液压马达与液压缸剖析

重庆大学机械工程学院主讲：杨阳气液传动与控制2006年10月重庆大学液压与气动－杨阳1第4章执行元件直线往复运动执行元件液压缸气缸旋转运动执行元件液压马达气压马达重庆大学液压与气动－杨阳2功用：将液压泵（空压机）供给的压力能转换为机械能而对负载作功，实现直线往复运动。4.1直线运动执行元件结构形式：活塞式柱塞式组合式单作用式作用方式：双作用式重庆大学液压与气动－杨阳33-3液压缸二、液压缸工作原理

将输入的油液压力能转换为伸出的直线往复运动或回转摆动的机械能。液压缸的工作速度取决于输入流量和有效作用面积，由于液压缸有效作用面积一定，只能通过改变输入流量进行速度调节。液压缸的牵引力取决于供油压力和有效作用面积，而供油压力由外载荷决定。重庆大学液压与气动－杨阳44.1直线运动执行元件重庆大学液压与气动－杨阳活塞缸柱塞缸伸缩式套筒缸名称图型符号特点活塞只单向受力而运动，反向运动依靠活塞自重或其它外力柱塞只单向受力而运动，反向运动依靠柱塞自重或其它外力有多个互相连动的活塞，可依次伸缩，行程较大，由外力使活塞返回单作用液压缸液压缸类型与特点54.1直线运动执行元件重庆大学液压与气动－杨阳活塞双向受液压力而运动，在行程终了时不减速，双向受力及速度不同利用对油口进、排油次序的控制，可使两个活塞作多种配合动作的运动活塞在行程终了时减速制动，减速值不变普通缸活塞在行程终了时减速制动，并且减速值可调活塞两端面积差较大，使活塞往复运动的推力和速度相差较大活塞左右移动速度，行程及推力均相等有多个互相联动的活塞，可依次伸出获得较大行程伸缩式套筒缸双向缸等行程等速缸差动缸可调缓冲缸不可调缓冲缸单活塞杆双活塞杆双作用液压缸可输出小于360°或180°的旋转运动摆动缸64.1直线运动执行元件重庆大学液压与气动－杨阳用于缸的直径受限制，长度不受限制处，能获得较大推力气—液转换器气压力转换成大体相等的液压力齿条传动缸活塞的往复运动转换成齿轮的往复回转运动串联缸增压缸由A腔进油驱动，使B输出高压油源单向液压驱动，由弹簧力复位弹簧复位缸组合缸7只有一腔能进出压力油，活塞（缸体）只能依靠液压力作单向运动，回程需借助自重/外力的液压缸。单作用式液压缸单作用式又分为无弹簧式附弹簧式柱塞式4.1直线运动执行元件重庆大学液压与气动－杨阳套筒式活塞式8两腔均能进出压力油，活塞（缸体）能作正、反两个方向移动。双作用式又分为：双作用式液压缸双活塞杆式单活塞杆式重庆大学液压与气动－杨阳活塞式套筒式9柱塞式液压缸单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩套筒式液压缸重庆大学液压与气动－杨阳动画1动画2单作用式液压缸10单活塞杆式液压缸双活塞杆式液压缸伸缩式液压缸弹簧复位式液压缸重庆大学液压与气动－杨阳双作用式液压缸11增压缸串联式液压缸齿轮缸重庆大学液压与气动－杨阳增速缸组合液压缸12双叶片摆动缸重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸单叶片摆动缸摆动液压缸133-3液压缸柱塞式液压缸(柱塞缸)大都为单作用式（只有一个油口），单向驱动，柱塞的回程靠外力（重力，弹簧力）实现。柱塞较粗，受力较好，柱塞不与缸筒内壁接触，加工工艺性好。千斤顶液压缸，叉车举升液压缸，起重机变幅和伸缩液压缸。重庆大学液压与气动－杨阳143-3液压缸2．

活塞式液压缸（活塞缸）1）单作用活塞式液压缸只有一个油口，实现单向液压驱动（伸出）；缩回靠外力（弹簧力，重力）实现；离合器油缸，制动器油缸等。重庆大学液压与气动－杨阳152）双作用活塞式液压缸：有两只油口，实现双向驱动（输出或缩回）。（1）单活塞杆液压缸：无杆腔进油、有杆腔回油―牵引力大，速度低―工作行程有杆腔进油、无杆腔回油－牵引力小，速度高―返回行程活塞杆输出和缩回速度不相等。有杆腔和无杆腔同时进油－差动油缸－活塞杆伸出―牵引力小，速度高―快进单活塞杆双作用缸具有快伸、慢伸和快缩三种工作状态。3-3液压缸重庆大学液压与气动－杨阳163-3液压缸（2）双活塞杆液压缸

两工作腔有效液压作用面积相等，伸出和缩回时的牵引力和速度都相同。用作磨床工作台和龙门刨床工作台驱动液压缸。重庆大学液压与气动－杨阳173-3液压缸3．伸缩套筒式液压缸（伸缩套筒缸）由于各级套筒有效作用面积不等，伸出时各级套筒按直径先大后小顺序伸出，回程则是按直径先小后大顺序缩回。

全伸时较长，全缩时较短―结构紧凑，行程大。广泛应用于起重机伸缩式起重臂中。重庆大学液压与气动－杨阳双作用式单作用式183-3液压缸4．回转摆动缸（摆动缸）：能实现小于360°的回转摆动。单叶片式摆动缸：最大摆角300°，转速高，扭矩小；双叶片式摆动缸：最大摆角150°，转速低，扭矩大；在半回转式机械中应用较多。重庆大学液压与气动－杨阳19增压缸串联式液压缸齿轮缸重庆大学液压与气动－杨阳增速缸组合液压缸203-3液压缸二、液压缸工作原理

将输入的油液压力能转换为伸出的直线往复运动或回转摆动的机械能。液压缸的工作速度取决于输入流量和有效作用面积，由于液压缸有效作用面积一定，只能通过改变输入流量进行速度调节。液压缸的牵引力取决于供油压力和有效作用面积，而供油压力由外载荷决定。重庆大学液压与气动－杨阳213-3液压缸1.双作用单活塞杆液压缸1)速度度与流量的关系无杆腔进油：（慢速伸出）有杆腔进油：（快速缩回）差动连接：（快速伸出）2)牵引力与压力的关系无杆腔进油：（活塞杆受压）有杆腔进油：（活塞杆受拉）差动连接：（活塞杆受压）重庆大学液压与气动－杨阳223-3液压缸由于双作用单活塞杆液压缸的有杆腔和无杆腔作用面积不等，往复运动的牵引力和速度不同。速度：V2,V3>V1V2，V3关系如何？牵引力：F3,F2<F1F2，F3关系如何？重庆大学液压与气动－杨阳233-3液压缸2.伸缩套筒式液压缸缸由两级以上液压缸组合而成，前一级的活塞就是后一级的缸筒。

1）速度和流量的关系

第i节缸伸出：由大到小依次伸出第i节缸缩回：由小到大依次缩回2）牵引力和压力的关系第i节缸伸出：第i节缸缩回：重庆大学液压与气动－杨阳243-3液压缸伸出时按面积先大后小，推力逐渐减小，速度逐渐增加；缩回时按面积先小后大，推力逐渐增加，速度逐渐减小。完全伸出时尺寸大,完全缩回时尺寸短，因此结构紧凑，行程大。伸缩套筒缸重庆大学液压与气动－杨阳253-3液压缸4.回转摆动缸与叶片马达的区别：活塞为叶片；无配流功能，高低压腔有隔离块，叶片无伸缩只有摆动；<360°摆动。1)单叶片摆动缸：（<300°）回转速度：输出转矩：

输出转速高而输出扭矩小。重庆大学液压与气动－杨阳263-3液压缸2）双叶片摆动缸：（<150°）回转速度：输出转矩：

与相同尺寸的单叶片摆动缸相比，输出转速降低一半而输出扭矩增加一倍。重庆大学液压与气动－杨阳27

3-3液压缸三．液压缸结构特点1.柱塞缸（叉车举升缸）：由柱塞，缸筒，导向套，缸底，压盖，密封圈等组成。柱塞为无缝钢管，表面镀烙，耐磨防绣；柱塞由导向套导向，缸筒内壁无须加工；缸筒上部有排气装置，排除混入油中的空气，防止振动噪声和爬行；缸底支撑在球面轴承上，保证中心受压；球面支承周围设有弹簧，减振缓冲；密封装置：柱塞－缸筒－V形密封圈（动密封）；缸底－缸筒－o形密封圈（固定密封）。防尘装置：压盖内有防尘圈，清除柱塞外露表面的污泥。重庆大学液压与气动－杨阳283.伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，如伸缩式缸活塞伸出顺序从大到小，而空载缩回的顺序则一般从小到大。可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。常用于工程机械和农业机械上。重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸293-3液压缸重庆大学液压与气动－杨阳303-3液压缸起重机起重臂伸缩套筒缸重庆大学液压与气动－杨阳313-3液压缸单叶片回转摆动缸重庆大学液压与气动－杨阳32重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸334.2液压缸1.活塞缸单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。重庆大学液压与气动－杨阳343-3液压缸2.活塞缸（双作用单活塞杆液压缸）由缸底、缸筒、缸盖、活塞、活塞杆、导向套、支承耳环等组成；

连接方式：缸筒－缸底：焊接，法兰连接缸筒－缸盖：螺纹连接，法兰连接，卡键连接活塞－活塞杆：螺纹连接，卡键连接耳环－活塞杆：螺纹连接，焊接

活塞上装有支承环（尼龙材料），防止缸筒内壁拉伤；缸盖后面设有导向套，保证活塞杆沿轴心运动，不偏心；

密封装置：缸筒－缸盖：o形密封圈（固定密封）活塞－活塞杆：o形密封圈（固定密封）活塞杆－缸盖：Y或V形密封圈（动密封）活塞－缸筒:一对背靠背Y形密封圈（动密封）

防尘装置

排气装置缓冲装置重庆大学液压与气动－杨阳35重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸36

3-3液压缸重庆大学液压与气动－杨阳373-3液压缸重庆大学液压与气动－杨阳缸筒－缸盖连接方式383-3液压缸重庆大学液压与气动－杨阳活塞－活塞杆连接方式393-3液压缸重庆大学液压与气动－杨阳活塞杆－缸筒连接方式40缸筒和缸盖1）缸筒主要是由钢材制成，缸筒内要经过精细加工，表面粗糙度Ra<0.08m，以减少密封件的摩擦。2）盖板：通常由钢材制成，有前端盖和后端盖，安装在缸筒的前后两端，盖板和缸筒的连接方法有焊接、拉杆、法兰、罗纹连接等。液压缸典型结构重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸41活塞和活塞杆活塞的材料通常用钢或铸铁，也可采用铝合金。活塞应有一定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的（0.6～1.0）倍。活塞杆是由钢材做成实心杆或空心杆，表面经淬火再镀铬处理并抛光。短行程的液压缸的活塞杆与活塞做成一体。重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸42卡环式连接活塞杆上开有一个环形槽，槽内装有两个半圆环3以夹紧活塞4，半环3由轴套2套住，而轴套2的轴向位置用弹簧卡圈1来固定。重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸43活塞与活塞杆的连接螺母连接结构简单，适用负载较小，受力无冲击的缸中，安装方便可靠，但在活塞杆上车螺纹将削弱其强度。法兰连接高压，需焊接法兰盘，较复杂结构简单，轴向尺寸紧凑，但损坏后需整体更换整体式重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸443-3液压缸重庆大学液压与气动－杨阳缸筒－缸头连接方式453-3液压缸液压缸工作速度较高时，活塞接近行程终点时，将与缸底或缸盖发生机械碰撞，引起冲击并使构件受损。

设置缓冲装置的目的：

使活塞接近终端时，增达回油阻力，减缓运动件的运动速度，避免冲击。缓冲装置的两种型式：间隙缓冲，阀式缓冲。缓冲装置重庆大学液压与气动－杨阳46缓冲装置作用：防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏。前后端盖上设缓冲装置

缓冲原理：利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸47

3-3液压缸间隙缓冲（节流缓冲）重庆大学液压与气动－杨阳48放气装置在安装过程中或停止工作的一段时间后，空气将渗入液压系统内，缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时产生爬行、颤抖现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结构上要能及时排除缸内留存的气体。双作用式液压缸不设专门的放气孔,将液压油出入口布置在前后盖板的最高处。大型双作用式液压缸则必须在前后端盖板设放气栓塞。对于单作用式液压缸液压油出入口一般设在缸筒底部，在最高处设放气栓塞。重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸49双活塞杆式液压缸1—活塞杆2—堵头3—托架4、17—V形密封圈5、14—排气孔6、19—导向套7—O形密封圈8—活塞9、22—锥销10—缸体11、20—压板12、21—钢丝环13、23—纸垫15—活塞杆16、25—压盖18、24—缸盖双活塞杆液压缸的两端都有活塞伸出，组成与单活塞杆液压缸基本相同。缸筒与缸盖用法兰连接，活塞与缸筒内壁之间采用间隙密封。重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸50重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸51径向销式连接用锥销1把活塞2固连在活塞杆3上。特别适用于双出杆式活塞。

重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸52密封装置用以防止油液的泄漏，包括活塞、活塞杆处的动密封和缸盖等处的静密封，采用的密封件有O形环、V形密封、U形密封、Y形密封和活塞环等。密封装置重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸53液压缸的设计和计算

选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。

液压缸的设计内容和步骤(1)选择液压缸的类型和各部分结构形式

(2)确定液压缸的工作参数和结构尺寸(3)结构强度、刚度的计算和校核(4)导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计(5)绘制装配图、零件图、编写设计说明书重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸54计算液压缸的结构尺寸三个主要结构尺寸缸筒内径D活塞杆外径d缸筒长度L(1)缸筒内径D负载工作压力往返速度比有效工作面积缸筒内径D取标准值①以无杆腔作工作腔时重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸55②以有杆腔作工作腔时(2)活塞杆外径d先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。(3)缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定L=l+B+A+M+C最大工作行程活塞宽度一般为(0.6-1)D杆导向长度取(0.6-1.5)D

活塞杆密封长度其他长度重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸56(4)最小导向长度的确定活塞杆全部外伸时，活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离。保证稳定性的最小长度H≥L/20+D/2

重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸57隔套宽度C强度校核在高压系统中必须对液压缸的缸筒壁厚δ、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径进行强度校核。中低压系统，无需校核。(1)缸筒壁厚校核D/δ≥10时，壁厚按薄壁进行校核：δ＞=py

D/2[σ]

D/δ＜10，按壁厚进行校核重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸58(2)活塞杆直径校核(3)液压缸盖固定螺栓直径校核稳定性校核F<

Fk缓冲计算重庆大学液压与气动－杨阳4.2液压缸594.3气缸

气缸的分类及工作原理1.气缸的分类气缸主要由缸筒、活塞杆、前后端盖及密封件等组成气缸的种类很多，分类的方法也不同，一般可按压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构特征和安装形式来分类。2.气缸的工作原理双作用是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。在单伸出活塞杆的动力缸中，因活塞右边面积比较大，当空气压力作用在右边时，提供一慢速的和作用力大的工作行程；返回行程时，由于活塞左边的面积较小，所以速度较快而作用力变小。此类气缸的使用最为广泛，一般应用于包装机械、食品机械、加工机械等设备上。重庆大学液压与气动－杨阳4.3气缸60重庆大学液压与气动－杨阳4.3气缸61重庆大学液压与气动－杨阳4.3气缸62重庆大学液压与气动－杨阳4.3气缸63重庆大学液压与气动－杨阳4.3气缸64重庆大学液压与气动－杨阳4.3气缸65重庆大学液压与气动－杨阳66重庆大学液压与气动－杨阳4.3气缸673.气缸的选用1）根据工作任务对机构运动要求，选择气缸的结构形式及安装方式。2）根据工作机构所需力的大小来确定活塞杆的推理和拉力。3）根据工作机构任务的需求，确定行程。一般不使用满行程。4）

推荐气缸工作速度在0.5-1m/s左右，并按此原则选择管路及控制元件。重庆大学液压与气动－杨阳4.3气缸68重庆大学液压与气动－杨阳69液压马达的工作过程与液压泵相反。在液压马达中输入的是油液的压力能（p,Q），输出的是旋转的机械能（M,n）。

在一般情况下，任何一种容积式液压泵（阀式配流除外）都可作为液压马达使用，具有可逆性。但某些液压泵为了改善其性能在结构上采取了一些措施，限制了其可逆性。

重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达70

液压马达基本工作条件：1.进回油腔要隔开；2.进回油腔必须产生总的不平衡力矩；3.进回油腔密封容积的变化要与配流方式相协调。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达71液压马达必须具有密封工作腔，液压马达利用密封工作腔的容积变化进行工作。工作腔容积增加时，压力油进入工作腔，在压力油作用下，马达轴旋转并输出力矩；工作腔容积减小时，油液受到挤压排入油箱。液压马达的密封工作腔分为进油腔和回油腔，马达工作过程中进油腔容积增加，与液压泵出口相通，油液压力较高；回油腔容积减小，与油箱相通，油液压力较低。为保证马达连续运转并输出力矩，应采用适当的配流方式是容积增加的工作腔（进油腔）始终与压力油相通，容积减小的工作腔（回油腔）始终与油箱相通。

重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达72液压马达输出转矩与进回油腔的压力差和工作腔容积的变化有关；输出转速与输入流量和工作腔容积的变化有关。

液压马达的定义：利用密封工作容积的变化实现进油和回油，将压力能转化为克服负载的旋转机械能（液压执行元件）。

液压马达的作用：液压执行元件

1)提供满足负载速度所需的马达转速；

2)提供克服负载所需的力矩。

重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达73

液压泵和液压马达的共同点：

原理上马达和泵是可逆的，结构上马达和泵是相似的。液压泵和液压马达都是能量转换元件，都是利用密封容积的变化进行工作的（容积式液压元件）。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达74液压马达与液压泵的区别从原理上讲，液压泵与液压马达可以互换，但结构有差异1、泵的进油口比出油口大，马达的进、出油口相同；2、结构上要求泵有自吸能力；3、马达要正反转，结构具有对称性；泵单方向转，不要对称；4、要求马达的结构及润滑，能保证在宽速度范围内正常工作；5、液压马达应有较大的起动扭矩和较小的脉动。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达75泵和马达的不同点：泵是能源装置，马达是执行元件；泵进口尺寸大于出口；马达进出油口尺寸相同。泵的结构需保证自吸能力，而马达无此要求。马达需要正反转（内部结构需对称），泵一般是单向旋转。马达转速范围很宽，对轴承要求高。泵的转速较高但变化小。泵容积效率要高；马达机械效率要高，内部摩擦小。液压马达容积效率比泵低，泵转速较高，马达输出转速较低。液压泵连续运转，油温变化较小，马达经常空转或停转，受频繁的温度冲击。泵与原动机装在一起，主轴不受额外的径向负载。而马达直接装在轮子上或与皮带、链轮、齿轮相连接时，主轴将受较高的径向负载。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达76三、液压马达的主要性能参数（一）

液压马达的主要工作参数液压马达的主要工作参数：流量和压力、转速和扭矩。1．

压力工作压力p－马达输入油液的压力（进口压力）。在计算时应是马达进口压力和出口压力之差Dp（MPa）。额定压力pn－正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力即额定压力，超过这个最高压力就叫做超载。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达772.马达的排量和流量

（1）排量q

不考虑泄漏的情况下，液压马达每转一转（或弧度）所需输入液体的体积（cm3/r或m3/rad）。马达的排量只取决于马达的结构几何尺寸（理论排量或几何排量）。

（2）流量（输入流量）Q

理论流量Qt：不计泄漏的情况下单位时间内吸入油液的体积（L/min）。

实际流量Q：考虑泄漏的情况下单位时间内吸入油液的体积（L/min）。

实际流量大于理论流量。

额定流量Qn：

在额定转速和额定压力下输入到马达的流量。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达783．马达转速理论转速nt和理论角速度：不考虑泄漏时的角速度和转速。（q的单位cm3/r）（q的单位m3/rad）实际转速n和实际角速度w：考虑泄漏时的角速度和转速。实际转速和角速度小于理论值。（q的单位cm3/r）（q的单位m3/rad）重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达794.马达转矩理论转矩Mt：不考虑摩擦损失时的马达输出转矩。（q的单位cm3/r）（q的单位m3/rad）

实际转矩M：考虑摩擦损失时的马达输出转矩。

实际转矩M小于理论转矩Mt。

（q的单位cm3/r）（q的单位m3/rad）重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达805．马达功率和效率

理论输出功率实际输出功率机械效率容积效率马达总效率重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达81（二）液压马达的使用性能

起动性能马达起动性能由起动扭矩和起动效率描述。起动效率低，起动扭矩就小，马达起动性能就差。起动扭矩和起动机械效率的大小，除与摩擦力矩有关外，还受扭矩脉动性的影响。

制动性能马达容积效率直接影响马达的制动性能，若容积效率低，泄漏大，马达的制动性能就差（因泄漏不可避免，常设其他制动装置）。

最低稳定转速最低稳定转速是液压马达在额定负载下，不出现爬行现象的最低转速。

要求马达“起动扭矩要大”，“稳定速度要低”（一般希望最低稳定速度越小越好）。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达82四、液压马达类型和特点1.按转速和转矩变化特点，液压马达分为

高速液压马达；低速液压马达。

1)高速液压马达：额定转速高于500r/min

基本形式：齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。主要特点：排量较小，转速较高，便于起动、制动和控制，灵敏度高，输出扭矩小－－高速小扭矩液压马达。

2)低速液压马达：额定转速低于500r/min

基本形式：径向柱塞式，包括例如曲轴连杆式、静压平衡式和多作用内曲线式等。

主要特点：排量大，体积大，转速低，扭矩大－－低速大扭矩液压马达。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达832.液压马达根据其排量是否可变分为：

1)定量液压马达：马达排量不变

2)变量液压马达：马达排量可变3.液压马达根据其结构型式不同可分为：

1)齿轮马达

2)叶片马达

3)柱塞马达（轴向柱塞马达和径向柱塞马达）重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达84一、齿轮马达（一）齿轮马达的工作原理齿轮马达由一对相互啮合的齿轮，前后端盖、壳体和输出轴等部件组成。密封工作腔A、B的形成。

A输入的压力油作用在各齿面上，由于作用的齿高不同，产生不平衡转矩。油液作用与轮齿的力：

x,y为啮合处的啮合半径。

F1、F2产生的转矩：

在M1和M2作用下，两齿轮沿图示方向旋转，输出总转矩

该转矩与负载转矩平衡，使马达稳定运转。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达85重庆大学液压与气动－杨阳齿轮马达工作原理4.5液压马达86随着齿轮的旋转，由于啮合半径x,y永远小于齿顶圆半径，则A腔的容积增加，高压油不断输入（进油过程），B腔容积不断减小，油液经出口挤压回油箱（回油过程）。

A腔容积增加，进油腔（高压腔）――进油过程

B腔容积减小，回油腔（低压腔）――回油过程马达进口接高压油，出口为低压油（接油箱）（与齿轮泵相反）；

马达进口压力取决于负载大小，负载越大，压力越高，负载为零，压力为零；回油腔的油液靠轮齿挤压回到油箱，其压力高于油箱压力，具有一定的回油背压。

重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达87重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达88（二）齿轮马达的转矩和转速瞬时输出转矩

式中

Dp

为进出口压差。外啮合齿轮马达的瞬时输出转矩与齿轮泵的瞬时流量变化规律相同，存在着扭矩脉动，脉动系数与齿轮泵的流量脉动系数相同。齿轮马达扭矩脉动较大，均匀性差，扭矩脉动引起压力脉动和转速脉动，工作平稳性差，不宜在低速下工作（高速马达）。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达892.平均输出扭矩3.瞬时输出转速

nu随f变化，又因为Q在一般情况下存在脉动，故nu同样存在脉动，马达低速时，转速脉动会导致低速爬行（在额定负载下低速时所出现的转速不均匀、抖动或时转时停的现象），因此不宜用作低速场合。

4.平均输出转速

重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达90齿轮马达的结构特点结构特点与马达的使用要求决定，使用要求：需正反转和带载启动。为保证正反转性能一致，进回油口尺寸相同，油道对称；为降低摩擦损失，改善启动性能，常采用滚针轴承和固定侧板；齿数较多，Z14，以减小扭矩脉动，改善低速稳定性；将泄漏油通过专门油道引至油箱（外泄漏）（原因？）；浮动配流盘和油困卸荷槽结构必须符合马达正反转要求。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达91二、双作用叶片马达（一）双作用叶片马达工作原理双作用叶片马达由转子、定子、叶片、配流盘、输出轴、壳体和端盖等组成。位于高压腔A中的叶片两侧受力相同，而腔与高压腔A和低压腔B间的叶片两侧受力不同，产生作用力和作用力矩，带动叶片使转子（输出轴）克服负载转动。转动时，高压腔A内的叶片输出，A腔容积增加，实现进油（进油过程），同时低压腔B内的叶片缩回，容积减小将油液排回油箱（回油过程）。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达92重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达93（二）双作用叶片马达结构特点

：转子两侧面开有环形槽，其间放置燕式弹簧5。弹簧套在销子4上，并将叶片压向定子的内表面，防止起动时高、低压腔互相串通，保证马达有足够的起动扭矩输出。为了保证马达正、反转变换进、出油口时，叶片底部总是通高压油，以保证叶片与定子紧密接触，用了一组特殊结构的单向阀（梭阀）。叶片沿转子体径向布置，进、出油口大小相同，叶片顶部呈对称圆弧型，以适应正、反转要求。

体积小，转动惯量小，因此动作灵敏，允许频繁换向。泄漏较大，不能在低转速下工作。一般用于高转速、低扭矩以及动作要求灵敏的场合。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达94重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达95重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达96重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达97

叶片泵叶片马达叶片安置叶片前倾或后倾叶片径向安装以适应正反转起动弹簧没有起动弹簧，叶片依靠根部的压力油和离心力作用压紧在定子内表面上转子两侧环型槽内装有扭力弹簧使叶片顶紧定子，保证起动密封叶片根部油压叶片根部不一定通高压油（在高压区时是高压油，低压区时是低压油）保证叶片根部始终通压力油泄漏油回油方式对泄漏油采用内部回油对泄漏油采用外部回油进出油口进油口等于或大于出油口进出油口一样大重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达98三、轴向柱塞马达（一）轴向柱塞马达的工作原理当高压油以压力p进入马达的高压腔A后，滑靴受到p.S的作用压向斜盘，其反作用力为N；

N可分解为两个力，分力P沿柱塞轴线向右，与柱塞所受的油压力平衡；另一分力T与柱塞的轴线垂直向上，产生力矩M=Tr驱动缸体（输出轴）克服负载作功。

马达的瞬时输出扭矩是周期变化的，存在扭矩脉动，脉动系数与泵的流量脉动系数相同。马达的瞬时转速也是周期变化的，存在着转速脉动。轴向柱塞马达一般是高速马达。重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达99重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达PTNT100重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达101四、径向柱塞马达（低速大扭矩马达）重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达102

3-2液压马达液压马达功率：当功率P一定时，转速n和转矩M呈双曲线变化规律。转速低，转矩就大；转速高，转矩就小。因此按照转速和转矩的变化特点可将液压马达按工况分为两种类型：高速液压马达：额定转速高于500r/min液压马达（齿轮马达、叶片马达和轴向柱塞马达）。

低速液压马达：额定转速低于500r/min液压马达（径向柱塞马达）。重庆大学液压与气动－杨阳103

3-2液压马达（一）实现低速大扭矩的措施

马达转矩提高Dp受到材料强度、密封性能和零件寿命的限制；增加排量q是主要方向。

马达排量d:柱塞直径；h：柱塞有效行程；Z：单排柱塞数；X：作用数；Y:柱塞排数（Y<3）。

增加h会导致柱塞受力恶化和外形尺寸大，增加Y会增加轴向尺寸，一般Y<3；所以在径向柱塞马达中，增加d、Z和X是实现低速大扭矩的主要措施。重庆大学液压与气动－杨阳104

3-2液压马达（二）低速速大扭矩马达的种类

曲轴连杆式马达：增加柱塞有效直径d；

静力平衡式马达：增加柱塞有效直径d；

－－单作用径向柱塞马达

内曲线多作用式马达：增加单排柱塞数Z和作用数X。

可以通过加设偏心套等结构获得无级调速；采用改变有效作用柱塞数、排数或作用数获得有级调速。

重庆大学液压与气动－杨阳105

3-2液压马达1.单作用曲轴连杆式马达（Staffa马达）（1）基本组成马达壳体、柱塞、连杆、曲轴、配流轴和输出轴等。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（偏心轮的圆心为o，它与曲轴旋转中心o1的偏心距e＝oo1）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。

重庆大学液压与气动－杨阳106重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达107

重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达108重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达109

3-2液压马达AB重庆大学液压与气动－杨阳动画2动画1110

3-2液压马达重庆大学液压与气动－杨阳111重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达112重庆大学液压与气动－杨阳4.5液压马达113

3-2液压马达（2）工作原理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与柱塞顶部，并通过连杆传递到曲轴的偏心轮上。例如柱塞缸①②③作用偏心轮上的力为N，这个力的方向沿着连杆的中心线，指向偏心轮的中心o。作用力N可分解为两个力：法向力FN（力的作用线与连心线重合）和切向力T。各切向力T对与曲轴的旋转中心o产生总扭矩M，使曲轴绕中心逆时针方向旋转。曲轴旋转时，缸①、②、③的容积增大，④、⑤的容积变小，油液通过壳体油道④、⑤经配流轴的排油腔排出。当配流轴隧马达转过一个角度后配流轴“隔墙”封闭了油道③，此时缸③与高、低压腔均不相通，缸①、缸②通高压油，使马达产生扭矩，缸③和缸⑤排油。当曲轴连同配流轴再转过一个角度后，缸⑤、①、②通高压油，使马达产生扭矩，缸③、④排油。由于配流轴随曲轴一起旋转，进油腔和排油腔分别依次与各柱塞缸接通，从而保证曲轴连续旋转。重庆大学液压与气动－杨阳114

3-2液压马达重庆大学液压与气动－杨阳115

3-2液压马达

注意：若将进、出油口交换，马达就反转；若将曲轴固定，进、排油直接接通到配流轴中，即可使外壳旋转。

A、B槽同时接高压油或低压油，马达无转矩输出（浮动，由轮工况）

马达排量：重庆大学液压与气动－杨阳116

3-2液压马达（3）存在的问题及措施

问题：

径向力不平衡；接触比压大；摩擦损失大，启动扭矩小；低速稳定性差。

措施：

在连杆－柱塞和连杆与曲轴处采用静平衡结构，形成油膜接触和静压支承；

增加连杆小端的球头直径，降低接触比压，减小磨损；改善材料性能，40Cr、HRC45，底面浇巴氏合金。这种结构形式的缸径为100mm的马达，额定角速度达17.5rad/s，容积效率达95％，总效率达90％，起动机械效率可达88％～98％，最低稳定角速度达0.3rad/s。重庆大学液压与气动－杨阳117

3-2液压马达2.静平衡马达（1）组成：壳体、五星轮、柱塞、配流盘（传动轴）等。在壳体2内沿圆周均匀布置了五个（或七个）柱塞缸，五个柱塞分别装柱塞腔内。

取消了连杆，由套装在曲轴偏心圆上的五星轮代替连杆。五星轮和偏心圆间可以相对转动，五星轮只作平面运动。五星轮上的五个径向孔中各装压力环。柱塞是空心的，依靠弹簧和油压作用力，使柱塞底面紧贴在压力环表面。曲轴一端为输出端，另一端开有两条环槽C、D分别与壳体上的进回油口相通，取消了配流轴，只在偏心圆上开出两道切槽A、B来实现配流。重庆大学液压与气动－杨阳118

3-2液压马达重庆大学液压与气动－杨阳119

3-2液压马达重庆大学液压与气动－杨阳120

3-2液压马达（2）工作原理（3）结构特点

五星轮、压力环和柱塞之间的配合面并不传力，主要起防泄漏作用。

柱塞、压力环和五星轮等主要零件间实现了静压平衡，减小了接触应力，减少了磨损，提高了机械效率和启动扭矩效率（95%），低速稳定性较好，最低稳定转速可达2r/min。重庆大学液压与气动－杨阳121

3-2液压马达重庆大学液压与气动－杨阳122

3-2液压马达重庆大学液压与气动－杨阳123

3-2液压马达3.多作用内曲线径向柱塞式液压马达

（1）组成：壳体（定子）、缸体（转子）、配流轴、柱塞、滚轮组和输出轴等。定子的导轨由X条相同的曲面，每一段曲面分a、b两段；配流轴有2X个径向孔，交替分为两组，每一组X个径向孔分别与A、B相通，对准曲面中的a、b段；Z个柱塞，顶部装有滚轮，在压力油作用下，通过柱塞、横梁和滚轮作用于导轨曲面，使缸体旋转。

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