第四章 液压马达
液压维修第4章 液压马达的故障排除与维修
第4章液压马达的故障排除与维修4.1 液压马达的概述4.1.1 液压马达的作用和分类从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。
因为它们具有同样的基本结构要素——密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。
但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类型的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。
首先，液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求因此它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；其次，液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。
由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。
液压马达按其结构来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式等几种。
按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。
额定转速高于500r/min的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。
高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。
它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节（调速及换向）灵敏度高。
通常高速液压马达输出转矩不大，所以又称为高速小转矩液压马达。
低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低（有时可达每分钟几转甚至零点几转），因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。
4.1.2 液压马达的性能参数1.液压马达的容积效率和转速在液压马达的各项性能参数中，压力、排量、流量等参数与液压泵同类参数有相似的含义，其原则差别在于：在泵中它们是输出参数，在马达中则是输入参数。
3.第四章-概述-齿轮泵
对于液压马达， 对于液压马达，机械效率表现为实际输出转矩 与理论转矩之比。 与理论转矩之比。
§4-1 概述
二、液压泵和液压马达的基本性能 3、功率和效率
总效率： 总效率：输出功率与输入功率之比 对于液压泵： 对于液压泵： 对于液压马达： 对于液压马达： 液压泵（液压马达） 液压泵（液压马达）的总效率等于其容积效 率与机械效率的乘积
作业
1、泵和马达在液压系统中起什么作用？ 2、什么是泵的工作压力?额定压力?排量?流量?理论流量? 3、泵的功率损失主要组成部分是什么？ 4、泵的容积损失主要由哪些因素引起的？ 5、外啮合齿轮泵的齿数和流量脉动之间有什么关系？ 6、解释齿轮泵的困油现象。如何解决？ 7、齿轮泵的内泄漏途径有哪些？哪个途径的泄漏最严重？ 8、齿轮泵的径向不平衡力是怎么产生的？有什么危害？ 如何防止? 9、齿轮泵有哪些优缺点？ 10、画出定量泵、变量泵、双作用定量泵、双作用变量泵 的符号。定量马达、变量马达、双作用定量马达、双 作用变量马达的符号。
§4-1 概述
二、液压泵和液压马达的基本性能 排量( 和流量( 2、排量(V )和流量( qt )
液压泵的排量是指在没有泄漏的情况下， 液压泵的排量是指在没有泄漏的情况下，液 压泵每转一转所排出的油液体积。 压泵每转一转所排出的油液体积。
q 液压泵的排量仅仅取决于密封工作油腔每转 变化的容积而与转速无关。 变化的容积而与转速无关。
§4-2 齿轮泵
五、齿轮泵的泄漏 2、补偿轴向间 、 隙的措施
1) 浮动轴套； 浮动轴套； 2) 浮动（弹性） 浮动（弹性） 侧板。 侧板。
引入 压力 油
图4-5
§4-2 齿轮泵
五、齿轮泵的优缺点
优点：结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便， 价格低廉，工作可靠，自吸能力强，对 油液污染不敏感，维护成本低。 缺点：流量脉动大，噪声大，磨损严重，泄漏 大，一些机件承受径向不平衡力，工作 压力的提高受限。
液压系统及其执行机构
pD
2
式中： — 薄壁孔壁厚；
p — 筒内液体或气体的工作压力；
[
]
—
筒内材料的许用应力[， ]
b
n
，
为材料的抗拉强度，
b
n为安全系数，当D 10时，一般取n 5。
D 10
为 厚壁筒，计算方法如下：
2）活塞杆稳定性计算
当 l 10d 时，考虑缸杆的稳定性。
缸稳定的条件： F Fcr ncr
油进入大腔，活塞运动速度慢： 油进入小腔，活塞运动速度快：
v1
qcv
A1
4qcv D 2
v2
qcv
A2
(
4qcv
D2 d
2
)
一般
v1 1.6
v2
以防有杆腔速度过大，造成冲击。
3）推力： 两腔分别通入压力油时，两方向推 力不等。 油进大腔，推力大： 油进小腔，推力小：
F1 ( p1 A1 p2 A2 )cm
一般取系数k=1.3。
二、液压油缸安装
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4．5 液压马达
一、液压马达特点： 1、液压马达的工作压力高，驱动负载大； 2、 液压马达，尤其是低速大扭矩马达，均可直接驱 动负载。液压马达力密度大，在同等功率输出情况下， 其重量、尺寸仅为直流电马达的5％～20％，相对质量 很轻，所以转动惯量小，启动、制动、反向运转快速 性及低速稳定性好，并可方便地实施无级调速； 3、承受静负载； 4、调速范围广，无级调速。 5、效率较低，能量损失大。
三、柱塞缸 ： •往复运动的主件为柱塞； •回程靠重力或其他缸； •适用于：缸长度/缸内径<6， 导向部分较短的场合； •如：脱模油缸、压下油缸； •符号：
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液压系统的执行元件
第四章、液压执行元件第一节液压马达一、液压马达的特点及分类液压马达是把液体的压力能转换为机械能的装置，从原理上讲，液压泵可以作液压马达用，液压马达也可作液压泵用。
但事实上同类型的液压泵和液压马达虽然在结构上相似，但由于两者的工作情况不同，使得两者在结构上也有某些差异。
例如：1.液压马达一般需要正反转，所以在内部结构上应具有对称性，而液压泵一般是单方向旋转的，没有这一要求。
2.为了减小吸油阻力，减小径向力，一般液压泵的吸油口比出油口的尺寸大。
而液压马达低压腔的压力稍高于大气压力，所以没有上述要求。
3.液压马达要求能在很宽的转速范围内正常工作，因此，应采用液动轴承或静压轴承。
因为当马达速度很低时，若采用动压轴承，就不易形成润滑滑膜。
4.叶片泵依靠叶片跟转子一起高速旋转而产生的离心力使叶片始终贴紧定子的内表面，起封油作用，形成工作容积。
若将其当马达用，必须在液压马达的叶片根部装上弹簧，以保证叶片始终贴紧定子内表面，以便马达能正常起动。
5.液压泵在结构上需保证具有自吸能力，而液压马达就没有这一要求。
6.液压马达必须具有较大的起动扭矩。
所谓起动扭矩，就是马达由静止状态起动时，马达轴上所能输出的扭矩，该扭矩通常大于在同一工作压差时处于运行状态下的扭矩，所以，为了使起动扭矩尽可能接近工作状态下的扭矩，要求马达扭矩的脉动小，内部摩擦小。
由于液压马达与液压泵具有上述不同的特点，使得很多类型的液压马达和液压泵不能互逆使用。
液压马达按其额定转速分为高速和低速两大类，额定转速高于500r/min的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。
高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。
它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调速和换向的灵敏度高。
通常高速液压马达的输出转矩不大(仅几十牛·米到几百牛·米)，所以又称为高速小转矩液压马达。
高速液压马达的基本型式是径向柱塞式，例如单作用曲轴连杆式、液压平衡式和多作用内曲线式等。
第4章-液压执行元件液压马达
它可以直接与工作机构直接联接，不需要减速装置， 使传动结构大为简化。低速大扭矩液压马达广泛用于起 重、运输、建筑、矿山和船舶等机械上。
低速大扭矩液压马达的基本形式有两种：它们分别是
低速液压马达的基本型式是径向 柱塞式，又称为低速大转距液压马达。
4.1 液压马达
4.1.1 液压马达的主要性能参数
1、工作压力和额定压力 工作压力：马达的实际工作压力即输入油液的压力。在
计算时应是马达进口压力和出口压力之差。 额定压力：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。
4
垂直于轴向的分力FT：
FT F ta n
某一柱塞产生的瞬时转 矩为：
Tin FT rT FT R sin d 2 pR tan sin
4
湖南工程学院——液压与气压传动
2020年3月19日星期四
两种斜轴式柱塞马达
2 低速大转矩液压马达 低速大转矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常
2、排量和流量 排量：马达轴转一周，由其密封容积几何尺寸变化计算
而得到的液体体积。 实际流量：马达入口处的流量。 理论流量：马达密封容积变化所需要的流量。
额定流量: 在额定转速和额定压力下输入到马达的流量。 由于有泄漏损失，输入马达的实际流量必须大于它的理论流量。 马达的实际流量（即进口流量）－泄漏流量＝马达的理论流量。
4.1 液压马达
液压马达将液压泵提供的液压能转变成机械能的能量转换 装置。
液压马达习惯上是指输出旋转运动的液压执行元件。 从能量转换的观点来看，液压泵和液压马达是可逆的液压元件。
液压与气压传动第四章习题答案1
第四章习题答案4-1、填空题1.液压马达和液压缸是液压系统的（执行）装置，作用是将（液压）能转换为（机械）能。
2.对于差动液压缸，若使其往返速度相等，则活塞面积应为活塞杆面积的（2倍）。
3.当工作行程较长时，采用（柱塞） 缸较合适。
4.排气装置应设在液压缸的（最高）位置。
5.在液压缸中，为了减少活塞在终端的冲击，应采取（缓冲）措施。
4-2、问答题1.如果要使机床工作往复运动速度相同，应采用什么类型的液压缸？答：双杆活塞缸2.用理论流量和实际流量（q t 和q ）如何表示液压泵和液压马达的容积效率？用理论转距和实际转距(T t 和T)如何表示液压泵和液压马达的机械效率？请分别写出表达式。
液压泵的容积效率：t V q q =η 液压马达的容积效率：q q t v =η 液压泵的机械效率： T T t m =η 液压马达的机械效率：t m T T=η4-3、计算题1.已知某液压马达的排量V ＝250mL/r ，液压马达入口压力为p 1＝10.5MPa ，出口压力p 2＝1.0MPa ，其机械效率ηm ＝0.9，容积效率ηv ＝0.92，当输入流量q ＝22L/min 时，试求液压马达的实际转速n 和液压马达的输出转矩T 。
答案：81r/min ；340N ﹒m2.如图4－12所示，四种结构形式的液压缸，分别已知活塞（缸体）和活塞杆（柱塞）直径为D 、d ，如进入液压缸的流量为q ，压力为p ，试计算各缸产生的推力、速度大小并说明运动的方向。
答案：a ）4)(22d D p F -⋅=π；4)(22d D qv -=π；缸体左移b ）42d p F π⋅=；42d qv π=；缸体右移 c ）42D p F π⋅=； 42D qv π=；缸体右移d ）42d p F π⋅=；42d qv π=；缸体右移3.如图4－13所示，两个结构相同的液压缸串联，无杆腔的面积A 1＝100×10-4 m 2，有杆腔的面积A 2＝80×10-4 m 2，缸1的输入压力p 1＝0.9 MPa ，输入流量q 1＝12L/min ，不计泄漏和损失，求：1) 两缸承受相同负载时，该负载的数值及两缸的运动速度。
第四章液压马达解析
❖ 设第i个柱塞和缸体的垂直中心线夹角为θ,柱塞在缸体中的分 布圆半径为R，则在该柱塞上产生的转矩为
Ti Fy r Fy R sin Fx R tg sin
液压马达产生的转矩应是处于高压腔柱塞产生转矩的总和， 即
T Fx Rtg sin
随着θ角的变化，每个柱塞产生的转矩也发生变化，故液 压马达产生的总转矩也是脉动的，它的脉动情况和讨论液压泵 流量脉动时的情况相似。
三、液压马达的主要性能参数
（一）工作压力和额定压力 1．工作压力: p 液压马达实际工作时输入的压力。 2．额定压力: pn 液压马达在正常工作条件下，按试验标准规定能
第六节 液压及气压马达(Motor) 、 一 液压马达的分类,特点及应用
液压马达和液压泵在原理上可逆，结构上类似，但由于 用途不同，它们在结构上有一定差别。常用的液压马达有 柱塞式、叶片式和齿轮式等。
二、液压马达的工作原理 以斜盘式轴向柱塞马达为例说明液压马达的工作原理。
压力油
回油
图4-1轴向柱塞马达工作原理
（a）定量马达 （b）变量马达 （c）双向定量马达 （d）双向变量马达 （e）摆动液 图4-2 液压马达图形符号
四、典型液压马达的结构和工作原理
1．齿轮液压马达
b
h o1
K
p
a
o2 h
图 4-3 齿轮马达工作原理图
2．叶片马达
1
5
2
p
4 3
图 4-4 叶片马达的工作原理
学习要点
1、缸和马达的工作原理、作用及图形符号； 2、缸的运动速度和推力计算； 3、单活塞杆液压缸的差动联接特点及相关计算。
作业：4－6，4－10
《液压传动》(课件)-第四章精选全文
4．缓冲装置
图 液压缸缓冲装置的形式
缓冲装置有两种形式：一种为节流式， 它是指在液压缸活塞运动至接近缸盖时，使低 压回油腔内的油液，全部或部分通过固定节流 或可变节流器，产生背压形成阻力，达到降低 活塞运动速度的缓冲效果，图中的（a）， （b），（d），（e），（f）均属于此类。
另一类为卸载式，如图（c）所示，它是 指在活塞运动至接近缸盖时，双向缓冲阀2的 阀杆先触及缸盖，阀杆沿轴向被推离起密封作 用的阀座，液压缸两腔通过缓冲阀2的开启而 高低压腔互通，缸两腔的压差迅即减小而实现 缓冲。
当解锁压力油卸除之后又能自动锁紧。
1—锁紧套筒；2—活塞杆； 3—活塞
图套筒式锁紧装置
二、刹片式锁紧装置
如图所示，在液压缸的端盖上带有一 制动刹片1，它在碟形弹簧 2 的作用下被紧 紧地压在活塞杆 3 上，依靠摩擦力抵消轴 向力，从而使活塞杆锁紧在任意位置上。
当解锁压力油进入 A 腔后，在液压力 的作用下，将制动刹片顶开，使之脱离活 塞杆，达到解锁的目的。
F1
F2
(p1
p2 )A m
π 4
(D2
d2 )( p1
p2 )m
（4-1）
v1
v2
q A
v
（4-2）
式中， A ——液压缸的有效面积； ηm ——液压缸的机械效率； ηv——液压缸的容积效率； D ——活塞直径； d ——活塞杆直径； q ——输入液压缸的流量；
p1 ——进油腔压力；
p2 ——回油腔压力。
图（b）所示为半环连接，缸筒壁部因开了环形槽而削弱了 强度，因此有时要加厚缸壁，它容易加工和装拆，重量较轻， 常用于无缝钢管或锻钢制造的缸筒上。
图（c）所示为螺纹连接，缸筒端部结构复杂，外径加工时 要求保证内外径同心，装拆要使用专用工具，它的外形尺寸和重 量都较小，常用于无缝钢管或铸钢制的缸筒上。
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→ 活塞 → 连杆 → 曲轴偏心圆表面
推
液压力的合力通过偏心圆几何中心，对曲轴 回转中心产生力矩。
Specialties 特点
High torque, low speed 低速大扭矩
Stable low speed 低速稳定 Unbalanced radial force 径向力不平衡
Classification 分类
According to structures 按结构形式不同
Gear, vane and piston types 齿轮、叶片和柱塞式
According to delivery types 按排量是否可调
Fixed and variable delivery motors
输出压力 pp＝10MPa，排量 Vp＝10mL/r，转
速 np＝1450r/min，容积效率ηpv＝0.9，机械 效率ηpm＝0.9，液压马达排量 Vm＝10mL/r， 容积效率ηmv＝0.9，机械效率ηmm＝0.9，泵 出口与马达进口间管道压力损失为0.5MPa， 其它损失不计，试求：
（1）液压泵的驱动功率 Pip；
3 马达转速 n m 的范围；
4 液压系统的最大输入功率 P i。
解：1 泵的输出流量
qp= np·Vp·ηpv = 1450÷60×40×10 -6×0.9 = 8.7×10-4（m3/s）= 52.2 L/min 2 马达的最大进口压力 pm 马达的负载扭矩恒定，因此当马达排量调至 最小时，在马达进出口两端具有最大的压力降。
Vane motors 叶片马达
Double-acting vane motor 双作用叶片马达 Fig. 4-3 Similar to vane pump，differences:
Springs used to push vane touches with stator inner surface
（单位：mL/r）
·· ，10，12.5，（14），16，（18），20， ·· ··
（22.5），25，（28），31.5，（35.5），40，
·· ，4000，（4500），5000，（5600）， ·· ·· 6300，（7100），8000，9000， ··。 ·· ··
例 题
【例1】如图所示为定量泵和定量马达系统，已知泵的
压力油引入叶片底部确保叶片紧贴定子内表面
Fig. 4-3
Operating principle 工作原理
压力油作用在过渡区叶片上的面积不同，
产生力矩推动转子带动输出轴旋转。 Specialties 特点 体积小，惯性小，动作灵敏，但泄漏较大。 适用于转矩低、转速高、要求动作灵敏 的场合。
叶片泵和液压马达比较表
（2）液压泵输出功率 Pop
P ppqp 10106 145010106 0.9 60 2175 W op
（3）液压马达输出转速 nM
nM q pmv Vm 1450 10 106 0.9 0.9 11745( rpm) . 6 10 10
变量马达
Single
Double
双向定量马达
双向变量马达
2. Operating principle of hydraulic motors
马达工作原理 Axial piston motors 轴向柱塞马达 Swash plate axial piston motor Fig. 4-2 斜盘式轴向柱塞马达
弹簧保证叶片与定子内表面接触 Zero vane angle for two direction running 叶片零度安装便于双向旋转
Pressure oil is led to vane bottom to keep the vanes touch with stator surface tightly
Gear motors 齿轮马达
External gear pump 外啮合齿轮马达 Fig. 4-4 Similar to gear pump，differences： 与齿轮泵类似，区别：
Leakage oil to tank separately
泄漏油单独回油箱
Same size for the inlet and outlet ports
进、出油口大小相同
Fig. 4-4
Operating principle 工作原理
由于受压力油作用的齿面面积不同而产生
转矩。
Specialties 特点
与齿轮泵类似，多用于转速高、扭矩小的
场合。
【课堂练习】
外啮合齿轮泵作马达用，原进油口改作出油口， 原出油口改作进油口，则马达的转向（ A. 与作泵时转向相同 ）。 B
p q
Motor 马达
T n
把液压能变为机械能，输出扭矩 T 与转速 n。
Characteristic parameters 性能参数 Volumetric efficiency 容积效率ηMv 指经容积损失后的功率与损失前的功率之比。
ηMv= qMt·Δp/(qM·Δp)= qMt /qM
式中：qMt ——理论流量
7. multi-lobed cam 多曲轨面(turns)
Operating principle 工作原理 Pressure oil pushes roller by piston against curve surface to produce torque driving cam running 压力油推滚轮驱动轨道旋转 Specialties 特点
High stress on two side of rod 连杆两端接触应力大
Low mechanical efficiency in low speed starting 低速启动效率低
Incurve multiple-acting radial piston motors 多作用内曲线径向柱塞马达 Fig. 4-6
【例2】图示系统中，已知泵的排量Vp＝40 mL/r，转
速 np=1450 r/min，机械效率和容积效率均为
0.9；变量马达的排量范围为 Vm＝40 ~ 100
mL/r，机械效率和容积效率为0.9，马达的负
载扭矩 Tm＝ 40 N· m。不计管 道损失，试求：
1 泵的输出流量 q p；
2 马达最大进口压力 p m；
Structure 构造 1. Piston 柱塞 (reciprocates in radial)
2. Cylinder block 缸体 (stationary) 3. Roller 滚轮 (rolls on cam)
4. Rotating valve 配油轴 (runs) 5. Inlet port 进口 6. Outlet port 出口
液压马达输出转矩TM
Vm p mm 10 10 10 0.5 10 0.9 TM 2 2 13.6 N m
6 6
液压马达输出功率Pom
P om
1174 5 . 2 nM TM 2 13.6 60 1674（W )
Crisscross Coupling 十字联轴节
Saddle surface 马鞍形面 (hydraulic bearing)(静压支承) Ball articulated球铰(hydraulic bearing) Reciprocate in radial 径向往复伸缩
Cylinder缸室
Fig. 4-5 曲柄连杆马达工作原理
滑靴结构
Structure and operatห้องสมุดไป่ตู้ng principle
构造与工作原理 结构：与泵相同，反用即为马达。 工作原理：柱塞在压力油作用下外伸紧压在斜盘 上，斜盘对柱塞的反作用力垂直于斜 盘表面，其轴向分力Fx 与柱塞所受的 液压推力相平衡，径向分力Fy 使每个 高压区的柱塞对缸体中心产生转矩。
Radial force balanced 径向力平衡 Fine low speed performance 低速稳定性好
High request for cam manufacturing 内曲面轨道制造难度大 Working safely and reliable 工作安全可靠
泵和马达的排量标准系列
qMt = VM·M （VM:马达排量） n
qM ——实际流量
Δp ——马达进、出口压差
（ 而泵的容积效率ηpv= q/qt ）
Mechanical efficiency 机械效率ηMm 除泄漏外的各种损失都归之为机械损失。 ηMm = PMo /(qMt·Δp） = TMo·ω/(TMt·ω)= TMo/TMt 式中：PMo——马达输出功率 TMt ——理论输出扭矩 TMo ——实际输出扭矩
Fig. 3-5
Operating principle 工作原理 Fig.4-5
High pressure pushes rod by piston to produce
torque on cam。
高压油推柱塞外伸对凸轮(输出轴)产生扭矩。
Cam pushes pistons in low pressure area by rod to drain low pressure oil into tank。 偏心轮通过连杆推柱塞使低压油排出。 压力油
叶片泵 叶片马达
转子两侧环形槽内装有 起动弹簧 没有起动弹簧 扭力弹簧，使叶片始终顶紧 定子，保证起动密封。 叶片安装 叶片前倾或后倾 径向放置，以适应正、反转 叶片根 叶片根部不一定 保证叶片根部始终通压力油 部油压 通高压油 泄漏油的 内部回油 外部回油 回油方式 进、出油 进油口口径≥ 进油口、出油口一样大。 口口径 出油口口径