單作用式徑向柱塞馬達(dá)的工作原理

    由于目前已有的徑向柱塞馬達(dá)主要有兩大類，即單作用式和多作用式，故以下分別介紹它們的工作原理。

    (1)單作用式徑向柱塞馬達(dá)的工作原理  如圖O所示，曲軸連桿式徑向柱塞馬達(dá)沿殼體1的圓周放射狀均勻布置了五個(gè)（或七個(gè)）缸，缸中的柱塞2通過球鉸與連桿3相連接，連桿端部與曲軸4的偏心輪（偏心輪的圓心為O₁，曲軸旋轉(zhuǎn)中心為O，兩者的偏心距為e）相接觸，曲軸的一端為輸出軸，另一端則通過十字聯(lián)軸器與配流軸5連接。配流軸上“隔墻”兩側(cè)分別為進(jìn)油腔和排油腔。

    來自油源的高壓油進(jìn)人馬達(dá)進(jìn)油腔后，通過殼體的槽①、②、③引入相應(yīng)的柱塞缸①、②、③中。高壓油產(chǎn)生的液壓力P作用于柱塞頂部，并通過連桿傳遞到曲軸的偏心輪上。例如柱塞缸②作用于偏心輪上的力為N，這個(gè)力的方向沿著連桿的中心線，指向偏心輪的中心O₁。作用力N可分解為法向力F_f（作用線與連心線001重合）和切向力F。切向力F對(duì)于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心0產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使曲軸繞中心線0逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。柱塞缸①和③也與此相似，只是它們相對(duì)于主軸的位置不同，所以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的大小與缸②不同。曲軸旋轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)矩，等于與高壓腔相通的柱塞缸（在圖O所示情況下為①、②和③）所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，缸①、②、③的容積增大，④、⑤的容積變小，油液通過殼體油道④、⑤經(jīng)配流軸5的排油腔排出。

     當(dāng)配流軸與曲軸同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度后，配流軸“隔墻”封閉了油道③，此時(shí)缸③與高、低壓腔均不相通，缸①和②通高壓油，使馬達(dá)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，缸④和⑤排油。由于配流軸隨曲軸一起旋轉(zhuǎn)，進(jìn)油腔和排油腔分別依次地與各個(gè)柱塞接通，從而保證曲軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。一轉(zhuǎn)中每個(gè)柱塞往復(fù)進(jìn)油和排油一次。其他單作用式馬達(dá)的工作原理與此大同小異。

單作用式徑向柱塞馬達(dá)的工作原理應(yīng)注意以下要點(diǎn)。

①變量及固定方式  將馬達(dá)進(jìn)、排油口交換后，可實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的反轉(zhuǎn)。若將偏心環(huán)與馬達(dá)的輸出軸分開，并采取措施使偏心距可以調(diào)節(jié)，即能達(dá)到改變馬達(dá)排量的目的，就制成了變量馬達(dá)。

②固定方式  圖O所示馬達(dá)為殼體固定，故又稱為軸轉(zhuǎn)馬達(dá)；若將曲軸固定，則可制成殼轉(zhuǎn)馬達(dá)。殼轉(zhuǎn)馬達(dá)特別適宜安裝在卷揚(yáng)滾筒中應(yīng)用，或安裝在車輛的車輪輪轂上直接驅(qū)動(dòng)車輪，成為車輪馬達(dá)。

③配流副  圖O所示馬達(dá)為軸配流。由于配流軸的一側(cè)為高壓腔，另一側(cè)為低壓腔，故配流軸工作過程受到很大的徑向力，此徑向力將配流軸推向一側(cè)，而使另一側(cè)間隙加大，造成滑動(dòng)表面的磨損和泄漏量的增加，致使效率下降。為此，常采取開設(shè)對(duì)稱平衡油槽的措施以平衡徑向力。如圖P所示為采用密封環(huán)密封的靜壓平衡配流軸，正中的C-C窗孔是配流窗孔，B-B和D-D上的環(huán)形槽分別是進(jìn)油和回油窗孔，A-A和E-E是靜壓平衡半圓環(huán)形槽。假定各密封環(huán)分別放置在密封帶的正中。若進(jìn)、出油方向如圖P中箭頭所示，各孔標(biāo)有符號(hào)P的都是高壓腔，標(biāo)有符號(hào)T的都是低壓腔。可見， B-B和D-D圓周方向的壓力都相同，沒有徑向力產(chǎn)生；C-C窗孔剖面的上腔與進(jìn)油口相通，是高壓側(cè)，下腔與回油口相通，是低壓側(cè)，因此使配流軸受到很大的徑向力。為了平衡這個(gè)徑向力，在配流軸兩端設(shè)置半圓環(huán)形平衡油槽A-A和E-E，使其上腔通高壓油，為了減小泄漏，各腔之間設(shè)有密封環(huán)。為了保證上、下兩側(cè)靜壓平衡，配油窗口和平衡油槽的相關(guān)尺寸應(yīng)滿足如下關(guān)系式：

                            a+e=2(b+c)                      (5-4)

式中a——配流窗口寬度；

b——平衡油槽的密封帶寬度；

c——平衡油槽寬度；

e——配流窗口的密封帶寬度。

這種靜壓平衡的配流軸，由于徑向力得到平衡，所以摩擦力很小，提高了機(jī)械效率，同時(shí)縮小了配流軸與配流套的徑向間隙，減小了泄漏，提高了容積效率。在正常工作范圍內(nèi)，總效率在85%～90%之間。

圖Q所示為曲軸連桿液壓馬達(dá)的端面配流結(jié)構(gòu)。曲軸13通過方形頭12帶動(dòng)配流盤4與壓盤2同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)配流。啟動(dòng)或空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)靠片彈簧（碟形彈簧）3使配流盤和壓盤貼緊缸體11與端蓋，設(shè)計(jì)時(shí)保證貼緊力大于配流盤與缸體間的分離力，工作時(shí)由液壓實(shí)現(xiàn)貼緊。但這一結(jié)構(gòu)因分離力與貼緊力不重合而使配流盤存在傾側(cè)力矩。通過采用靜壓平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使端面配流副實(shí)現(xiàn)理論上完全平衡。

應(yīng)當(dāng)指出，為了提高液壓馬達(dá)的可靠性和性能，使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢之一是采用端面配流副。

④連桿副  除了配流副外，曲軸連桿液壓馬達(dá)的性能在很大程度上取決于連桿運(yùn)動(dòng)副。連桿球鉸副的典型結(jié)構(gòu)如圖R所示。它由連桿4的球頭與柱塞2的球窩，連桿滑塊5的底部與曲軸（偏心輪）6兩對(duì)摩擦副組成。連桿滑塊底部與曲軸（偏心輪）間早期為金屬接觸，滑塊底部澆鑄耐磨合金，以減小摩擦力。有的馬達(dá)曲軸（偏心輪）上裝有滾子軸承，用滾動(dòng)摩擦替代滑塊底部與偏心輪間的滑動(dòng)摩擦；目前多數(shù)馬達(dá)在該處設(shè)計(jì)成靜壓平衡或靜壓支承。滑塊底部設(shè)置油室，壓力油通過連桿中心阻尼器進(jìn)入底部油室。工作中滑塊不浮起，油室中液體壓力平衡大部分柱塞推力，并使摩擦副得到良好潤滑。