外五星液壓馬達(dá)工作原理.ppt
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第三節(jié)液壓馬達(dá),一、工作性能二、低速大扭矩液壓馬達(dá)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(dá)是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)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(jìn)行工作的。常見的液壓馬達(dá)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(dá)和低速大扭矩馬達(dá)。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,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,故在實際中只有少數(shù)泵能作馬達(dá)使用。,液壓馬達(dá)簡介,第三節(jié)液壓馬達(dá),,,W式中:P—液壓馬達(dá)的進(jìn)排油壓差,Pa;Q—供入液壓馬達(dá)的油流量,m3/s。,而其理論輸出功率則可表達(dá)為:W式中;Mth——液壓馬達(dá)的理論扭矩,Nm;ωth——液壓馬達(dá)的理論角速度,rad/s;nth——液壓馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)速,r/min。,液壓馬達(dá)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(jī)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(dá)的工作性能,我們可先假設(shè)液壓馬達(dá)不存在任何能量損失的理想情況進(jìn)行了討論,這時液壓馬達(dá)的輸入功率,就可用下式來表示:,第三節(jié)液壓馬達(dá),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(dá)的有效流量,m3/s。,因此,可求得液壓馬達(dá)的理論扭矩然而,任何實際的液壓馬達(dá),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(dá),一、工作性能,現(xiàn)假設(shè)液壓馬達(dá)按幾何尺寸確定的每轉(zhuǎn)排量為q(ms/r),則液壓馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)速為顯然,在不考慮液壓馬達(dá)中所有能量損失的情況下,液壓馬達(dá)的理論輸出功率就等于其輸入功率。,在液壓馬達(dá)中,常把壓力損失和摩擦損失合并在一起,稱之為機(jī)械損失,由于存在著機(jī)械損失,液壓馬達(dá)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(dá)的機(jī)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(dá)中所有能量損失的總效率。,因此,液壓馬達(dá)的實際轉(zhuǎn)速:,第三節(jié)液壓馬達(dá),一、工作性能,討論:,液壓馬達(dá)的實際轉(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——通過流量控制閥來改變供入油馬達(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)。,第三節(jié)液壓馬達(dá),一、工作性能,低速大扭矩液壓馬達(dá),低速大扭矩液壓馬達(dá)是相對于高速馬達(dá)而言的,通常這類馬達(dá)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(dá)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(jī)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(dá)廣泛用于起重、運輸、建筑、礦山和船舶等機(jī)械上。低速大扭矩液壓馬達(dá)的基本形式有三種:它們分別是曲柄連桿馬達(dá)、靜力平衡馬達(dá)和多作用內(nèi)曲線馬達(dá)。下面分別予以介紹。,第三節(jié)液壓馬達(dá),一、工作性能,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá),曲柄連桿式低速大扭矩液壓馬達(dá)應(yīng)用較早,國外稱為斯達(dá)發(fā)液壓馬達(dá)。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(dá)6.140L/r。下圖是曲柄連桿式液壓馬達(dá)的工作原理。,第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)的構(gòu)造和工作原理,連桿式液壓馬達(dá)原理演示,馬達(dá)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(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)的構(gòu)造和工作原理,根據(jù)曲柄連桿機(jī)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(jìn)、排油口對換,液壓馬達(dá)也就反向旋轉(zhuǎn)。,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)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(jìn)入液壓馬達(dá),然后由低壓腔不斷排出。,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)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(jìn)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(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)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(jìn)、排油直接通到配流軸中,就能達(dá)到外殼旋轉(zhuǎn)的目的,構(gòu)成了所謂的車輪馬達(dá)。,1.曲柄連桿低速大扭矩液壓馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)的構(gòu)造和工作原理,曲柄連桿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(dá)稱為羅斯通(Roston)馬達(dá),國內(nèi)也有不少產(chǎn)品,并已經(jīng)在船舶機(jī)械、挖掘機(jī)以及石油鉆探機(jī)械上使用。,2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)的構(gòu)造和工作原理,五星輪式液壓馬達(dá)原理演示,這種液壓馬達(dá)的工作原理用圖來說明,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(dá)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(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)的構(gòu)造和工作原理,以防止液壓馬達(dá)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(jìn)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(dá)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(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)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(dá)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(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(dá)。,事實上,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,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。,2.靜力平衡式低速大扭矩液壓馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)的構(gòu)造和工作原理,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)的主要工作過程是相同的。,3.多作用內(nèi)曲線馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)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(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)的構(gòu)造和工作原理,柱塞底部油腔的進(jìn)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(yán)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(dá)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(jìn)排油口互換,則馬達(dá)反轉(zhuǎn)。,3.多作用內(nèi)曲線馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)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(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。,,(2)內(nèi)曲線多作用馬達(dá)工作原理(原理演示),3.多作用內(nèi)曲線馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)的構(gòu)造和工作原理,若將液壓馬達(dá)的進(jìn)、出油口對調(diào),液壓馬達(dá)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(dá)。除了上述幾種典型低速大扭矩馬達(dá)外,尚有介于高速馬達(dá)和低速馬達(dá)中間的擺線液壓馬達(dá),此處不再贅述。,(2)內(nèi)曲線多作用馬達(dá)工作原理(原理演示),3.多作用內(nèi)曲線馬達(dá),第三節(jié)液壓馬達(dá),二、低速大扭矩液壓馬達(dá)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(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(dá),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(dá),液壓馬達(dá)的工作特點:,(1)在一般工作條件下,液壓馬達(dá)的進(jìn)、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(dá)可能在泵工況下工作,它的進(jìn)油口應(yīng)有最低壓力限制,以免產(chǎn)生汽蝕。(2)馬達(dá)應(yīng)能正、反運轉(zhuǎn)。因此,就要求液壓馬達(dá)在設(shè)計時具有結(jié)構(gòu)上的對稱性。(3)液壓馬達(dá)的實際工作壓差取決于負(fù)載力矩的大小,當(dāng)被驅(qū)動負(fù)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(dá)的排油口關(guān)閉而進(jìn)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(dá)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(dá),- 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