可以看出，液压马达总的输出转矩等于处在马达压力腔半圆内各柱塞 瞬时转矩的总和。由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输 出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的，通常只计算马 达的平均转矩。 2.5.3低速大扭矩液压马达Low speed-high torque Hydraulic Motors 低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构 形式上多为径向柱塞式，其特点是：最低转速低，大约在5~10转/分：输出 扭矩大，可达几万牛顿米：径向尺寸大，转动惯量大。由于上述特点，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三种：它们分别是曲柄连杆马达 (Crank-rod Motor))、静力平衡马达Hydrostatic Balance Motor)和多作用内曲 线马达(Multistroke Motor)。下面分别予以介绍。 2.5.3.1曲柄连杆低速大扭矩液压马达Crank-rod Hydraulic Motor 图2.25曲柄连杆式液压马达的工作原理 曲柄连杆式低速大扭矩液压马达应用较早，国外称为斯达发(Staffa)液 压马达。我国的同类型号为M亿型，其额定压力16MPa,最高压力21MPa 理论排量最大可达6.140rmin。图2.25是曲柄连杆式液压马达的工作原理 马达由壳体、曲柄-连杆-活塞组件、偏心轴及配油轴组成，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 25
25 可以看出，液压马达总的输出转矩等于处在马达压力腔半圆内各柱塞 瞬时转矩的总和。由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输 出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的，通常只计算马 达的平均转矩。 2.5.3 低速大扭矩液压马达 Low speed-high torque Hydraulic Motors 低速大扭矩液压马达是相对于高速马达而言的，通常这类马达在结构 形式上多为径向柱塞式,其特点是：最低转速低，大约在 5~10 转/分；输出 扭矩大，可达几万牛顿米；径向尺寸大，转动惯量大。由于上述特点，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三种：它们分别是曲柄连杆马达 (Crank-rod Motor)、静力平衡马达(Hydrostatic Balance Motor)和多作用内曲 线马达(Multistroke Motor)。下面分别予以介绍。 2.5.3.1 曲柄连杆低速大扭矩液压马达 Crank-rod Hydraulic Motor 图 2.25 曲柄连杆式液压马达的工作原理 曲柄连杆式低速大扭矩液压马达应用较早，国外称为斯达发(Staffa)液 压马达。我国的同类型号为 JMZ 型，其额定压力 16MPa，最高压力 21MPa， 理论排量最大可达 6.140r/min。图 2.25 是曲柄连杆式液压马达的工作原理, 马达由壳体、曲柄-连杆-活塞组件、偏心轴及配油轴组成，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通过球绞连接，连杆大端做成鞍型圆柱瓦面紧贴在曲轴4的 偏心圆上，其圆心为0'，它与曲轴旋转中心o的偏心矩o0=e,液压马达 的配流轴5与曲轴通过十字键连结在一起，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，在图中，油缸的 四、五腔通压力油，活塞受到压力油的作用：在其余的活塞油缸中，油缸 一处过度状态，与排油窗口接通的是油缸二、三；根据曲柄连杆机构运动 原理，受油压作用的柱塞就通过连赶对偏心圆中心0'作用一个力N,推动 曲轴绕旋转中心0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，配流状态交替变化。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 的容积逐渐缩小，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00的一边的二只或 三只油缸，吸油窗对着偏心线0另一边的其余油缸，总的输出扭矩是所 有柱塞对曲轴中心所产生的扭矩的叠加，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。 2.5.3.2静力平衡式低速大扭矩液压马达Hydrostatic Balance Motor 静力平衡式低速大扭矩马达也叫无连杆马达，是从曲柄连杆式液压马 达改进、发展而来的，它的主要特点是取消了连杆，并且在主要摩擦副之 间实现了油压静力平衡，所以改善了工作性能。国外把这类马达称为罗斯 通(Roston)马达，国内也有不少产品，并己经在船舶机械、挖掘机以及石油 钻探机械上使用。 这种液压马达的工作原理用图2.26来说明，液压马达的偏心轴与曲轴 的形式相类似，既是输出轴，又是配流轴，五星轮3套在偏心轴的凸轮上， 在它的五个平面中各嵌装一个压力环4，压力环的上平面与空心柱塞2的
26 塞 2 与连杆 3 通过球绞连接，连杆大端做成鞍型圆柱瓦面紧贴在曲轴 4 的 偏心圆上，其圆心为 o ，它与曲轴旋转中心 o 的偏心矩 oo = e ，液压马达 的配流轴 5 与曲轴通过十字键连结在一起，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，在图中，油缸的 四、五腔通压力油，活塞受到压力油的作用；在其余的活塞油缸中，油缸 一处过度状态，与排油窗口接通的是油缸二、三；根据曲柄连杆机构运动 原理，受油压作用的柱塞就通过连赶对偏心圆中心 o 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，配流状态交替变化。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 的容积逐渐缩小，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 oo 的一边的二只或 三只油缸，吸油窗对着偏心线 oo 另一边的其余油缸，总的输出扭矩是所 有柱塞对曲轴中心所产生的扭矩的叠加，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。 2.5.3.2 静力平衡式低速大扭矩液压马达 Hydrostatic Balance Motor 静力平衡式低速大扭矩马达也叫无连杆马达，是从曲柄连杆式液压马 达改进、发展而来的，它的主要特点是取消了连杆，并且在主要摩擦副之 间实现了油压静力平衡，所以改善了工作性能。国外把这类马达称为罗斯 通(Roston)马达，国内也有不少产品，并已经在船舶机械、挖掘机以及石油 钻探机械上使用。 这种液压马达的工作原理用图 2.26 来说明，液压马达的偏心轴与曲轴 的形式相类似，既是输出轴，又是配流轴，五星轮 3 套在偏心轴的凸轮上， 在它的五个平面中各嵌装一个压力环 4，压力环的上平面与空心柱塞 2 的
底面接触，柱塞中间装有弹簧以防止液压马达启动或空载运转时柱塞底面 与压力环脱开，高压油经配流轴中心孔道通到曲轴的偏心配流部分，然后 经五星轮中的径向孔，压力环，柱塞低部的贯通孔而进入油缸的工作腔内， 在图示位置时，配流轴上方的三个油缸通高压油，下方的两个油缸通低 回油。 图2.26静力平衡式低速大扭矩马达 在这种结构中，五星轮取代了曲柄连杆式液压马达中的连杆，压力油 经过配流轴和五星轮再到空心柱塞中去，液压马达的柱塞与压力环，五星 轮与曲轴之间可以大致做到静压平衡，在工作过程中，这些零件又要起密 封和传力作用。由于是通过油压直接作用于偏心轴而产生输出扭矩，因此， 称作为静力平衡液压马达。事实上，只有当五星轮上液压力达到完全平衡 使得五星轮处于“悬浮”状态时，液压马达的扭矩才是完全由液压力直接产 生的，否则、五星轮与配流之间仍然有机械接触的作用力及相应的摩擦力 矩存在。 2.5.3.3多作用内曲线马达Multistroke Motor 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毂中的车轮式液压马达等型式。而从内部的结构 来看，根据不同的传力方式、柱塞部件的结构可有多种型式，但是，液压 马达的主要工作过程是相同的。现以图2.27为例来说明其基本工作原理
27 底面接触，柱塞中间装有弹簧以防止液压马达启动或空载运转时柱塞底面 与压力环脱开，高压油经配流轴中心孔道通到曲轴的偏心配流部分，然后 经五星轮中的径向孔，压力环，柱塞低部的贯通孔而进入油缸的工作腔内， 在图示位置时，配流轴上方的三个油缸通高压油，下方的两个油缸通低压 回油。 图 2.26 静力平衡式低速大扭矩马达 在这种结构中，五星轮取代了曲柄连杆式液压马达中的连杆，压力油 经过配流轴和五星轮再到空心柱塞中去，液压马达的柱塞与压力环，五星 轮与曲轴之间可以大致做到静压平衡，在工作过程中，这些零件又要起密 封和传力作用。由于是通过油压直接作用于偏心轴而产生输出扭矩，因此， 称作为静力平衡液压马达。事实上，只有当五星轮上液压力达到完全平衡， 使得五星轮处于“悬浮”状态时，液压马达的扭矩才是完全由液压力直接产 生的，否则、五星轮与配流之间仍然有机械接触的作用力及相应的摩擦力 矩存在。 2.5.3.3 多作用内曲线马达 Multistroke Motor 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毂中的车轮式液压马达等型式。而从内部的结构 来看，根据不同的传力方式、柱塞部件的结构可有多种型式，但是，液压 马达的主要工作过程是相同的。现以图 2.27 为例来说明其基本工作原理
AN 图2.27多作用内曲线液压马达的结构原理 液压马达由定子(Cam Ring)1、也称凸轮环、转子(Rotor)2、配流轴 (pintle)4与柱塞组(Leadscrew)3等主要部件组成，定子1的内壁有若干段均 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，其中允许柱塞副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：个均匀分布的 柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配流窗口，并与它的中心配流轴4相配 合的配流孔相通。配流轴4中间有进油和回油的孔道，它的配流窗口的位 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个均布配流窗口。柱塞组3，以很小的间隙置于转子2的柱塞缸 孔中。作用在柱塞上的液压力经滚轮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，使相应的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,这反力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F和圆周力F。,F与柱塞底面的液 压力以及柱塞组的离心力等相平衡，而F。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旋转的同时并 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，当柱塞组3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
28 图 2.27 多作用内曲线液压马达的结构原理 液压马达由定子(Cam Ring)1、也称凸轮环、转子(Rotor)2、配流轴 (pintle)4 与柱塞组(Leadscrew)3 等主要部件组成，定子 1 的内壁有若干段均 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，其中允许柱塞副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流窗口，并与它的中心配流轴 4 相配 合的配流孔相通。配流轴 4 中间有进油和回油的孔道，它的配流窗口的位 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 2 x 个均布配流窗口。柱塞组 3，以很小的间隙置于转子 2 的柱塞缸 孔中。作用在柱塞上的液压力经滚轮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，使相应的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，这反力 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 旋转的同时并 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，当柱塞组 3 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。 除了上述几种典型低速大扭矩马达外，尚有摆线马达等介乎于高速马 达和低速马达中间的液压马达。此处不再赘述
29 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。 除了上述几种典型低速大扭矩马达外，尚有摆线马达等介乎于高速马 达和低速马达中间的液压马达。此处不再赘述