高速馬達
高速馬達有齒輪馬達、葉片馬達、柱塞馬達和螺桿馬達等。高速馬達的特點是:轉速較高,轉動慣量小,便于啟動和制動,調節(jié)和換向靈敏度高,與低速馬達有很大的區(qū)別。通常高速液壓馬達的輸出轉矩僅有數(shù)十到數(shù)百牛·米,轉矩不大,所以又稱為高速小轉矩液壓馬達。
1.齒輪高速馬達
(1)工作原理 齒輪馬達的工作原理如圖A所示。圖中P點為兩齒輪的嚙合點。設齒輪的齒高為h,嚙合點P到兩齒根的距離分別為a和b。由于a和b都小于h,所以當壓力油作用到齒面上時(如圖中箭頭所示,齒面上兩邊受力平衡部分都未用箭頭表示),在兩個齒輪上就各有一個使它們產生轉矩的作用力:其中作用在下齒輪的力為pB (h-a);作用在上齒輪的力為pB (h-b),p為輸入油液壓力,B為齒寬。在上述力的作用下,兩齒輪按圖示方向回轉,并把液壓油帶到低壓腔隨著輪齒的嚙合而排出,同時在液壓馬達的輸出軸上輸出一定的轉矩和轉速。
(2)結構特點
①齒輪馬達的進、回油通道對稱布置,孔徑相同,以使馬達正反轉時性能相同。
②齒輪馬達采用外泄油孔,一般回油也有背壓。
③為適應齒輪馬達正反轉的工作要求,泄荷槽等必須對稱布置。
④為減少轉動脈動,齒輪馬達的齒數(shù)比齒輪泵的齒數(shù)多。
⑤為了減小摩擦損失,改善啟動性能,齒輪馬達多采用滾動軸承。
2.葉片高速馬達
(1)工作原理雙作用葉片馬達的工作原理如圖B所示。當壓力為p的油液從配油窗口進入相鄰葉片間的密封工作腔時,位于進油腔的葉片8、4因兩面所受的壓力相同,故不產生轉矩。位于回油腔的葉片2、6也同樣不產生轉矩。而位于封油區(qū)的葉片1、5和3、7因一面受進油的高壓作用,另一面受回油的低壓作用,故可產生轉矩,且葉片1、5的轉矩方向與葉片3、7相反,但因葉片1、5的承壓面積大、轉矩大,因此轉子沿著葉片1、5的轉矩方向作順時針方向旋轉。葉片1、5和3、7產生的轉矩差就是液壓馬達的(理論)輸出轉矩。當定子的長短徑差越大、轉子的直徑越大以及輸入的油壓越高時,馬達的輸出轉矩也越大。當改變輸油方向時,液壓馬達反轉。所有的葉片泵在理論上均能作相應的液壓馬達。但由于變量葉片馬達結構較復雜,相對運動部件多,泄漏較大,容積效率低,機械特性軟和調節(jié)不便等原因,葉片馬達一般都是雙作用式的定量馬達。其輸出轉矩TM決定于輸入的油壓pM,輸出轉速nM決定于輸入的流量QM。
(2)結構特點
①葉片底部有彈簧,以保證在初始條件下葉片能緊貼在定子內表面上,以形成密封工作腔。否則進油腔和回油相通,則無法形成油壓,也無法輸出轉矩。
②葉片槽是徑向的,可以雙向旋轉。
③在殼體中裝有兩個單向閥,以使葉片底部能始終通壓力油(讓葉片和定子內表面壓緊)而不受葉片馬達回轉方向的影響。
3.柱塞式高速馬達
(1)工作原理柱塞式高速馬達一般都是軸向式,圖C所示為其工作原理。斜盤1和配油盤4固定不動,缸體3及其上的柱塞2可繞缸體的水平軸線旋轉。當壓力油經(jīng)配油盤通入缸孔進入柱塞底部時,柱塞受油壓作用而向外頂出,緊緊壓在斜盤面上,這時斜盤對柱塞的反作用力為F。由于斜盤有一傾斜角γ,所以F可分解為兩個分力;一個是軸向分力Fx,平行于柱塞軸線,并與柱塞底部油壓力平衡;另一個分力是Fy,垂直于柱塞軸線。它們的計算值分別為
Fx =pd2
Fy=Fxtanγy=pd2 tanγ
分力Fy對缸體軸線產生力矩,帶動缸體旋轉。缸體再通過主軸(圖中未標明)向外輸出轉矩和轉速,成為液壓馬達。由圖可見,處于壓油區(qū)(半周)內每個柱塞上的Fy對缸體產生的瞬時轉矩T′為
T′ =Fyh=FyRsina (a)
式中,h為Fy與缸體軸心線的垂直距離;R為柱塞在缸體上的分布圓半徑;a為壓油區(qū)內柱塞對缸體軸心線的瞬時方位角。
液壓馬達的輸出轉矩,等于處在壓油區(qū)(半周)內各柱塞瞬時轉矩T′的總和。由于柱塞的瞬時方位角是變量,使T′也按正弦規(guī)律變化,所以液壓馬達輸出的轉矩也是脈動的。
若改變液壓馬達壓力油的輸入方向,則液壓馬達輸出軸的旋轉方向與原方向相反;改變斜盤傾角γ的大小和方向,可使液壓馬達的排量、輸出扭矩和轉向發(fā)生變化。
鼓輪又利用拔銷5帶動缸體一起轉動。這樣,推桿和鼓輪承受的顛覆力矩不會傳到配油盤表面上去,同樣柱塞和缸體也只承受軸向力,于是減小了相對運動件之間的不均勻磨損,提高了配油盤表面的密封性能。缸體和輸出軸之間接觸長度很短,使缸體有一定的自位作用,能更好地保證配油盤表面和缸體端面的良好接觸。同時,缸體在三個均布的預緊彈簧4和作用在缸孔底面的液壓力作用下,壓向配油盤表面,保證密封可靠,并使接觸面磨損后能自動補償。由于采取了這些措施,故容積效率較高。
該液壓馬達沒有自吸能力,不能作液壓泵使用。