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液压马达和液压泵在结构原理上基本相同，也是靠工作腔密封容积的变化而工作的。以转速、转矩的范围分类，可分为高速液压马达和低速大扭矩液压马达。一般认为，额定转速在500r/min以上的为高速液压马达，额定转速在500r/min以下的为低速大扭矩液压马达。高速液压马达有齿轮马达、叶片马达、轴向柱塞马达、螺杆马达等。低速大扭矩液压马达有曲柄连杆马达、静力平衡马达和多作用内曲线马达等。

与液压泵类似，液压马达按排量能否改变可分为定量马达和变量马达。液压马达一般多为双向旋转，也可以用做单向旋转。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。但由于两者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能作为马达使用。

1.工作压力和额定压力

马达入口油液的实际压力称为马达的工作压力，其大小取决于马达的负载。马达入口压力和出口压力的差值称为马达的压差。在马达出口直接接油箱的情况下，为便于定性分析问题，通常近似地认为马达的工作压力等于工作压力差。

马达在正常工作条件下，按试验标准规定连续正常运转的最高压力称为马达的额定压力。

马达入口处的流量称为马达的实际流量q_M。马达密封腔容积变化所需要的流量称为马达的理论流量q_Mt。实际流量和理论流量之差即为马达的泄漏量Δq_Ml，则Δq_Ml＝q_Mq_Mt。

马达的排量V_M是指在没有泄漏的情况下，马达轴每转一周，由其密封容腔几何尺寸变化所计算得到的排出液体体积。

3.容积效率和转速

液压马达的理论流量q_Mt与实际流量q_M之比为马达的容积效率η_MV，即

马达的输出转速n等于理论流量q_Mt与排量V_M的比值，即

4.转矩和机械效率

马达的输出转矩称为实际输出转矩T_M，由于马达中存在机械摩擦，使马达的实际输出转矩T_M小于理论转矩T_Mt，若液压马达的转矩损失为T_Mf，则T_Mf＝T_Mt－T_M。

马达的实际输出转矩TM与理论转矩T_Mt之比称为马达的机械效率η_Mm，即

设马达的进、出口压力差为Δp，排量为VM，则马达的理论输出转矩与泵有相同的表达形式，即

马达的实际输出转矩为

5.功率和总效率

马达的输入功率P_Mi为

马达的输出功率P_Mo为

马达的总效率等于马达的输出功率P_Mo与输入功率P_Mi之比，即

由式（4－8）可见，液压马达的总效率在形式上等同于液压泵的总效率，都等于机械效率与容积效率的乘积。图4－1所示为液压马达的特性曲线。

1.叶片液压马达

图4－2所示为双作用式叶片液压马达工作原理图。处于工作区段（即圆弧区段）的叶片1和叶片3都作用有液压推力，但因叶片3的承压面积及其合力中心的半径都比叶片1大，故产生驱动转矩（其方向如图中箭头所示），同时叶片7和5也产生相同的驱动转矩。处于高压窗口上的叶片2和6，其两侧作用的液压力相同，对它无转矩作用，但通往叶片底部的压力油会产生一定的压紧力，在过渡区段此力的理论反力在定子曲线的法线方向，其分力会对转子体有一转矩作用，而且低压区叶片与高压区叶片的转矩方向相反。考虑到高压区叶片顶部也作用有高压油（其合力比底部略小），压力基本平衡，故高压由压紧力产生的转矩可以忽略。而低压区的这一转矩不能忽略，其方向与工作叶片3的转矩方向相反，马达在此转矩差的驱动下克服摩擦及轴上的负载转矩而转动。

叶片液压马达的排量公式与双作用叶片泵排量公式相同，但公式中叶片槽相对于径向的倾斜角θ＝0°。

为了适应马达正、反转的要求，叶片液压马达的叶片为径向放置，为了使叶片底部始终通入高压油，在高、低油腔通入叶片底部的通路上装有梭阀。为了保证叶片液压马达在压力油通入后能正常启动，在叶片底部设置了预紧弹簧——燕式弹簧。

叶片液压马达结构紧凑、转动惯量小、反应灵敏、能适应较高频率的换向，但泄漏较大，低速时不够稳定。它适用于转动惯量小、转速高、机械性能要求不严格的场合。

2.轴向柱塞马达

轴向柱塞马达的工作原理如图4－3所示。当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞2被顶出，压在斜盘1上。设斜盘1作用在柱塞2上的反力为FN，FN可分解为轴向分力F_a和垂直于轴向的分力F_r。其中，轴向分力F_a和作用在柱塞后端的液压力相平衡，垂直于轴向的分力F_r使缸体3产生转矩。当液压马达的进、出油口互换时，马达将反向转动，当改变马达斜盘倾角时，马达的排量会随之改变，从而可以调节输出转速或转矩。

从图4－4可以看出，当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力Fa为

使缸体3产生转矩的垂直分力F_r为

单个柱塞产生的瞬时转矩T_i为

液压马达总的输出转矩T为

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呈周期性变化，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。

轴向柱塞马达与轴向柱塞泵在原理上是互逆的。但也有一部分轴向柱塞泵为防止柱塞腔在高、低压转换时产生压力冲击而采用非对称配油盘，以及为提高泵的吸油能力而使泵的吸油口尺寸大于排油口尺寸。这些结构形式的泵就不适合做液压马达使用。因为液压马达的转向经常要求正、反转旋转，内部结构要求对称。

轴向柱塞马达的排量公式与轴向柱塞泵的排量公式完全相同。

低速大扭矩液压马达通常是径向柱塞式，其特点是排量大、体积大、低速稳定性好（一般可在10r/min以下平稳运转），因此可以直接与工作机构连接，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输出扭矩大，可达几万牛顿米。由于上述特点，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按其每转作用次数，可分为单作用式和多作用式。若马达每旋转一周，柱塞作一次往复运动，称为单作用式；若马达每旋转一周，柱塞作多次往复运动，称为多作用式。低速大扭矩液压马达的基本形式有三种：曲柄连杆型马达、静力平衡马达和多作用内曲线马达。

1.曲柄连杆型马达

曲柄连杆型马达应用较早，典型代表为英国斯达发（staffa）液压马达。我国的同类型号为JMZ型，其额定压力为16MPa，最高压力为21MPa，理论排量最大可达6.140L/min。

图4－4所示为曲柄连杆型径向柱塞马达的工作原理。该马达由壳体、活塞、连杆、曲轴、配油轴等组成，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，连杆大端做成鞍形圆柱瓦面紧贴在曲轴4的偏心圆上，其圆心为O₁，它与曲轴旋转中心O的偏心矩OO1＝e，液压马达的配油轴5与曲轴4通过十字键连接在一起，随曲轴一起转动，马达的压力油经过配油轴通道，由配油轴分配到对应的活塞油缸。在图中，油缸的①、②、③腔通压力油，活塞受到压力油的作用；其余的活塞油缸则与排油窗口接通；根据曲柄连杆机构运动原理，受油压作用的柱塞就通过连杆对偏心圆中心O₁作用一个力F，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、配油轴的转动，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，然后由低压腔排出。

总之，由于配油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，所以配油轴颈的进油窗口始终对着偏心线OO₁的一边的两只或三只油缸，吸油窗对着偏心线OO1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、排油口直接通到配油轴中，就能达到外壳旋转的目的，构成了所谓的车轮马达。

2.静力平衡马达

静力平衡马达也称无连杆马达，是从曲柄连杆型液压马达改进、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。此种马达的典型代表为英国罗斯通（ruston）马达，国内也有不少此类的产品，并已经在船舶机械、挖掘机及石油钻探机械上使用。

静力平衡马达的工作原理如图4－5所示，液压马达的偏心轴与曲轴的形式相类似，既是输出轴，又是配油轴，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，高压油经配油轴中心孔道通到曲轴的偏心配流部分，然后流经五星轮中的径向孔、压力环、柱塞底部的贯通孔而进入油缸的工作腔内，在图4－6所示位置时，配油轴上方的三个油缸通高压油，下方的两个油缸通低压油。

在这种结构中，五星轮取代了曲柄连杆型液压马达中的连杆，压力油经过配油轴和五星轮再流到空心柱塞中去，液压马达的柱塞与压力环、五星轮与曲轴之间可以大致达到静压平衡，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，称之为静力平衡马达。实际上，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，五星轮与配油轴之间仍然有机械接触的作用力及相应的摩擦力矩存在。

3.多作用内曲线马达

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形式。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形式，但液压马达的主要工作过程是相同的。现以图4－6为例来说明其基本工作原理。

液压马达由定子1（凸轮环）、转子2、配油轴4与柱塞5等主要部件组成，定子1的内壁由若干段均布的、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油窗口，并与它的中心配油轴4相配合的配油孔相通。配油轴4中间有进油和回油的孔道，它的配油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，所以在配油轴圆周上有2x个均布配油窗口。柱塞5沿转子2上的柱塞缸孔作往复运动，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油轴，经配油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，定子曲面给柱塞组作用一反力N，这一个反力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F_a，FR与柱塞底面的液压力及柱塞组的离心力等相平衡，而F_a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，定子和配油轴是不转的。而对应于定子曲面回油区段的柱塞作相反方向运动，通过配油轴回油，当柱塞5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、配油轴和壳体将旋转，通常称之为壳转工况，此时，马达将变为车轮马达。

多作用内曲线马达的排量为

多作用内曲线马达在柱塞数z与作用次数x之间存在一个大于1小于z的最大公约数m时，通过合理设计导轨曲面，可使径向力平衡，理论输出转矩均匀无脉动。同时马达的启动转矩大，并能在低速下稳定地运转，故普遍应用于工程、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。

选择液压马达时，应根据液压系统所确定的压力、排量、设备结构尺寸、使用要求、工作环境等合理选定马达的具体类型和规格。

若工作机构速度高、负载小，宜选用齿轮马达或叶片马达；速度平稳性要求高时，选用双作用叶片马达；当负载较大时，则宜选用轴向柱塞马达。若工作机构速度低、负载大，则有两种选用方案：一种是用高速小扭矩马达，配合减速装置来驱动工作机构；另一种是选用低速大扭矩马达，直接驱动工作机构，到底选用哪种方案，要经过技术、经济比较才能确定。常用液压马达的性能比较如表4－1所示，供选用时参考。