高速馬達(dá)
高速馬達(dá)有齒輪馬達(dá)、葉片馬達(dá)、柱塞馬達(dá)和螺桿馬達(dá)等。高速馬達(dá)的特點(diǎn)是:轉(zhuǎn)速較高,轉(zhuǎn)動慣量小,便于啟動和制動,調(diào)節(jié)和換向靈敏度高,與低速馬達(dá)有很大的區(qū)別。通常高速液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩僅有數(shù)十到數(shù)百?!っ?,轉(zhuǎn)矩不大,所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。
1.齒輪高速馬達(dá)
(1)工作原理 齒輪馬達(dá)的工作原理如圖A所示。圖中P點(diǎn)為兩齒輪的嚙合點(diǎn)。設(shè)齒輪的齒高為h,嚙合點(diǎn)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(dāng)壓力油作用到齒面上時(shí)(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(gè)齒輪上就各有一個(gè)使它們產(chǎn)生轉(zhuǎn)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(zhuǎn),并把液壓油帶到低壓腔隨著輪齒的嚙合而排出,同時(shí)在液壓馬達(dá)的輸出軸上輸出一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。
(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
①齒輪馬達(dá)的進(jìn)、回油通道對稱布置,孔徑相同,以使馬達(dá)正反轉(zhuǎn)時(shí)性能相同。
②齒輪馬達(dá)采用外泄油孔,一般回油也有背壓。
③為適應(yīng)齒輪馬達(dá)正反轉(zhuǎn)的工作要求,泄荷槽等必須對稱布置。
④為減少轉(zhuǎn)動脈動,齒輪馬達(dá)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(dá)多采用滾動軸承。
2.葉片高速馬達(dá)
(1)工作原理雙作用葉片馬達(dá)的工作原理如圖B所示。當(dāng)壓力為p的油液從配油窗口進(jìn)入相鄰葉片間的密封工作腔時(shí),位于進(jìn)油腔的葉片8、4因兩面所受的壓力相同,故不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。位于回油腔的葉片2、6也同樣不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。而位于封油區(qū)的葉片1、5和3、7因一面受進(jìn)油的高壓作用,另一面受回油的低壓作用,故可產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,且葉片1、5的轉(zhuǎn)矩方向與葉片3、7相反,但因葉片1、5的承壓面積大、轉(zhuǎn)矩大,因此轉(zhuǎn)子沿著葉片1、5的轉(zhuǎn)矩方向作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。葉片1、5和3、7產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩差就是液壓馬達(dá)的(理論)輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)定子的長短徑差越大、轉(zhuǎn)子的直徑越大以及輸入的油壓越高時(shí),馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩也越大。當(dāng)改變輸油方向時(shí),液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)。所有的葉片泵在理論上均能作相應(yīng)的液壓馬達(dá)。但由于變量葉片馬達(dá)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,相對運(yùn)動部件多,泄漏較大,容積效率低,機(jī)械特性軟和調(diào)節(jié)不便等原因,葉片馬達(dá)一般都是雙作用式的定量馬達(dá)。其輸出轉(zhuǎn)矩TM決定于輸入的油壓pM,輸出轉(zhuǎn)速nM決定于輸入的流量QM。
(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
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(nèi)表面上,以形成密封工作腔。否則進(jìn)油腔和回油相通,則無法形成油壓,也無法輸出轉(zhuǎn)矩。
②葉片槽是徑向的,可以雙向旋轉(zhuǎn)。
③在殼體中裝有兩個(gè)單向閥,以使葉片底部能始終通壓力油(讓葉片和定子內(nèi)表面壓緊)而不受葉片馬達(dá)回轉(zhuǎn)方向的影響。
3.柱塞式高速馬達(dá)
(1)工作原理柱塞式高速馬達(dá)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(zhuǎn)。當(dāng)壓力油經(jīng)配油盤通入缸孔進(jìn)入柱塞底部時(shí),柱塞受油壓作用而向外頂出,緊緊壓在斜盤面上,這時(shí)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(gè)分力;一個(gè)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(gè)分力是Fy,垂直于柱塞軸線。它們的計(jì)算值分別為
Fx =pd2
Fy=Fxtanγy=pd2 tanγ
分力Fy對缸體軸線產(chǎn)生力矩,帶動缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過主軸(圖中未標(biāo)明)向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,成為液壓馬達(dá)。由圖可見,處于壓油區(qū)(半周)內(nèi)每個(gè)柱塞上的Fy對缸體產(chǎn)生的瞬時(shí)轉(zhuǎn)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(nèi)柱塞對缸體軸心線的瞬時(shí)方位角。
液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩,等于處在壓油區(qū)(半周)內(nèi)各柱塞瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩T′的總和。由于柱塞的瞬時(shí)方位角是變量,使T′也按正弦規(guī)律變化,所以液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩也是脈動的。
若改變液壓馬達(dá)壓力油的輸入方向,則液壓馬達(dá)輸出軸的旋轉(zhuǎn)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(dá)的排量、輸出扭矩和轉(zhuǎn)向發(fā)生變化。
鼓輪又利用拔銷5帶動缸體一起轉(zhuǎn)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(yùn)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(shí),缸體在三個(gè)均布的預(yù)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(bǔ)償。由于采取了這些措施,故容積效率較高。
該液壓馬達(dá)沒有自吸能力,不能作液壓泵使用。