2.5　液压马达

液压马达是将液体的压力能转换为机械能的装置。从工作原理上讲，液压传动中的泵和马达都是靠工作腔密封容积的容积变化而工作的，所以说泵与马达在工作原理上都有可逆性。实际上由于二者工作状况不同，为了更好地发挥各自工作性能，泵和马达在结构上存在某些差别。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，因而不必具有自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的启动转矩。由于存在这些差别，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。

从转速和转矩范围分，液压马达分为高速液压马达和低速大扭矩马达。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形式有齿轮式、叶片式和轴向柱塞式。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调速和换向灵敏度高。通常高速液压马达输出扭矩不大（仅几十牛·米到几百牛·米），所以又称为高速小扭矩液压马达。低速液压马达的基本形式有轴向式和径向式。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扭矩较大（可达几千牛·米到几万牛·米），所以又称为低速大扭矩液压马达。

2.5.1　高速液压马达

常用高速液压马达的结构与同类型的液压泵相类似。下面以叶片式和轴向柱塞式高速液压马达为例对其工作原理作简单介绍。

1.叶片式液压马达

如图2.27所示为叶片式液压马达的工作原理。当压力油进入压油腔后，在叶片1和叶片3（或叶片5和叶片7）之间时，一侧作用高压油，另一侧作用低压油。由于叶片3（或叶片7）伸出的面积大于叶片1（或叶片5）伸出的面积，因此，作用于叶片3（或叶片7）上的总压力大于作用于叶片1（或叶片5）上的总压力，其压力差使叶片带动转子产生逆时针转矩。在供油量一定的情况下，叶片式液压马达将以确定的转速旋转。位于压油腔的叶片2和叶片6两面同时受压力油作用，因受力平衡对转子不产生转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关，其转速由输入液压马达的流量大小来决定。

叶片式液压马达体积小，转动惯量小，动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合。但其泄漏量较大，低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。

2.轴向柱塞式液压马达

轴向柱塞式液压马达的工作原理如图2.28所示，配流盘4和斜盘1固定不动，马达轴5与缸体2相连接一起旋转。当压力油经配流盘4的窗口进入缸体2的柱塞孔时，柱塞3在压力油作用下外伸，紧贴斜盘1，斜盘1对柱塞3产生一个法向反力F，此力可分解为轴向分力Fx和垂直分力Fy。Fx与柱塞上液压力相平衡。而Fy则使柱塞对缸体中心产生一个转矩，带动马达轴向逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向，则马达轴5按顺时针方向旋转。斜盘倾角α的改变，即排量的变化，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生转矩越大，转速越低。

2.5.2　低速液压马达

低速液压马达通常是径向柱塞式结构，为了获得低速和大转矩，采用高压和大排量，它的体积和转动惯量很大，不能用于反应灵敏和频繁换向的场合。

1.曲柄连杆式液压马达

如图2.29所示为曲柄连杆式液压马达的工作原理，马达由壳体、连杆、活塞组件、曲轴及配流轴组成，壳体1内沿圆周呈放射状均匀布置了五只缸体，形成星形壳体；缸体内装有活塞2，活塞2与连杆3通过球铰连接，连杆大端做成鞍形圆柱瓦面紧贴在曲轴4的偏心圆上，其圆心为O1，它与曲轴旋转中心O的偏心距OO1=e，液压马达的配流轴5与曲轴4通过十字键连接在一起，随曲轴一起转动，马达的压力油经过配流轴通道，由配流轴分配到对应的活塞油缸，在图2.29中，油缸的①、②、③腔通压力油，活塞受到压力油的作用；其余的活塞油缸则与排油窗口接通；根据曲柄连杆机构运动原理，受油压作用的柱塞就通过连杆对偏心圆中心O1作用一个力N，推动曲轴绕旋转中心O转动，对外输出转速和扭矩，如果进、排油口对换，液压马达也就反向旋转。随着驱动轴、配流轴转动，配油状态交替变化。在曲轴旋转过程中，位于高压侧的油缸容积逐渐增大，而位于低压侧的油缸容积逐渐缩小，因此，在工作时高压油不断进入液压马达，然后由低压腔不断排出。

总之，由于配流轴过渡密封间隔的方位和曲轴的偏心方向一致，并且同时旋转，所以配流轴颈的进油窗口始终对着偏心线OO1一边的二只或三只油缸，吸油窗对着偏心线OO1另一边的其余油缸，总的输出扭矩是叠加所有柱塞对曲轴中心所产生的扭矩，该扭矩使得旋转运动得以持续下去。

以上讨论的是壳体固定、轴旋转的情况。如果将轴固定，进、排油直接通到配流轴中，就能达到外壳旋转的目的，构成了所谓的车轮马达。

2.多作用内曲线液压马达

多作用内曲线液压马达的结构形式很多，就使用方式而言，有轴转、壳转与直接装在车轮的轮鼓中的车轮式液压马达等形式，而从内部的结构来看，根据不同的传力方式和柱塞部件的结构也可有多种形式，但是，液压马达的主要工作过程是相同的。现以图2.30为例来说明其基本工作原理。

液压马达由定子（凸轮环）1、转子2、配流轴4与柱塞5等主要部件组成，定子l的内壁由若干段均布的、形状完全相同的曲面组成，每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞向外伸的一边称为进油工作段，与它对称的另一边称为排油工作段，每个柱塞在液压马达每转中往复的次数就等于定子曲面数x，我们将x称为该液压马达的作用次数；在转子的径向有z个均匀分布的柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配油窗口，并与它的中心配流轴4相配合的配油孔相通，配流轴4中间有进油和回油的孔道，它的配油窗口的位置与导轨曲面的进油工作段和回油工作段的位置相对应，所以在配流轴圆周上有2x个均布配油窗口，柱塞5沿转子2上的柱塞孔作往复运动。作用在柱塞上的液压力经滚轮6传递到定子的曲面上。

来自液压泵的高压油首先进入配流轴，经配流轴窗口进入处于工作段的各柱塞缸孔中，使相应柱塞组的滚轮顶在定子曲面上，在接触处，定子曲面给柱塞组一反力N，反力N作用在定子曲面与滚轮接触处的公法面上，此法向反力N可分解为径向力FR和圆周力Fa，FR与柱塞底面的液压力以及柱塞组的离心力等相平衡，而Fa所产生的驱动力矩则克服负载力矩使转子2旋转。柱塞所作的运动为复合运动，即随转子2旋转的同时在转子的柱塞缸孔内作往复运动，定子和配流轴是不转的。而对应于定子曲面回油区段的柱塞作相反方向运动，通过配流轴回油，当柱塞5经定子曲面工作段过渡到回油段的瞬间，供油和回油通道被闭死。若将液压马达的进、出油方向对调，液压马达将反转；若将驱动轴固定，则定子、配流轴和壳体将旋转，通常称为壳转工况，变为车轮马达。