图2-12直轴式向柱塞泵结构 1一转动于轮2一斜盘3一回程盘4一滑履5一柱塞6一缸体7一配油盘8一传动轴 图2-13伺服变量机构 1一饲芯2一较链3一斜盘4一活塞5一壳体 ②伺服变量机构 图2-13所示为轴向柱塞泵的伺服变量机构，以此机构代替图2-12所示 轴向柱塞泵中的手动变量机构，就成为手动同服变量泵。其工作原理为： 泵输出的压力油由通道经单向阀α进入变量机构壳体的下腔d,液压力作 用在变量活塞4的下端。当与伺服阀阀芯1相连结的拉杆不动时（图示状 态)，变量活塞4的上腔g处于封闭状态，变量活塞不动，斜盘3在某一相应的
20 图 2-12 直轴式向柱塞泵结构 1—转动手轮 2—斜盘 3—回程盘 4—滑履 5—柱塞 6—缸体 7—配油盘 8—传动轴 图 2-13 伺服变量机构 1—阀芯 2—铰链 3—斜盘 4—活塞 5—壳体 ②伺服变量机构 图 2-13 所示为轴向柱塞泵的伺服变量机构,以此机构代替图 2-12 所示 轴向柱塞泵中的手动变量机构，就成为手动伺服变量泵。其工作原理为： 泵输出的压力油由通道经单向阀 α 进入变量机构壳体的下腔 d,液压力作 用在变量活塞 4 的下端。当与伺服阀阀芯 1 相连结的拉杆不动时(图示状 态),变量活塞 4 的上腔 g 处于封闭状态,变量活塞不动,斜盘 3 在某一相应的
位置上。当使拉杆向下移动时，推动阀芯1一起向下移动，d腔的压力油经通 道e进入上腔g。由于变量活塞上端的有效面积大于下端的有效面积，向下 的液压力大于向上的液压，故变量活塞4也随之向下移动，直到将通道e的 油口封闭为止。变量活塞的移动量等于拉杆的位移量、当变量活塞向下移 动时，通过轴销带动斜盘3摆动，斜盘倾斜角增加，泵的输出流入随之增加； 当拉杆带动同服阀阀芯向上运动时，阀芯将通道f打开，上腔g通过卸压通道 接通油箱而压，变量活塞向上移动，直到阀芯将卸压通道关闭为止。它的移 动量也等于拉杆的移动量。这时斜盘也被带动作相应的摆动，使倾斜角减 小，泵的流量也随之相应地减小。由上述可知，伺服变量机构是通过操作液 压伺服阀动作，利用泵输出的压力油推动变量活塞来实现变量的。故加在拉 杆上的力很小，控制灵敏。拉杆可用手动方式或机械方式操作，斜盘可以倾 斜±18”，故在工作过程中泵的吸压油方向可以变换，因而这种泵就成为双 向变量液压泵。除了以上介绍的两种变量机构以外，轴向柱塞泵还有很多种 变量机构。如：恒功率变量机构、恒压变量机构、恒流量变量机构等，这些 变量机构与轴向柱塞泵的泵体部分组合就成为各种不同变量方式的轴向柱 塞泵，在此不一一介绍。 2.5液压马达 液压马达和液压泵在结构上基本相同，并且也是靠密封容积的变化进 行工作的。常见的液马达也有齿轮式，叶片式和柱塞式等几种主要形式： 从转速转矩范围分，可有高速马达和低速大扭矩马达之分。马达和泵在工作 原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。 但由于二者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达 使用。下面首先对液压马达的主要性能参数作一介绍。 25.1液压马达的主要性能参数 ()工作压力(Operating Pressure))和额定压力Rated Pressure) 马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力，马达入口压力和出口 压力的差值称为马达的工作压差。在马达出口直接接油箱的情况下，为便
21 位置上。当使拉杆向下移动时,推动阀芯 1 一起向下移动,d 腔的压力油经通 道 e 进入上腔 g。由于变量活塞上端的有效面积大于下端的有效面积,向下 的液压力大于向上的液压,故变量活塞 4 也随之向下移动,直到将通道 e 的 油口封闭为止。变量活塞的移动量等于拉杆的位移量、当变量活塞向下移 动时,通过轴销带动斜盘 3 摆动,斜盘倾斜角增加,泵的输出流入随之增加; 当拉杆带动伺服阀阀芯向上运动时,阀芯将通道f打开,上腔g通过卸压通道 接通油箱而压,变量活塞向上移动, 直到阀芯将卸压通道关闭为止。它的移 动量也等于拉杆的移动量。这时斜盘也被带动作相应的摆动,使倾斜角减 小,泵的流量也随之相应地减小。由上述可知,伺服变量机构是通过操作液 压伺服阀动作,利用泵输出的压力油推动变量活塞来实现变量的。故加在拉 杆上的力很小,控制灵敏。拉杆可用手动方式或机械方式操作,斜盘可以倾 斜±18°,故在工作过程中泵的吸压油方向可以变换,因而这种泵就成为双 向变量液压泵。除了以上介绍的两种变量机构以外,轴向柱塞泵还有很多种 变量机构。如:恒功率变量机构、恒压变量机构、恒流量变量机构等,这些 变量机构与轴向柱塞泵的泵体部分组合就成为各种不同变量方式的轴向柱 塞泵,在此不一一介绍。 2.5 液压马达 液压马达和液压泵在结构上基本相同，并且也是靠密封容积的变化进 行工作的。常见的液马达也有齿轮式，叶片式和柱塞式等几种主要形式； 从转速转矩范围分,可有高速马达和低速大扭矩马达之分。马达和泵在工作 原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。 但由于二者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达 使用。下面首先对液压马达的主要性能参数作一介绍。 2.5.1 液压马达的主要性能参数 (1) 工作压力(Operating Pressure)和额定压力(Rated Pressure) 马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力，马达入口压力和出口 压力的差值称为马达的工作压差。在马达出口直接接油箱的情况下，为便
于定性分析问题，通常近似认为马达的工作压力等于工作压差。 马达在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为马 达的额定压力。马达的额定压力亦受泄漏和零件强度的制约，超过此值时 就会过载。 (2)流量Flow Rate和排量(Displacement) 马达入口处的流量称为马达的实际流量。马达密封腔容积变化所需要 的流量称为马达的理论流量。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。 马达轴每转一周，由其密封容腔有效体积变化而排出的液体体积称为 马达的排量。 (3)容积效率Volumetric Efficiency)和转速 因马达实际存在泄漏，由实际流量g计算转速n时，应考虑马达的容 积效率(Volumetric Efficiency)7,。当液压马达的泄漏流量为q4i,马达的实 际流量为9=4，+4，则液压马达的容积效率为 n号1号 (2.29) 马达的输出转速等于理论流量(Theoretical Flow Rate)9,与排量 Displacement)'的比值，即 n-4-4n (2.30) (4)转矩和机械效率(Mechanical Efficiency) 因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机械效率。若液压 马达的转矩损失为7，马达的实际转矩为了=了-7，则液压马达的机械 效率为 (2.31） 设马达的出口压力为零，入口工作压力为P,排量为，则马达的理 论输出转矩与泵有相同的表达形式，即 五-兴 (2.32)
22 于定性分析问题，通常近似认为马达的工作压力等于工作压差。 马达在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为马 达的额定压力。马达的额定压力亦受泄漏和零件强度的制约，超过此值时 就会过载。 (2) 流量 Flow Rate 和排量(Displacement) 马达入口处的流量称为马达的实际流量。马达密封腔容积变化所需要 的流量称为马达的理论流量。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量。 马达轴每转一周，由其密封容腔有效体积变化而排出的液体体积称为 马达的排量。 (3) 容积效率 Volumetric Efficiency)和转速 因马达实际存在泄漏，由实际流量 q 计算转速 n 时，应考虑马达的容 积效率(Volumetric Efficiency) v 。当液压马达的泄漏流量为 l q ，马达的实 际流量为 q = qt + ql ，则液压马达的容积效率为 q q q qt l v = = 1− (2.29) 马达的输出转速等于理论流量(Theoretical Flow Rate ) t q 与排量 (Displacement) V 的比值，即 v t V q V q n = = (2.30) (4) 转矩和机械效率(Mechanical Efficiency) 因马达实际存在机械摩擦，故实际输出转矩应考虑机械效率。若液压 马达的转矩损失为 Tf ，马达的实际转矩为 T = Tt − Tf ，则液压马达的机械 效率为 t f t m T T T T = = 1− (2.31) 设马达的出口压力为零，入口工作压力为 p，排量为 V，则马达的理 论输出转矩与泵有相同的表达形式,即 2 pV Tt = (2.32)
马达的实际输出转矩(Torque)为 (2.33) (⑤)功率和总效率： 马达的输入功率为 N,=pq (234) 马达的输出功率为 N。=2mmT (2.35) 马达的总效率为 2.36) 由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效率，等于机械效 率与容积效率的乘积。图2.23是液压马达的特性曲线。 图2,23液压马达的特性曲线 2.5.2高速液压马达High-speed Hydraulic Motors 一般来说，额定转速高于500r/min的马达属于高速马达，额定转速低 于500rmin的马达属于低速马达。 高速液压马达的基本型式有齿轮式(Gcar)、叶片式(Vane)和轴向柱塞式 (Piston)等。它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调 速和换向，通常高速马达的输出转矩不大，最低稳定转速较高，只能满足 高速小扭矩工况。下面以图224所示的轴向柱塞马达为例，说明高速马达 的工作原理，其它形式高速马达可进行类似分析。如图2.24所示，当压力
23 马达的实际输出转矩(Torque)为 m pV T 2 = (2.33) (5) 功率和总效率； 马达的输入功率为 Ni = pq (2.34) 马达的输出功率为 No = 2nT (2.35) 马达的总效率为 v m i o pq nT N N = = = 2 (2.36) 由上式可见，液压马达的总效率亦同于液压泵的总效率，等于机械效 率与容积效率的乘积。图 2.23 是液压马达的特性曲线。 图 2.23 液压马达的特性曲线 2.5.2 高速液压马达 High-speed Hydraulic Motors 一般来说，额定转速高于 500r/min 的马达属于高速马达，额定转速低 于 500r/min 的马达属于低速马达。 高速液压马达的基本型式有齿轮式(Gear)、叶片式(Vane)和轴向柱塞式 (Piston)等。它们的主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调 速和换向，通常高速马达的输出转矩不大，最低稳定转速较高，只能满足 高速小扭矩工况。下面以图 2.24 所示的轴向柱塞马达为例，说明高速马达 的工作原理，其它形式高速马达可进行类似分析。如图 2.24 所示，当压力
油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞2被顶出，压在斜盘1上，设斜盘 1作用在柱塞2上的反力为Fx,Fx可分解为轴向分力F。和垂直于轴向的 分力F,。其中，轴向分力F。和作用在柱塞后端的液压力相平衡，垂直于轴 向的分力F,使缸体3产生转矩。当液压马达的进、出油口互换时，马达将 反向转动，当改变马达斜盘倾角时，马达的排量便随之改变，从而可以调 节输出转速或转矩。 图2.24轴向柱塞马达工作原理 从图2.24可以看出，当压力油输入液压马达后， 所产生的轴向分力 为 E-ip (2.37) 使缸体3产生转矩的垂直分力为 F=fgr=交dptny (2.38) 单个柱塞产生的瞬时转矩为 T=FRsna=dpRtnysino (2.39) 液压马达总的输出转矩 T-立I-p限m空m (2.40) 式中：R-柱塞在缸体的分布圆半径；d-柱塞直径：，一柱塞的方位角： N一压力腔半圆内的柱塞数
24 油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞 2 被顶出，压在斜盘 1 上，设斜盘 1 作用在柱塞 2 上的反力为 FN ， FN 可分解为轴向分力 Fa 和垂直于轴向的 分力 Fr 。其中，轴向分力 Fa 和作用在柱塞后端的液压力相平衡，垂直于轴 向的分力 Fr 使缸体 3 产生转矩。当液压马达的进、出油口互换时，马达将 反向转动，当改变马达斜盘倾角时，马达的排量便随之改变，从而可以调 节输出转速或转矩。 图 2.24 轴向柱塞马达工作原理 从图 2.24 可以看出，当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力 F 为 Fa d p 2 4 = (2.37) 使缸体 3 产生转矩的垂直分力为 tan 4 2 Fr = Fa tg = d p (2.38) 单个柱塞产生的瞬时转矩为 Ti FrR d pR i tan sin 4 sin 2 = = (2.39) 液压马达总的输出转矩 = = = = N i i N i T Ti d pR 1 2 1 tan sin 4 (2.40) 式中：R—柱塞在缸体的分布圆半径；d—柱塞直径； i —柱塞的方位角； N —压力腔半圆内的柱塞数