高速马达
高速马达有齿轮马达、叶片马达、柱塞马达和螺杆马达等。高速马达的特点是:转速较高,转动惯量小,便于启动和制动,调节和换向灵敏度高,与低速马达有很大的区别。通常高速液压马达的输出转矩仅有数十到数百牛·米,转矩不大,所以又称为高速小转矩液压马达。
1.齿轮高速马达
(1)工作原理 齿轮马达的工作原理如图A所示。图中P点为两齿轮的啮合点。设齿轮的齿高为h,啮合点P到两齿根的距离分别为a和b。由于a和b都小于h,所以当压力油作用到齿面上时(如图中箭头所示,齿面上两边受力平衡部分都未用箭头表示),在两个齿轮上就各有一个使它们产生转矩的作用力:其中作用在下齿轮的力为pB (h-a);作用在上齿轮的力为pB (h-b),p为输入油液压力,B为齿宽。在上述力的作用下,两齿轮按图示方向回转,并把液压油带到低压腔随着轮齿的啮合而排出,同时在液压马达的输出轴上输出一定的转矩和转速。
(2)结构特点
①齿轮马达的进、回油通道对称布置,孔径相同,以使马达正反转时性能相同。
②齿轮马达采用外泄油孔,一般回油也有背压。
③为适应齿轮马达正反转的工作要求,泄荷槽等必须对称布置。
④为减少转动脉动,齿轮马达的齿数比齿轮泵的齿数多。
⑤为了减小摩擦损失,改善启动性能,齿轮马达多采用滚动轴承。
2.叶片高速马达
(1)工作原理双作用叶片马达的工作原理如图B所示。当压力为p的油液从配油窗口进入相邻叶片间的密封工作腔时,位于进油腔的叶片8、4因两面所受的压力相同,故不产生转矩。位于回油腔的叶片2、6也同样不产生转矩。而位于封油区的叶片1、5和3、7因一面受进油的高压作用,另一面受回油的低压作用,故可产生转矩,且叶片1、5的转矩方向与叶片3、7相反,但因叶片1、5的承压面积大、转矩大,因此转子沿着叶片1、5的转矩方向作顺时针方向旋转。叶片1、5和3、7产生的转矩差就是液压马达的(理论)输出转矩。当定子的长短径差越大、转子的直径越大以及输入的油压越高时,马达的输出转矩也越大。当改变输油方向时,液压马达反转。所有的叶片泵在理论上均能作相应的液压马达。但由于变量叶片马达结构较复杂,相对运动部件多,泄漏较大,容积效率低,机械特性软和调节不便等原因,叶片马达一般都是双作用式的定量马达。其输出转矩TM决定于输入的油压pM,输出转速nM决定于输入的流量QM。
(2)结构特点
①叶片底部有弹簧,以保证在初始条件下叶片能紧贴在定子内表面上,以形成密封工作腔。否则进油腔和回油相通,则无法形成油压,也无法输出转矩。
②叶片槽是径向的,可以双向旋转。
③在壳体中装有两个单向阀,以使叶片底部能始终通压力油(让叶片和定子内表面压紧)而不受叶片马达回转方向的影响。
3.柱塞式高速马达
(1)工作原理柱塞式高速马达一般都是轴向式,图C所示为其工作原理。斜盘1和配油盘4固定不动,缸体3及其上的柱塞2可绕缸体的水平轴线旋转。当压力油经配油盘通入缸孔进入柱塞底部时,柱塞受油压作用而向外顶出,紧紧压在斜盘面上,这时斜盘对柱塞的反作用力为F。由于斜盘有一倾斜角γ,所以F可分解为两个分力;一个是轴向分力Fx,平行于柱塞轴线,并与柱塞底部油压力平衡;另一个分力是Fy,垂直于柱塞轴线。它们的计算值分别为
Fx =pd2
Fy=Fxtanγy=pd2 tanγ
分力Fy对缸体轴线产生力矩,带动缸体旋转。缸体再通过主轴(图中未标明)向外输出转矩和转速,成为液压马达。由图可见,处于压油区(半周)内每个柱塞上的Fy对缸体产生的瞬时转矩T′为
T′ =Fyh=FyRsina (a)
式中,h为Fy与缸体轴心线的垂直距离;R为柱塞在缸体上的分布圆半径;a为压油区内柱塞对缸体轴心线的瞬时方位角。
液压马达的输出转矩,等于处在压油区(半周)内各柱塞瞬时转矩T′的总和。由于柱塞的瞬时方位角是变量,使T′也按正弦规律变化,所以液压马达输出的转矩也是脉动的。
若改变液压马达压力油的输入方向,则液压马达输出轴的旋转方向与原方向相反;改变斜盘倾角γ的大小和方向,可使液压马达的排量、输出扭矩和转向发生变化。
鼓轮又利用拔销5带动缸体一起转动。这样,推杆和鼓轮承受的颠覆力矩不会传到配油盘表面上去,同样柱塞和缸体也只承受轴向力,于是减小了相对运动件之间的不均匀磨损,提高了配油盘表面的密封性能。缸体和输出轴之间接触长度很短,使缸体有一定的自位作用,能更好地保证配油盘表面和缸体端面的良好接触。同时,缸体在三个均布的预紧弹簧4和作用在缸孔底面的液压力作用下,压向配油盘表面,保证密封可靠,并使接触面磨损后能自动补偿。由于采取了这些措施,故容积效率较高。
该液压马达没有自吸能力,不能作液压泵使用。