液力变矩器.pdf

1 液力传动原理 以液体为工作介 质 通过液体在循 环流动过程中液体 动能变化来传递动 力 这种传动称为 液力传动 将A B两个电扇相对放置 隔开一段距离 A通 电 B不通电 电扇A转动在两电扇间产生空气流 动 气流冲击电扇B的叶片 使其转动 在两电扇间加一 导管 将气流通 过电扇B后的剩 余能量引到电扇 A的背面 会使 电扇A增益 将电扇A B直接用轴连接起来 电扇A直接驱 动电扇B 动力传递无能量损失 电扇A相当于液力变矩器的泵轮 电扇B 相当于涡轮 导管相当于导环 空气则 相当于工作油液 轴相当于锁止离合器 液力耦合器的构造简图 1 泵轮壳 2 涡轮 3 泵轮 4 输入轴 5 输出轴 6 7 尾部切去一 片的叶片 2 液力耦合器 两个直径相同的叶轮 称工作 轮 由发动机曲轴通过输入轴4 驱动的叶轮3为泵轮 与输出轴5 装在一起的为涡轮2 叶轮内部装有许多半圆形的径向 叶片 在各叶片之间充满工作 液体 工作轮的内腔共同构成圆形或椭 圆形的环状空腔 称为循环 圆 循环圆的剖面图是通过输 入轴与输出轴所作的截面 称轴 截面 液力偶合器的工作原理 工作油液的螺旋形路线 涡轮转动时的油液螺旋路线 当泵轮转速大于涡轮时 泵轮叶 片外缘的液压大于涡轮叶片外缘 的液压 工作液不仅绕泵轮和涡 轮的轴线做圆周运动 而且在上 述压力差的作用下 在循环圆内 部作循环运动 流线形成环形螺 旋线 涡轮转速越高 油液的螺旋形流 线拉得越长 当涡轮和泵轮转速 相同时 两轮离心力相等 油液 沿循环圆流动停止 油液随工作 轮绕轴线作圆周运动 这时 偶 合器不再传递动力 起动时 发动机驱动泵轮旋转 涡轮静止 工 作液产生绕工作轮轴线的圆周运动和循环运 动 液流冲到涡轮叶片上 圆周速度降低到 零 对涡轮叶片产生冲击力 对涡轮作用一个 绕轴线的力矩 使涡轮与泵轮同向旋转 发动机转速增大 作用在涡轮上的扭矩也增 大 当扭矩足以克服起步阻力时 汽车起步 发动机转速继续升高 车速也随之升高 液力耦合器只传递扭矩 而不改变扭矩 大小 必须和变速机构配合使用 液力耦合器不能将发动机和传动系彻底 分离 在采用普通的移动齿轮或接合套 换档方式的齿轮变速器时 在液力耦合 器和变速器之间还要加装离合器 导致 质量增大 纵向尺寸增大 存在液流损失 传动效率低 3 液力变矩器的构造 液力变矩器由泵轮 涡轮和 导轮等三个工作轮及其它零 件组成 泵轮和涡轮都通过 轴承装在壳体上 而导轮则 与壳体固定不动 三个工作 轮都密闭在壳体形成的并充 满油液的空间中 各工作轮中装有弯曲成一定 形状的叶片以利油液的流 动 各工作轮中心部分呈圆 环形 称之为循环圆内环 液力变矩器的三个工作轮 1 泵轮2 涡轮3 导轮 液力变矩器结构简图 1 曲轴 2 齿圈 3 涡轮 4 泵轮 5 循环圆 6 导轮 7 单向离合器 8 涡轮轴 9 单向离合器固定套 10 泵轮轴套 4 变矩器循环圆示意图 通常把轴面 即包含 螺旋轴线的剖面 又 称为子午面 上内环 与外环间的空间称为 变矩器的循环圆 由 循环圆所构成的回转 体空间则是变矩器内 油液进行循环的空 间 工作轮展开 将循 环圆中间流线展成 直线 工作轮成为 三个环形平面 中间流线将液流通 道断面分割成面积 相等的内外两部分 液力变矩器工作轮原理图 a 当n1 常数 n2 0时 b 当n1 常数 n2逐渐增 加时 起动 发动机 泵轮 转速n1 扭 矩M1不变 涡轮转速n2 0 工作液在泵 轮带动下以一定的绝对速度 沿1方向冲向涡轮 涡轮静 止 油液沿叶片 2方向 流出 涡轮 冲向导轮 油液再沿 固定的导轮叶片 3方向 流出 导轮 冲向泵轮 流体受力平衡 M2 M1 M3 涡轮输出扭矩 增大 加速 涡轮转速n2逐渐增加时 液流在 涡轮出口处不仅有沿叶片相对速 度w 还有沿圆周方向的牵连速 度u 冲向导轮叶片的绝对速度v 是二者合成速度 假设泵轮转速不变 则液流在涡 轮出口处相对速度w不变 但涡 轮的转速变化 故牵连速度u变化 冲向导轮绝对速度v将随着牵连速 度u增加而逐渐向左倾斜 使导轮 所受力矩M3逐渐减小 故涡轮所 受力矩M2 M1 M3也逐渐减小 加速 当液流沿导轮出口方向 v方向 冲 向导轮时 M3 0 此时 涡轮扭矩 与泵轮扭矩相等 M1 M2 涡轮转速继续增大 液流绝对速度 方向继续向左倾斜 v 方向 导 轮扭矩方向与泵轮扭矩方向相反 涡轮扭矩减小 为泵轮和导轮扭矩 之差 M2 M1 M3 涡轮转速增大到与泵轮转速相等 时 n2 n1 液体在循环圆内不作 循环流动 不传递扭矩 5 三元件液力变矩器简图 简单的变矩器 只有 泵轮1 涡轮2与导轮3 等三个工作轮 当发动机带动泵轮1旋 转时 油液进入泵轮 叶片间的通道 自b端 流出冲向涡轮2的叶 片 使涡轮转动 再从 涡轮的中心端流出 后 经导轮3进入泵 轮 如此循环实现动 力的传递 1 泵轮2 涡轮3 导轮4 工作轮内环5 涡轮槽 液力变矩器的工作原理 设发动机转速及负荷不变 即变矩器泵轮的转 速n1与力矩M1为常数 根据液力平衡方程 M1 M2 M3 0 即 M2 M1 M3 各工作轮对油液的力矩与油液对工作轮的力矩 大小相等 方向相反 说明油液对涡轮的力矩M2等于泵轮与导轮对 油液的力矩之和 从而实现了变矩功能 液力变矩器的特性参数 特性参数 变矩系数 K M2 M1 传动比 i n2 n1 传动效率 P2 P1 M2 n2 M1 n1 综合式液力变矩器性能曲线 K 偶合器工况转换点 液力变矩器和偶合器的相异点 和偶合器相比 变矩器在结构上多了一 个导轮 由于导轮的作用使变矩器不仅 能传递转矩 而且能在泵轮转矩不变的 情况下 随着涡轮转速的不同 反映工 作机械运行时的阻力 而改变涡轮输 出力矩 液力传动装置的要求 液力传动装置要完成能量转换与传递的 过程 必须具有如下机构 1 容纳输送工作循环液体的密闭工作腔 2 一定数量的带叶片的工作轮及输入输出 轴 实现能量转换和传递 3 满足一定性能要求的工作液体与其辅助装 置 以实现能量的传递并保证正常工作 液力传动的优点 能自动适应外阻力的变化 使车辆能在一定范 围内无级变化输出轴的转矩与转速 当阻力增 加时 自动降低转速 增加转矩 从而提高了 车辆的平均速度 提高了车辆的使用寿命 液力变矩器使用油液 传递动力 泵轮与涡