液压马达在伺服系统的作用

泵控液压马达速度伺服系统是由变量泵和定量马达组成的传动装置。这种系统的工作原理是通过改变变量泵的斜盘倾角来控制供给液压马达的流量，从而调节液压马达的转速。按其结构形式和控制指令给定方式可分为开环泵控液压马达速度伺服系统(见图51)、带位置环的闭环泵控液压马达速度伺服系统(见图52)和不带位置环的闭环泵控液压马达速度伺服系统(见图53)三种。

(1)开环泵控液压马达速度伺服系统。这是一个用位置闭环系统间接控制马达转速的速度开环控制系统。由于是开环控制，没有速度负反馈，系统受负载和温度的影响大，如当压力从无负载变化到额定负载时，系统流量变化大约8%～12%，故精度很低，只适用于精度要求不高的场合。

为了改善精度，可以采用压力反馈补偿，用压力传感器检测负载压力，作为第二指令输入变量泵伺服机构，使变量泵流量随负载压力的升高而增加，以此来补偿变量泵驱动电机转差和泄漏所造成的流量减少。由于这个压力反馈是正反馈，因此有可能造成稳定性问题，在应用时必须注意。

(2)带位置环的闭环泵控液压马达速度伺服系统。这类系统是在开环控制的基础上，增加速度传感器，将液压马达的速度进行反馈，从而构成速度闭环系统。速度反馈信号与指令信号的差值经调节器加到变量机构输入端，使泵的流量向减小速度误差的方向变化。与开环速度控制系统相比，它增加了一个主反馈通道和一个积分放大器，构成了工型系统，因此其精度远比开环系统高。缺点是系统构成较复杂、成本高、设计难度大。这里斜盘变量机构在系统中可看成积分环节，因此系统的动态特性主要由泵控液压马达决定。此种系统zui有使用价值，因此应用较为广泛。

(3)不带位置环的闭环泵控液压马达速度伺服系统。从图53看出，斜盘位置系统反馈回路仅是速度系统中的一个小闭环，从控制理论的角度看，此小闭环可以“打开”，即去掉位置反馈，此时就构成该系统。因为变量液压缸本身含有积分环节，为了保证系统的稳定性，积分放大器改用比例放大器，系统仍是I型系统。但伺服阀零漂和负载力变化引起的速度误差仍然存在。由于省去了位移传感器和积分放大器，此类系统的结构比带位置环的泵控系统简单。但对斜盘干扰力来说系统是零型系统，因此为了满足同一精度要求，需要很高的开环增益，这不但增加了实现难度，而且引入了噪声干扰。

特点
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zui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。

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。
径向柱塞马达
轴向柱塞马达
斜轴式柱塞马达
斜盘式柱塞马达
低速液压马达
径向柱塞马达
连杆式液压马达是结构简单、工作可靠、品种规格多、价格低。其缺点是体积和重量较大，扭矩脉动较大 。
无连杆式液压马达
摆缸式液压马达
滚柱式液压马达
轴向柱塞马达
双斜盘式柱塞马达
轴向球塞式马达
叶片马达
齿轮液压马达

结构形式
叶片式
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。
径向柱塞式
径向柱塞式液压马达
工作原理，当压力油经固定的配油轴4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。
1.单作用连杆型径向柱塞马达、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。
齿轮马达
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。一般用于工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。
高速马达
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。
低速马达
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。

案例
叶片马达
叶片马达与其他类型马达相比较具有结构紧凑、轮廓尺寸较小、噪声低、寿命长等优点，其惯性比柱塞马达小、但抗污染能力比齿轮马达差、且转速不能太高、一般在200r/min 以下工作。叶片马达由于泄漏较大，故负载变化或低速时不稳定。
摆线马达
19世纪50年代末期，zui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。内齿圈与壳体固定联接在一起，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zui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。