液压马达的发展历程现状以及趋势 车辆工程专业毕业设计文献综述.doc

液压马达的发展历程、现状以及趋势 车辆工程082班 殷丽娟 089054065 摘要：液压马达是液压传动中的一种执行元件。它的功能是把液体的压力能转换为机械能以驱动工作部件。它与液压泵的功能恰恰相反。液压马达在结构、分类和工作原理上与液压泵大致相同。有些液压泵也可直接用作为液压马达。液压马达可分为柱塞马达、齿轮马达和叶片马达。柱塞马达的种类较多，有轴向柱塞马达和径向柱塞马达。轴向柱塞马达大都属于高速马达，径向柱塞马达则多属低速马达。下图有轴向柱塞马达原理图。压力油通过配油盘进入缸体内，迫使柱塞从缸体中伸出，并沿斜盘滑动，使缸体与轴一同旋转而做功，回油通过配油盘的另一开口排出。齿轮马达和叶片马达属于高速马达，它们的惯性和输出扭矩很小，便于起动和反向，但在低速时速度不稳或效率显著降低。液压泵只是单向转动,而液压马达则能正反转,故齿轮马达的进出油口对称，而齿轮泵进口大而出口小。叶片马达的叶片在转子上径向排列；叶片泵的叶片则不是径向排列，而有一定倾角。液压马达是作连续回转运动并输出转矩的液压执行元件。关键词：液压马达 马达种类 液压马达结构 液压马达原理 液压马达主要参数计算 液压马达发展历程、现状以及发展趋势。 概述从20世纪80年代以来,液压马达作为一种液压执行元件在国内外的发展较快,尤其是径向柱塞式低速大扭矩液压马达较之其它类型的液压马达,因为其具有的低速大扭矩和无需减速装置以及结构相对简单、工艺性良好和使用可靠的特点,在冶金机械、矿山机械、起重运输等多为使用。液压马达习惯上是指输出旋转运动的,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置. 看下面的图片 液压马达亦称为油马达，主要应用于注塑机械、船舶、起扬机等。高速马达和齿轮马达具有体积小、重量轻、结构简单、工艺性好、对油液的污染不敏感、耐冲击和惯性小等优点。缺点有扭矩脉动较大、效率较低、起动扭矩较小（仅为额定扭矩的60%70%）和低速稳定性差等。一、液压马达的特点及分类液压马达按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r/min的属于高速液压马达，额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式 和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。 从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况;反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素-密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。 但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类型的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称;液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承;其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。 二、液压马达的工作原理 1.叶片式液压马达 由于压力油作用，受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关，其转速由输入液压马达的流量大小来决定。由于液压马达一般都要求能正反转，所以叶片式液压马达的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油，在回、压油腔通人叶片根部的通路上应设置单向阀，为了确保叶片式液压马达在压力油通人后能正常启动，必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触，以保证良好的密封，因此在叶片根部应设置预紧弹簧。 叶片式液压马达体积小，转动惯量小，动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合，但泄漏量较大，低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。 2.径向柱塞式液压马达 径向柱塞式液压马达工作原理，当压力油经固定的配油轴的窗口进入缸体内柱塞的底部时，柱塞向外伸出，紧紧顶住定子的内壁，由于定子与缸体存在一偏心距。在柱塞与定子接触处，定子对柱塞的反作用力为 。力可分解为 和 两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为p，柱塞直径为d，力和之间的夹角为 X时，力对缸体产生一转矩，使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。 以上分析的一个柱塞产生转矩的情况，由于在压油区作用有好几个柱塞，在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转，并输出转矩。径向柱塞液压马达多用于低速大转矩的情况下。 3.轴向柱塞马达 轴向柱塞泵除阀式配流外，其它形式原则上都可以作为液压马达用，即轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理为，配油盘和斜盘固定不动，马达轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，柱塞在压力油作用下外伸，紧贴斜盘斜盘对柱塞产生一个法向反力p，此力可分解为轴向分力及和垂直分力Q。Q与柱塞上液压力相平衡，而Q则使柱塞对缸体中心产生一个转矩，带动马达轴逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向，则马达轴按顺时针方向旋转。斜盘倾角a的改变、即排量的变化，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生转矩越大，转速越低。 4.齿轮液压马达 齿轮马达在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体外;为了减少启动摩擦力矩，采用滚动轴承;为了减少转矩脉动齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。 齿轮液压马达由干密封性差，容租效率较低，输入油压力不能过高，不能产生较大转矩。并且瞬间转速和转矩随着啮合点的位置变化而变化，因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩的场合。一般用干工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。三 液压马达的主要结构形式与原理1.单作用连杆型径向柱塞马达 如上图连杆马达图、轴配流液压马达图、五角径向马达装配动画所示为单作用连杆型径向柱塞马达工作原理图，其外型呈五角星状。该马达由壳体1、曲轴6、配流轴5、连杆3、柱塞2、和偏心轮4等零件组成。 优点：结构简单，工作可靠。 缺点：体积大、重量大，转扭脉动，低速稳定性较差。 2.多作用内曲线柱塞马达该马达由配流轴1、缸体2、柱塞3、横梁4、滚轮5、定子6和输出轴7等组成。这种马达的排量较单行程马达增大了1倍。相当于有21个柱塞。由于当量柱塞数增加， 在同样工作压力下，输出扭矩相应增加，扭矩脉动率减小。有时这种马达做成多排柱塞，柱塞数更多，输出扭矩进一步增加，扭矩脉动率进一步减小。因此这种马达可做成排量很大，并且可在很低转速成下平稳运转。由于马达需要双向旋转，因此叶片槽呈径向布置。 3.柱塞式高速液压马达柱塞式高速液压马达一般都是轴向式。轴向柱塞马达轴向柱塞泵除阀式配流外，其它形式原则上都可以作为液压马达用，即轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理为，配油盘和斜盘固定不动，马达轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，柱塞在压力油作用下外伸，紧贴斜盘斜盘对柱塞产生一个法向反力，此力可分解为轴向分力及和垂直分力Q。Q与柱塞上液压力相平衡，而Q则使柱塞对缸体中心产生一个转矩，带动马达轴逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向，则马达轴按顺时针方向旋转。斜盘倾角的改变、即排量的变化，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生转矩越大，转速越低。4齿轮液压马达齿轮马达在结构上为了适应正反转要求，进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口将轴承部分的泄漏油引出壳体外；为了减少启动摩擦力矩，采用滚动轴承；为了减少转矩脉动齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。 齿轮液压马达由干密封性差、容租效率较低、输入油压力不能过高、不能产生较大转矩。并且瞬间转速和转矩随着啮合点的位置变化而变化，因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩的场合。一般用干工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。5高速液压马达额定转速高于500r/min的马达属于高速马达。高速马达的基本形式有齿轮式、叶片式和轴向柱塞式。它们主要特点是转速高，转动惯量小，便于启动、制动、调速和换向。6低速液压马达转速低于500r/min的液压马达属于低速液压马达。它的基本形式是径向柱塞式。低速液压马达的主要特点是：排量大，体积大，转速低，可以直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大大简化，低速液压马达的输出扭矩较大，可达几千到几万Nm，因此又称为低速大扭矩液压马达。四 液压马达主要参数计算液压马达主要参数1工作压力与额定压力 工作压力：输入马达油液的实际压力，其大小决定于马达的负载。马达进口压力与出口压力的差值称为马达的压差。额定压力：按实验标准规定，使马达连续正常工作的最高压力。2排量和流量 排量：VM (m/rad) 流量 不计泄漏时的流量称理论流量qMt，考虑泄漏流量为实际流量qM。 3容积效率和转速 容积效率Mv：实际输入流量与理论输入流量的比值， 4转矩和机械效率在不计马达的损失情况下，其输出功率等于输入功率. 实际转矩T：由于马达实际存在机械损失而产生损失扭矩T，使得比理论扭矩Tt小，即马达的机械效率Mm：等于马达的实际输出扭矩与理论输出扭矩的比. 5功率和总效率 马达实际输入功率为pqM，实际输出功率为T. 马达总效率 M：实际输出功率与实际输入功率的比值。五 液压马达回路液压马达有两种回路：即液压马达串联回路和液压马达制动回路，而这两种回路又可以再进行下一层分类 。液压马达串联回路之一：将三个液压马达彼此串联，用一个换向阀控制其开停及转向。三个马达所通过的流量基本相等，在其排量相同时，各马达转速也基本一样，要求液压泵的供油压力较高，泵的流量则可以较小，一般用于轻载高速的场合。液压马达串联回路之二：本回路每一个换向阀控制一个马达，各马达可以单独动作，也可以同时动作，并且各马达的转向也是任意的。液压泵的供油压力为各马达的工作压差之和，适用于高速小扭矩场合。液压马达并联回路之一：两个液压马达通过各自的换向阀与调速阀控制，可同时运转与单独运转，可分别进行调速，并且可做到速度基本不变。不过用节流调速，功率损失较大，两马达有各自的工作压差，其转速取决于各自所通过的流量。液压马达并联回路之二：两个液压马达的轴刚性联接在一起，当换向阀3在左位时，马达2只能随马达1空转，只有马达1输出转矩。若马达1输出扭矩不能满足载荷要求时，将阀3置于右位，此时虽然扭矩增加，但转速要相应降低。 液压马达串并联回路：电磁阀1带电时，液压马达2和3相串联，电磁阀1断电时，马达2和3并联。串联时两马达通过相同的流量，转速比并联时高，而并联时两马达工作压差相同，但转速较低。正文一 液压马达的发展历程19世纪50年代末期，最初的低速大扭矩液压马达是由油泵的一个定转子部件发展而来的，这个部件由一个内齿圈和一个与之相配的齿轮或转子组成。内齿圈与壳体固定能接在一起，从油口进入的油推动转子绕一个中心点公转。这种缓慢旋转的转子通过花键轴驱动输出成为摆线液压马达。这种最初的摆线马达问世后，经过几十年演化，另一种概念的马达也开始形成。这种马达在内置的齿圈中安装了滚子.具有滚子的马达能提供较高的启动与运行扭矩，滚子减少了摩擦，因而提高了效率，即使在很低的转速下输出轴也能产生稳定的输出。通过改变输入输出流量的方向使马达迅速换向，并在两个方向产生等价值的扭矩。各系列的马达都有各种排量的选者，以满足各种速度和扭矩的要求。从1795年世界上第一台水压机诞生，到现在已有200多年的历史。至上世纪5070年代，随着工艺水平的极大提高，液压技术也得到了迅速发展，成为实现现代传动和控制的关键技术，其发展速度仅次于电子技术。特别是近年来流体技术与微电子、计算机技术相结合，使液压与气动技术进入了一个新的发展阶段。据有关资料记载，国外生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%的自动生产线，均采用了液压与气动技术。在国民经济很多领域均需应用液压与气动技术，其水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志之一。 液压与气动技术是利用有压流体（压力油或压缩空气）为介质来实现自动控制和各种机械的传动，它在工业生产的各个领域均有广泛应用，在机械类及近机类高等教育的课程中，已成为一门重要的专业基础课，而且也是一门能直接用于工程实际技术的学科。通过本课程的学习，可以开发学生的智力，培养学生敏锐的观察能力、丰富的想象能力、科学的思维能力以及解决生产实际问题的能力。社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高活塞连杆式径向马达是国外应用较早的一种，国外也成“斯达法”型液压马达，国内型号为JMD型。现在的液压马达在工业生产中采用的越来越少了，现在都采用电机或私服电机。 液压马达的优点在于不易损坏，适合冲击力较大的场合使用，缺点是没有定位精度，需要依靠限位开关来控制其运行。还有就是需要庞大的液压支持。液压马达属于液压件一类，是为车辆与工程机械、冶金机械、机床等配套的重要的机械基础零部件。目前全国液压马达制造企业共有20家，其中合资企业有2家。液压马达主要产品中，柱塞马达产值所占比重最大，摆线马达的产值占总产值的比重为7%。叶片马达占总产值的比重最小。中国的液气行业己从1996年世界排名第9位上升到2000年的第7位,占有比从1.4%上升到1.6%,有了明显发展。但差距仍大,如何在近3-5年内再跃至第5位乃至更前仍我们行业界之所望。液压行业以美国Vickers公司1921年建立为象征，各大工业国于上世纪50年代建立了液气工业协会为标志已经历了大半个世纪。液压在现代化工业发展中已成为不可取代的技术，并成为大多数主机中的关键技术与元件之一。二 液压马达的发展现状 液压马达产品行业与宏观经济周期相关性液压马达-效率均衡 DELTA POWER齿轮马达适用于要求启动速度平稳、且高速加速性能平稳的工况。将齿轮泵中采用的高精度齿轮副先进技术用于齿轮马达制造中，内部采用的滚针轴承，在转速500-4000转/分情况下，均可正常工作。轴封安装内部，采用了一种专利技术的高压密封方式，允许回油背压最高为1.4Mpa。DM系列液压马达经过精心的设计，其特点如下：高强度铸铁外壳，精密加工的储油沟槽，淬火处理的齿轮副和传动轴保证了运转的平稳性，特殊的密封设计允许回油背压最高为1.4Mpa，抗磨轴承可吸收60-70%的起始力矩，推力球轴承可承受轴向和径向力，内置单向阀允许泵正向或反向旋转，最低转速可达300转/分，在低扭矩情况下，最低转速还可更低。应用于物料搬运，农机，清雪车，船用绞盘，各种工业设备和机床，可用来带动泵，风扇，压缩机，切割机等，特别适用于要求启动速度平稳、且高速加速性能平稳的工况。由于该元件设计独特，质量可靠，因此采用该产品可提高设备的整体性能，提高设备耐久性。三液压马达的发展趋势近年来,随着液压技术不断向高压、大功率方向发展及人们对环境保护的日益重视,要求液压执行元件具有噪声低、污染小、运转平稳等特点向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，液压马达主要的发展趋势将集中在以下几个方面： 1减少能耗,充分利用能量-液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。为及时维护液压马达，防止污染对马达寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。 2主动维护液压马达维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术必须要加强液压马达故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压马达故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压马达故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压马达只需修改和增减少量的规则。另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。 3机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压马达柔性化、智能化，改变液压马达效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下：(1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。(2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。(3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。(4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。(5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。液压行业：液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。气动行业：产品向体积小、