荷，這是液壓泵設(shè)計中需要注意的一個共性問題。,第三節(jié)液壓馬達,液壓馬達的工作特點：,(1)在一般工作條件下，液壓馬達的進、出口壓力都高于大氣壓，因此不存在液壓泵那樣的吸入性能問題，但是，如果液壓馬達可能在泵工況下工作，它的進油口應(yīng)有最低壓力限制，以免產(chǎn)生汽蝕。(2)馬達應(yīng)能正、反運轉(zhuǎn)。因此，就要求液壓馬達在設(shè)計時具有結(jié)構(gòu)上的對稱性。(3)液壓馬達的實際工作壓差取決于負載力矩的大小，當(dāng)被驅(qū)動負載的轉(zhuǎn)動慣量大、轉(zhuǎn)速高，并要求急速制動或反轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生較高的液壓沖擊，為此，應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)置必要的安全閥、緩沖閥。(4)由于內(nèi)部泄漏不可避免，因此將馬達的排油口關(guān)閉而進行制動時，仍會有緩慢的滑轉(zhuǎn)，所以，需要長時間精確制動時，應(yīng)另行設(shè)置防止滑轉(zhuǎn)的制動器。(5)某些形式的液壓馬達必須在回油口具有足夠的背壓才能保證正常工作，并且轉(zhuǎn)速越高所需背壓也越大，背壓的增高意味著油源的壓力利用率低，系統(tǒng)的損失大。,第三節(jié)液壓馬達,