探究“船之翼”——輔機(jī)之力主講：別畢榮8435759武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院船舶輔機(jī)Marineauxiliarymachinery主講：郭衛(wèi)勇8435759武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院探究輔機(jī)六：船舶液壓設(shè)備6.1.6液壓馬達(dá)主講：別畢榮8435759武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院8435759CONTENTS0102液壓馬達(dá)工作性能液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)液壓馬達(dá)管理0301液壓馬達(dá)工作性能843575901液壓馬達(dá)工作性能1.液壓馬達(dá)工作性能液壓泵：機(jī)械能

壓力能；液壓馬達(dá)：壓力能

機(jī)械能。馬達(dá)和泵在工作原理上是互逆的，當(dāng)向泵內(nèi)輸入壓力油時(shí)，其軸就輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩成為馬達(dá)。但由于二者的任務(wù)和要求有所不同，故在實(shí)際中只有少數(shù)泵能作馬達(dá)使用。01液壓馬達(dá)工作性能1.液壓馬達(dá)工作性能輸入功率容積效率機(jī)械效率(理論值)(實(shí)際值)01液壓馬達(dá)工作性能1.液壓馬達(dá)工作性能

轉(zhuǎn)速n取決于流量Q、每轉(zhuǎn)排量q和容積效率

v。扭矩M取決于油壓p、每轉(zhuǎn)排量q。p大則M大，同時(shí)尺寸小。增大每轉(zhuǎn)排量q，M增大n減小，構(gòu)成低速大扭矩馬達(dá)。(n<500r/min低速，n>500r/min高速)01液壓馬達(dá)工作性能1.液壓馬達(dá)工作性能

液壓馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n，主要取決于供入液壓馬達(dá)的流量Q、液壓馬達(dá)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(dá)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(dá)，改變其排量，也可以采用節(jié)流調(diào)速——通過(guò)流量控制閥來(lái)改變供入油馬達(dá)的流量；液壓馬達(dá)的扭矩M，主要取決于工作油的壓力p和液壓馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量q。提高工作油壓p，不僅可增大液壓馬達(dá)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(qiáng)度與密封等的條件限制，并給管理工作帶來(lái)不利的影響；增大液壓馬達(dá)的容積，亦即提高液壓馬達(dá)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(dá)。一般認(rèn)為額定轉(zhuǎn)速低于500r／min即屬于低速馬達(dá)，高于500的屬于高速馬達(dá)。后者用于船舶甲板機(jī)械往往需要增加機(jī)械減速機(jī)構(gòu)。02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)843575902液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá)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(guò)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。根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理，受油壓作用的柱塞就通過(guò)連桿對(duì)偏心圓中心O1作用一個(gè)力N，推動(dòng)曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心O轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)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(jìn)、排油口對(duì)換，液壓馬達(dá)也就反向旋轉(zhuǎn)。02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá)

根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理，受油壓作用的柱塞就通過(guò)連桿對(duì)偏心圓中心O1作用一個(gè)力N，推動(dòng)曲軸繞旋轉(zhuǎn)中心O轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)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(jìn)、排油口對(duì)換，液壓馬達(dá)也就反向旋轉(zhuǎn)。隨著驅(qū)動(dòng)軸、配流軸轉(zhuǎn)動(dòng)，配油狀態(tài)交替變化。在曲軸旋轉(zhuǎn)過(guò)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(shí)高壓油不斷進(jìn)入液壓馬達(dá)，然后由低壓腔不斷排出。殼體1、連桿3、活塞組件2、曲軸4、配流軸502液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá)總之，由于配流軸過(guò)渡密封間隔的方位與曲軸的偏心方向一致，并且同時(shí)旋轉(zhuǎn)，所以配流軸頸的進(jìn)油窗口始終對(duì)著偏心線OO1一邊的二只或三只油缸，吸油窗口對(duì)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(duì)曲軸中心所產(chǎn)生的扭矩，該扭矩使得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)得以持續(xù)下去。02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá)連桿式液壓馬達(dá)的缺點(diǎn)：連桿式液壓馬達(dá)與五缸(或七缸)徑向柱塞泵一樣，其瞬時(shí)流量是隨輸出軸的轉(zhuǎn)角而變的。因此存在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)。連桿式液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但工藝性較差；球鉸以及連桿與偏心輪接觸比壓大，工作時(shí)容易磨損和咬死；同時(shí)，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)率大，潤(rùn)滑油膜極易遭到破壞；低速時(shí)還會(huì)產(chǎn)生“爬行現(xiàn)象”——即轉(zhuǎn)速小角度地忽快地慢周期性變動(dòng)的現(xiàn)象，其最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一般是5～10r／min。連桿式液壓馬達(dá)配油軸還存在徑向力不平衡的問(wèn)題。此外，由于摩擦面多，起動(dòng)時(shí)間內(nèi)潤(rùn)滑條件差，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，起動(dòng)效率(起動(dòng)扭矩／額定扭矩)僅為80％～85％。02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá)

靜力平衡式低速大扭矩馬達(dá)也叫無(wú)連桿馬達(dá)，是從曲柄連桿式液壓馬達(dá)改進(jìn)、發(fā)展而來(lái)的，它的主要特點(diǎn)是取消了連桿，并且在主要摩擦副之間實(shí)現(xiàn)了油壓靜力平衡。液壓馬達(dá)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(gè)平面中各嵌裝一個(gè)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(dá)1-殼體；2-柱塞；3-五星輪；4-壓力環(huán)；5-配流軸；6-彈簧02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá)以防止液壓馬達(dá)啟動(dòng)或空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)柱塞底面與壓力環(huán)脫開(kāi)。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(jìn)入油缸的工作腔內(nèi)。在圖示位置時(shí)，配流軸上方的三個(gè)油缸通高壓油，下方的兩個(gè)油缸通低壓回油。靜力平衡式低速大扭矩馬達(dá)1-殼體；2-柱塞；3-五星輪；4-壓力環(huán)；5-配流軸；6-彈簧02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá)在這種結(jié)構(gòu)中，五星輪取代了曲柄連桿式液壓馬達(dá)中的連桿，壓力油經(jīng)過(guò)配流軸和五星輪再到空心柱塞中去，液壓馬達(dá)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(guò)程中，這些零件還要起密封和傳力作用。由于是通過(guò)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(dá)。事實(shí)上，只有當(dāng)五星輪上液壓力達(dá)到完全平衡，使得五星輪處于“懸浮”狀態(tài)時(shí)，液壓馬達(dá)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(jī)械接觸的作用力及相應(yīng)的摩擦力矩存在。柱塞、壓力環(huán)和五星輪的靜力平衡02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá)在這種結(jié)構(gòu)中，五星輪取代了曲柄連桿式液壓馬達(dá)中的連桿，壓力油經(jīng)過(guò)配流軸和五星輪再到空心柱塞中去，液壓馬達(dá)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(guò)程中，這些零件還要起密封和傳力作用。由于是通過(guò)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(dá)。事實(shí)上，只有當(dāng)五星輪上液壓力達(dá)到完全平衡，使得五星輪處于“懸浮”狀態(tài)時(shí)，液壓馬達(dá)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(jī)械接觸的作用力及相應(yīng)的摩擦力矩存在。02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá)由于油壓作用在液壓缸和曲軸上的力是作用力與反作用力的關(guān)系，是不能平衡的，因此，當(dāng)采用單列液壓缸時(shí)，曲軸的軸承就會(huì)承受徑向負(fù)荷。而當(dāng)采用雙列結(jié)構(gòu)時(shí)，由于兩偏心輪的偏心方向彼此相反，因而就可使徑向負(fù)荷接近抵消。此外，雙列液壓馬達(dá)還可停止一列液壓缸的進(jìn)油，并使相應(yīng)的進(jìn)排油口與油箱相通的辦法，將每轉(zhuǎn)排量q減半，從而達(dá)到輕載時(shí)轉(zhuǎn)速提高一倍的目的。靜力平衡式液壓馬達(dá)因?qū)崿F(xiàn)了油壓的靜力平衡，使主要滑動(dòng)面間的摩擦力大為減少,故適用于高壓，而且工作可靠，壽命長(zhǎng)；同時(shí)，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)率較小(當(dāng)采用五柱塞時(shí)，脈動(dòng)率約為5％)，也不存在油膜破壞的問(wèn)題，所以低速穩(wěn)定性好，最低轉(zhuǎn)速可達(dá)5r／min以下；此外，這種液壓馬達(dá)工藝性好，并能做成殼轉(zhuǎn)或雙輸出軸的型式。但是五星輪運(yùn)動(dòng)時(shí)需要較大的空間，與連桿式液壓馬達(dá)相比，其曲軸的偏心距不能太大，因此在每轉(zhuǎn)排量相同的條件下，其外形尺寸和重量較大。02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)3.多作用內(nèi)曲線馬達(dá)

多作用內(nèi)曲線液壓馬達(dá)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(dá)等形式。而從內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來(lái)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(dá)的主要工作過(guò)程是相同的。

工作時(shí)，油液通過(guò)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(diǎn)上導(dǎo)軌對(duì)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(guò)滾輪中心。02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)3.多作用內(nèi)曲線馬達(dá)

主軸轉(zhuǎn)一周，柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(dá)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(dá)到排量大、尺寸小的要求。02液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)連桿式五星輪式內(nèi)曲線式部件受力活塞、連桿、配油軸可靜壓平衡柱塞、壓力環(huán)、五星輪可靜壓平衡扭矩脈動(dòng)率7.5%4.9%0最低轉(zhuǎn)速3~520.5雙出軸否有不可殼轉(zhuǎn)式無(wú)有有變量方式變偏心距(無(wú)級(jí))變有效列數(shù)(無(wú)級(jí))變有效列數(shù)、作用數(shù)(無(wú)級(jí))03液壓馬達(dá)管理843575903液壓馬達(dá)管理1.液壓馬達(dá)工作特點(diǎn)（1）液壓泵的吸油腔壓力過(guò)低將會(huì)產(chǎn)生吸油不足，異常噪聲，甚至無(wú)法工作。

因此，除了在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡可能減小吸油管路的液阻外，為了保證泵的正常運(yùn)行，a)應(yīng)該使泵的安裝高度不超過(guò)允許值；b)避免吸油濾油器及管路形成過(guò)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(fù)載，若負(fù)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(fù)載大小自動(dòng)增加，泵的最高工作壓力主要受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命的限制。為了防止壓力過(guò)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。03液壓馬達(dá)管理1.液壓馬達(dá)工作特點(diǎn)（3）變量泵可以通過(guò)調(diào)節(jié)排量來(lái)改變流量，定量泵只有用改變轉(zhuǎn)速的辦法來(lái)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(shí)，雖然對(duì)壽命有利，但是會(huì)使容積效率降低，并且對(duì)于需要利用離心力來(lái)工作的葉片泵來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速過(guò)低會(huì)無(wú)法保證正常工作。（4）液壓泵的流量具有某種程度的脈動(dòng)性質(zhì)，其脈動(dòng)情況取決于泵的形式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。為了減小脈動(dòng)的影響，除了從造型上考慮外，必要時(shí)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(lái)吸、排油，如果工作腔處在吸、排油之間的過(guò)渡密封區(qū)時(shí)存在容積變化，就會(huì)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(dòng)、噪聲及工作構(gòu)件上