河北機電職業技術學院備課記錄 no 9-1
一引入複習：（5分鐘）
1.單作用葉片幫浦工作原理
2.限壓式變數葉片幫浦工作原理
二正課第三章液壓執行元件
第一節液壓馬達
一、液壓馬達的特點及分類
液壓馬達是把液體的壓力能轉換為機械能的裝置，從原理上講，液壓幫浦可以作液壓馬達用，液壓馬達也可作液壓幫浦用。但事實上同型別的液壓幫浦和液壓馬達雖然在結構上相似，但由於兩者的工作情況不同，使得兩者在結構上也有某些差異。例如：
1.液壓馬達一般需要正反轉，所以在內部結構上應具有對稱性，而液壓幫浦一般是單方向旋轉的，沒有這一要求。
2.為了減小吸油阻力，減小徑向力，一般液壓幫浦的吸油口比出油口的尺寸大。而液壓馬達低壓腔的壓力稍高於大氣壓力，所以沒有上述要求。
3.液壓馬達要求能在很寬的轉速範圍內正常工作，因此，應採用液動軸承或靜壓軸承。因為當馬達速度很低時，若採用動壓軸承，就不易形成潤滑滑膜。
4.葉片幫浦依靠葉片跟轉子一起高速旋轉而產生的離心力使葉片始終貼緊定子的內表面，起封油作用，形成工作容積。若將其當馬達用，必須在液壓馬達的葉片根部裝上彈簧，以保證葉片始終貼緊定子內表面，以便馬達能正常起動。
5.液壓幫浦在結構上需保證具有自吸能力，而液壓馬達就沒有這一要求。
6.液壓馬達必須具有較大的起動扭矩。所謂起動扭矩，就是馬達由靜止狀態起動時，馬達軸上所能輸出的扭矩，該扭矩通常大於在同一工作壓差時處於執行狀態下的扭矩，所以，為了使起動扭矩盡可能接近工作狀態下的扭矩，要求馬達扭矩的脈動小，內部摩擦小。
由於液壓馬達與液壓幫浦具有上述不同的特點，使得很多態別的液壓馬達和液壓幫浦不能互逆使用。
液壓馬達按其額定轉速分為高速和低速兩大類，額定轉速高於500r/min的屬於高速液壓馬達，額定轉速低於500r/min的屬於低速液壓馬達。
高速液壓馬達的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特點是轉速較高、轉動慣量小，便於啟動和制動，調速和換向的靈敏度高。通常高速液壓馬達的輸出
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轉矩不大(僅幾十牛·公尺到幾百牛·公尺)，所以又稱為高速小轉矩液壓馬達。
高速液壓馬達的基本型式是徑向柱塞式，例如單作用曲軸連桿式、液壓平衡式和多作用內曲線式等。此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結構型式。低速液壓馬達的主要特點是排量大、體積大、轉速低(有時可達每分種幾轉甚至零點幾轉)，因此可直接與工作機構連線，不需要減速裝置，使傳動機構大為簡化，通常低速液壓馬達輸出轉矩較大(可達幾千牛頓·公尺到幾萬牛頓·公尺)，所以又稱為低速大轉矩液壓馬達。
液壓馬達也可按其結構型別來分，可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其他型式。
二、液壓馬達的效能引數
液壓馬達的效能引數很多。下面是液壓馬達的主要效能引數：
1.排量、流量和容積效率習慣上將馬達的軸每轉一周，按幾何尺寸計算所進入的液體容積，稱為馬達的排量v，有時稱之為幾何排量、理論排量，即不考慮洩漏損失時的排量。
液壓馬達的排量表示出其工作容腔的大小，它是乙個重要的引數。因為液壓馬達在工作中輸出的轉矩大小是由負載轉矩決定的。但是，推動同樣大小的負載，工作容腔大的馬達的壓力要低於工作容腔小的馬達的壓力，所以說工作容腔的大小是液壓馬達工作能力的主要標誌，也就是說，排量的大小是液壓馬達工作能力的重要標誌。
根據液壓動力元件的工作原理可知，馬達轉速n、理論流量qi與排量v之間具有下列關係
qi=nv4-1)
式中：qi為理論流量(m3/s);n為轉速(r/min)；v為排量(m3/s)。
為了滿足轉速要求，馬達實際輸入流量q大於理論輸入流量，則有：
q= qi+δq4-2)
式中：δq為洩漏流量。
ηv=qi/q=1/（1+δq／qi4-3)
所以得實際流量
q=qi/ηv4-4)
2.液壓馬達輸出的理論轉矩根據排量的大小，可以計算在給定壓力下液壓馬達所能輸出的轉矩的大小，也可以計算在給定的負載轉矩下馬達的工作壓力的大小。當液壓馬達進、出油口之間的壓力差為δp，輸入液壓馬達的流量為q，液壓馬達輸出的理論轉矩為tt，角速度為ω，如果不計損失，液壓馬達輸入的液壓功率應當全部轉化為液壓馬達輸出的機械功率，即：
δpq=tt4-5)
又因為ω=2πn，所以液壓馬達的理論轉矩為：
tt=δp·v/24-6)
式中：δp為馬達進出口之間的壓力差。
3.液壓馬達的機械效率由於液壓馬達內部不可避免地存在各種摩擦，實際輸出的轉矩t總要比理論轉矩tt小些，即：
t=ttηm4-7)
式中：ηm為液壓馬達的機械效率(%)。
4.液壓馬達的啟動機械效率ηm 液壓馬達的啟動機械效率是指液壓馬達由靜止狀態起動時，馬達實際輸出的轉矩t0與它在同一工作壓差時的理論轉矩tt之比。即：
ηm0=t/tt4-8)
液壓馬達的啟動機械效率表示出其啟動效能的指標。因為在同樣的壓力下，液壓馬達由靜止到開始轉動的啟動狀態的輸出轉矩要比運轉中的轉矩大，這給液壓馬達帶載啟動造成了困難，所以啟動效能對液壓馬達是非常重要的，啟動機械效率正好能反映其啟動效能的高低。啟動轉矩降低的原因，一方面是在靜止狀態下的摩擦因數最大，在摩擦表面出現相對滑動後摩擦因數明顯減小，另一方面也是最主要的方面是因為液壓馬達靜止狀態潤滑油膜被擠掉，
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基本上變成了幹摩擦。一旦馬達開始運動，隨著潤滑油膜的建立，摩擦阻力立即下降，
並隨滑動速度增大和油膜變厚而減小。
實際工作中都希望啟動效能好一些，即希望啟動轉矩和啟動機械效率大一些。現將不同結構形式的液壓馬達的啟動機械效率ηm0的大致數值列入表4-1中。
表4-1液壓馬達的啟動機械效率
由表4-1可知，多作用內曲線馬達的啟動效能最好，軸向柱塞馬達、曲軸連桿馬達和靜壓平衡馬達居中，葉片馬達較差，而齒輪馬達最差。
5.液壓馬達的轉速液壓馬達的轉速取決於供液的流量和液壓馬達本身的排量v，可用下式計算：
nt=qi/v4-9)
式中：nt為理論轉速(r/min)。
由於液壓馬達內部有洩漏，並不是所有進入馬達的液體都推動液壓馬達做功，一小部分因洩漏損失掉了。所以液壓馬達的實際轉速要比理論轉速低一些。
n=nt·ηv4-10)
式中：n為液壓馬達的實際轉速(r/min)；ηv為液壓馬達的容積效率(%)。
6.最低穩定轉速最低穩定轉速是指液壓馬達在額定負載下，不出現爬行現象的最低轉速。所謂爬行現象，就是當液壓馬達工作轉速過低時，往往保持不了均勻的速度，進入時動時停的不穩定狀態。
液壓馬達在低速時產生爬行現象的原因是：
(1) 摩擦力的大小不穩定。 通常的摩擦力是隨速度增大而增加的，而對靜止和低速區域工作的馬達內部的摩擦阻力，當工作速度增大時非但不增加，反而減少，形成了所謂「負特性」的阻力。另一方面，液壓馬達和負載是由液壓油被壓縮後壓力公升高而被推動的，因此，可用圖4-1(a)所示的物理模型表示低速區域液壓馬達的工作過程：
以勻速v0推彈簧的一端(相當於高壓下不可壓縮的工作介質)，使質量為m的物體(相當於馬達和負載質量、轉動慣量)克服「負特性」的摩擦阻力而運動。當物體靜止或速度很低時阻力大，彈簧不斷壓縮，增加推力。只有等到彈簧壓縮到其推力大於靜摩擦力時才開始運動。
一旦物體開始運動，阻力突然減小，物體突然加速躍動，其結果又使彈簧的壓縮量減少，推力減小，物體依靠慣性前移一段路程後停止下來，直到彈簧的移動又使彈簧壓縮，推力增加，物體就再一次躍動為止，形成如圖4-1(b)所示的時動時停的狀態，對液壓馬達來說，這就是爬行現象。
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圖4-1液壓馬達爬行的物理模型
(2)洩漏量大小不穩定。
液壓馬達的洩漏量不是每個瞬間都相同，它也隨轉子轉動的相位角度變化作週期性波動。由於低速時進入馬達的流量小，洩漏所佔的比重就增大，洩漏量的不穩定就會明顯地影響到參與馬達工作的流量數值，從而造成轉速的波動。當馬達在低速運轉時，其轉動部分及所帶的負載表現出的慣性較小，上述影響比較明顯，因而出現爬行現象。
實際工作中，一般都期望最低穩定轉速越小越好。
7.最高使用轉速液壓馬達的最高使用轉速主要受使用壽命和機械效率的限制，轉速提高後，各運動副的磨損加劇，使用壽命降低，轉速高則液壓馬達需要輸入的流量就大，因此各過流部分的流速相應增大，壓力損失也隨之增加，從而使機械效率降低。
對某些液壓馬達，轉速的提高還受到背壓的限制。例如曲軸連桿式液壓馬達，轉速提高時，回油背壓必須顯著增大才能保證連桿不會撞擊曲軸表面，從而避免了撞擊現象。隨著轉速的提高，回油腔所需的背壓值也應隨之提高。
但過分的提高背壓，會使液壓馬達的效率明顯下降。為了使馬達的效率不致過低，馬達的轉速不應太高。
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