1.5.2 液压马达的工作原理
（1）齿轮液压马达
外啮合齿轮液压马达的工作原理如图1-58所示，C为Ⅰ、Ⅱ两齿轮的啮合点，h为齿轮的全齿高。啮合点C到两齿轮Ⅰ、Ⅱ的齿根距离分别为a和b，齿宽为B。当高压油p进入马达的高压腔时，处于高压腔所有轮齿均受到压力油的作用，其中相互啮合的两个轮齿的齿面只有一部分齿面受高压油的作用。由于h和b均小于齿高h，所以在两个齿轮Ⅰ、Ⅱ上就产生作用力pB（h-a）和pB（h-b）。在这两个力作用下，对齿轮产生输出转矩，随着齿轮按图示方向旋转，油液被带到低压腔排出。
齿轮液压马达的排量为：
V=2πzm2B （1-22）
式中 z——齿数；
m——齿轮模数；
B——齿宽。
图1-58 外啮合齿轮液压马达的工作原理
齿轮马达的结构特点：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。
齿轮液压马达由于密封性差，容积效率较低，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。
（2）叶片液压马达
常用叶片液压马达为双作用式，现以双作用式来说明其工作原理。
叶片液压马达的工作原理如图1-59所示。当高压油p从进油口进入工作区段的叶片1和4之间的容积时，其中叶片5两侧均受压力油p作用不产生转矩，而叶片1和4一侧受高压油p的作用，另一侧受低压油pt的作用。由于叶片1伸出面积大于叶片4伸出的面积，所以产生使转子顺时针方向转动的转矩。同理，叶片3和2之间也产生顺时针方向转矩。由图看出，当改变进油方向时，即高压油p进入叶片3和4之间容积和叶片1和2之间容积时，叶片带动转子逆时针转动。
图1-59 叶片液压马达的工作原理
1～5—叶片
叶片液压马达的排量为：
V=2πB（R2-r2）-2zBS（R-r） （1-23）
式中 R——大圆弧半径；
r——小圆弧半径；
z——叶片数；
B——叶片宽度；
S——叶片厚度。
为了适应马达正反转要求，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，高、低压腔不致串通能正常启动，在叶片底部设置了预紧弹簧——燕式弹簧。
叶片液压马达体积小，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。它适用于转矩小，转速高，机械性能要求不严格的场合。
（3）轴向柱塞马达
轴向柱塞泵除阀式配流型不能作马达用外，配流盘配流的轴向柱塞泵只需将配流盘改成对称结构，即可作液压马达用，因此二者是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理和结构如图1-60所示，配油盘4和斜盘1固定不动，马达轴5与缸体2相连接一起旋转。当压力油经配油盘4的窗口进入缸体2的柱塞孔时，柱塞3在压力油作用下外伸，紧贴斜盘1，斜盘1对柱塞3产生一个法向反力F，此力可分解为轴向分力Fx和垂直分力Fy。Fx与柱塞上液压力相平衡，而Fy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5按顺时针方向旋转，实现换向。改变斜盘倾角α，可改变其排量。这样，在马达的进、出口压力差和输入流量不变的情况下，改变了马达的输出转矩和转速，斜盘倾角越大，产生的转矩越大，转速越低。若改变斜盘倾角的方向，则在马达进出油口不变的情况下，可以改变马达的旋转方向。
图1-60 轴向柱塞马达的工作原理和结构
1—斜盘；2—缸体；3—柱塞；4—配流盘；5—马达轴
轴向柱塞马达的排量为：
V=（πd2/4）Dztanα （1-24）
式中 z——柱塞数；
D——分布圆直径；
d——柱塞直径；
α——斜盘相对传动轴倾角。
（4）单作用连杆型径向柱塞马达
单作用连杆型径向柱塞马达的结构如图1-61所示，其工作原理见图1-62。马达的外形呈五角星状（或七星状），壳体内有五个沿径向均匀分布的柱塞缸，柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴的偏心轮外圆接触。在图1-62（a）位置，高压油进入柱塞缸1、2的顶部，柱塞受高压油作用；柱塞缸3处于与高压进油和低压回油均不相通的过渡位置；柱塞缸4、5与回油口相通。于是，高压油作用在柱塞1和2的作用力F通过连杆作用于偏心轮中心O1，对曲轴旋转中心O形成转矩T，曲轴逆时针方向旋转。曲轴旋转时带动配流轴同步旋转，因此，配流状态发生变化。如配流轴转到图1-62（b）所示位置：柱塞1、2、3同时通高压油，对曲轴旋转中心形成转矩，柱塞4和5仍通回油。如配流轴转到图1-62（c）所示位置，柱塞1退出高压区处于过渡状态，柱塞2和3通高压油，柱塞4和5通回油。如此类推，在配流轴随同曲轴旋转时，各柱塞缸将依次与高压进油和低压回油相通，保证曲轴连续旋转。若进回油口互换，则液压马达反转，过程同上。
图1-61 单作用连杆型径向柱塞马达的结构
1—柱塞；2—壳体；3—连杆；4—挡圈；5—曲轴；6—滚柱轴承；7—配流轴；8—卡环
图1-62 单作用连杆型径向柱塞马达的工作原理
1～5—柱塞缸
这是壳体固定、曲轴旋转的情况。若将曲轴固定，进回油口直接接到固定的配流轴上，可使壳体旋转。这种壳体旋转马达可作驱动车轮、卷筒之用。
单作用连杆型径向柱塞马达的排量V为：
（1-25）
式中 d——柱塞直径；
e——曲轴偏心距；
z——柱塞数。
单作用连杆型径向柱塞马达的优点是结构简单，工作可靠。缺点是体积和重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。近几年来，因其主要摩擦副大多采用静压支承或静压平衡结构，其低速稳定性有很大的改善，最低转速可达3r/min。
（5）多作用内曲线径向柱塞马达
多作用内曲线径向柱塞马达的典型结构如图1-63所示。壳体1的内环由x个（图1-63中x=6）形状相同均布的导轨面组成。每个导轨面可分成对称的a、b两个区段。缸体2和输出轴3通过螺栓连成一体。柱塞4、滚轮组5组成柱塞组件。缸体2有z个（图1-63中z=8）径向分布的柱塞孔，柱塞4装在孔中。柱塞顶部做成球面顶在滚轮组的横梁上。横梁可在缸体径向槽内沿直径方向滑动。连接在横梁端部的滚轮在柱塞腔中压力油作用下顶在导轨曲面上。
图1-63 多作用内曲线径向柱塞马达的典型结构
1—壳体；2—缸体；3—输出轴；4—柱塞；5—滚轮组；6—配流轴
配流轴6圆周上均匀分布2x个配油窗口（图1-63中为12个窗口），这些窗口交替分成两组，通过配流轴6的两个轴向孔分别和进回油口A、B相通。其中每一组2个配油窗口应分别对准x个同向曲面的a段或b段。若导轨曲面a段对应高压油区，则b段对应低压油区。如图所示，柱塞Ⅰ、Ⅴ在压力油作用之下；柱塞Ⅲ、Ⅶ处于回油状态；柱塞Ⅱ、Ⅵ、Ⅳ、Ⅷ处于过渡状态（即高、低压油均不通）。柱塞Ⅰ、Ⅴ在压力油作用下，推动柱塞向外运动，使滚轮紧紧地压在导轨曲面上。滚轮受到一法向反力N，它可以分解为径向分力Fr和切向分力Ft。其中径向分力Fr与柱塞端液压作用力相平衡，而切向分力Ft通过柱塞对缸体2产生转矩，带动输出轴3转动，同时，处于回油区柱塞受压缩后，将低压油从回油窗口排出。由于导轨曲线段x和柱塞数z不相等，所以总有一部分柱塞在任一瞬间处于导轨面的a段（相应的总有一部分柱塞处于b段），使得缸体2和输出轴3连续转动。
总之，有x个导轨曲面，缸体旋转一转，每个柱塞往复运动x次，马达作用次数就为zx次。
图1-63所示为六作用内曲线径向柱塞马达。由于马达作用次数多，并可设置较多柱塞（也可设多排柱塞结构），这样，较小的尺寸可得到较大的排量。
当马达的进、回油口互换时，马达将反转。这种马达既可做成轴旋转结构，也可做成壳体旋转结构。
多作用内曲线径向柱塞马达的排量为：
（1-26）
式中 d——柱塞直径；
s——柱塞行程；
x——作用次数；
y——柱塞排数；
z——每排柱塞数。
多作用内曲线径向柱塞马达在柱塞数z与作用次数x之间存在一个大于1且小于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，故普遍应用于石油、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等行业。