液力液力机械传动PPT课件

1 2 液力机械传动是由液力变矩器或液力偶合器和用以改变 或扩大 液力元件性能的机械元件 行星齿轮机构 结合起来的一种复合传动装置 如图5 1所示 它具有液力传动的无级变速 变矩和自动适应性的优点 由于装有机械元件 扩大了性能和应用范围 但结构复杂 抗振性能有所削弱 图5 1液力机械变矩器 3 5 1液力机械传动的类型与特点5 1 1液力机械传动的类型液力机械传动在输入端有功率分流 在输出端有功率合流 从功率的流向上看 液力机械传动有以下几种不同类型 液力机械传动 功率外分流 功率内分流 复合分流 分流行星排 在输入端分流 合流行星排 在输出端合流 导轮传递功率 导轮与涡轮分流 多涡轮传递功率 两独立涡轮分流 功率分流内外兼有 4 第一类传动装置 其传动功率的流向 在输入端 R 与输出端 C 之间存在液力元件和机械元件两条平行的支路 如图5 2a所示 图中 Y J YJ 分别表示液力元件 机械元件和液力机械传动元件 也称这种传动为外分流式液力机械传动 图5 2a液力机械传动的功率分流示意 5 第二类传动装置是在液力元件内部存在功率分流 然后借助于机械元件实现汇流输出 此称之为内分流式液力机械传动 第三类传动装置 其功率呈串流式全部通过液力元件和机械元件 具体是在液力传动上串联一个机械变速器 如图5 2b所示 此外 还有内 外分流兼而有之的液力机械传动系统 图5 2b液力机械传动的功率分流示意 6 在液力机械传动中 机械元件有采用行星传动的 也有采用定轴式多轴变速器的 如图5 3上海32吨自卸汽车传动系统简图所示 该系统有三个前进档和一个倒车档 所有传动齿轮都处于经常啮合的状态 每个前进档只经过一对齿轮传输动力 在每一档位的啮合齿轮中 都有一个齿轮是空套在转动轴上并通过摩擦离合器与传动轴联接 在需要换入该档时 操纵液压控制系统 可使相应的多片式离合器接合 齿轮与轴即可一体旋转 离合器松脱 该档退出传动工作状态 在很多工程机械行走系统中广泛采用这类传动装置 7 图5 3上海SH380 32吨自卸汽车液力机械传动系简图 8 5 1 2液力机械传动的应用与特点以液力机械传动装置在坦克上的应用说明其工作特点 坦克作为战斗车辆 既不同于火车行驶在轨道上 也不同于汽车行驶在公路上 它在十分复杂的路面行驶时 遇到沟壑土丘 残垣断壁 水渠田垄等都要跨越而过 因此 坦克遇到的阻力变化很大 必须在坦克的发动机之后 配上一套增力变速机构 以扩大发动机输出牵引力的变化范围和转速的变化范围 虽然机械传动装置传动效率高 且结构简单 但操作性能不如液力机械传动装置 例如像坦克行驶时 驾驶员要根据地面阻力的变化 不断地换档 为减少换档次数 减小驾驶员操作的疲劳强度 世界各国多数主战坦克采用液力机械传动装置 在发动机与变速器之间安装了一个液力变矩器 以增强适应地面阻力变化的能力 9 然而 液力机械传动装置存在效率低的情况 如最初装在M46坦克上的CD 850传动装置的液力变矩器不是带闭锁离合器的 无论坦克在复杂地面上的低速行驶 还是在公路上的高速行驶 发动机动力都要经过液力变矩器 因此传动效率低 燃油消耗量大 车辆的牵引性能代表其动力性能的好坏 液力机械传动中 由于液力变矩器能实现连续地自动换档 因而加速性能可得到极大的提高 故牵引性能好 车辆的机动性能主要是指随路面条件的变化而快速反应的能力 液力机械传动 由于其自动适应性好 即使车速再低 甚至停车 也不会出现发动机熄火现象 在换档时 由于液力机械传动采用液压控制来实现 没有齿轮的移动 也不必切断动力 这就扩大了车辆行驶的速度范围 提高了车辆的平均行驶速度和加速性能 故机动性能好 10 在液力机械传动中 由于在纯液力传动的基础上增加了一级机械传动 故液力机械传动既提高了纯液力传动的经济性 又具备了机械传动的优点 故综合经济性较好 由于液力传动是非刚性连接 可起到保护发动机和传动装置的作用 避免由于振动引起的相互间的附加载荷 因而大大提高了零件的使用寿命 液力机械传动中 不装主离合器 换档也不必切断动力 且采用液压动力换档 既简化了操作 又使操作轻便 使驾驶员在体力上 精神上都不致引起过度的疲劳 对提高车辆安全行驶十分有利 因而其操纵性能较好 综上所述 在提高车辆的安全行驶方面 液力机械传动有着其明显的优势 是一种较为先进的传动装置 已在世界各国广泛应用 也是我国车辆传动装置的发展方向 11 5 2行星齿轮机构的传动常识行星齿轮机构结构紧凑 动力运输能力强 传动效率高 便于行驶中换档 尤其是其工作主构件具有同一个旋转轴线 可以方便地与液力元件的泵轮和涡轮相连 因而常作为理想的机械元件与液力装置组合成液力机械传动系统 液力机械传动中 常用行星齿轮传动机构有单行星排 双行星排和复合行星排三种 如图5 4所示 1 简单行星排 单排 单行星 内外啮合式行星齿轮机构 图5 4a 图5 4用于分流 合流的行星排a 简单行星排 12 2 双行星排 单排 双行星 内外啮合式行星齿轮机构 图5 4b b 双行星排 图5 4用于分流 合流的行星排 13 3 复合行星排 单排 双联行星外啮合式行星齿轮机构 图5 4c c 复合行星排 图5 4用于分流 合流的行星排 14 表示行星齿轮传动机构的结构性能参数称为行星机构的特性参数 对于简单行星排和双行星排 等于齿圈和太阳轮的齿数比 式中 齿圈的齿数 太阳轮的齿数 对于复合行星排 15 简单行星排三构件在六种不同连接方案下传动比计算公式见表5 1 表5 1行星排构件不同连接方案下的传动比计算公式 16 5 3外分流液力机械传动图5 5为外分流式液力机械传动框图 输入总功率流一分为二 其中一路功率流通过液力变矩器 而另一路功率流则直接通过机械传动 行星齿轮机构 输入功率在输入轴分流 然后双流功率在输出轴处汇合 图5 5外分流式液力机械传动框图 17 图5 6为功率外分流式的液力机械复合传动方案 其中5 6a是行星排在输入端的一般原理 图5 6b c是行星排在输入端的两个可实现的方案 行星排的行星架为主动件 图5 6功率外分流式液力机械传动方案 18 图5 6d是行星排在输出端的一般原理 图5 6e f是可实现的方案 行星架j为输出的被动件 这种外分流式的液力机械传动用于动力机与工作机之间 如高级轿车 重型汽车及工程机械上 19 美国卡特皮勒 Caterpillar 公司在184 331kW轮式牵引车传动系统中采用了外分流式液力机械变矩器 其传动装置运动学简图如图5 7所示 该传动装置是由输入端的行星排闭锁离合器C 制动器B 离心涡轮式单级三叶轮液力变矩器和单向离合器M所组成 单向离合器可使输出轴2在转速高于涡轮轴时 二者松脱联接 图5 7轮式牵引车的传动装置 20 液力机械变矩器有如下三种工况 1 闭锁离合器C和制动器B同时松脱 液力变矩器正常工作 液力机械传动装置处于分流传动状态 用于轮式牵引车的低速作业工况 2 闭锁离合器C松脱 制动器B结合 此时行星排成为一个传动比i21 1 4 3的机械增速器 液力变矩器停止转动 涡轮借助于单向离合器与输出轴松脱 这种纯机械增速传动适用于轮式车辆的运输作业工况 3 闭锁离合器C结合 制动器B松脱 由于液力变矩器泵轮处于旋转状态 涡轮除了在启动的瞬间可能与输出轴不同步外 持续运转时也都与输出轴一起旋转 这种直接传动工况适合拖车启动工况或车辆高速下坡行驶时作动力制动使用 21 液力机械变矩器在分流传动工况时 其主要参数为i21 K21 21 1 nB MB和PB 根据这些主要参数 液力传动有如下特点 1 液力变矩器在牵引工况下 液力机械变矩器也处于牵引工况 2 在整个工况区 液力机械变矩器均以功率分流方式工作 可获得较之纯液力传动更高的效率值 即 3 启动工况时泵轮传递全部功率 而当时 泵轮传递功率减少为 4 能容系数显著增大 启动力矩也显著增大 5 正透穿性大大增加 22 5 4内分流液力机械传动功率内分流液力机械变矩器的机械传动部分 行星齿轮机构 放在变矩器之外 如图5 8所示 其功率分流是在液力变矩器内部实现的 功率由泵轮输入 而由两个或两个以上独立旋转的叶轮分别传递一部分功率 最后通过机械传动机构将叶轮的输出功率汇流输出 a b 图5 8功率内分流的液力机械变矩器 23 5 4 1强制导轮旋转型的内分流液力机械变矩器强制导轮旋转的变矩器是由涡轮和强制旋转的导轮共同传递泵轮输入的功率 图5 8a 根据被强制旋转导轮的转向又可分为强制导轮正转和强制导轮反转的内分流液力机械变矩器 强制导轮反转的内分流液力机械变矩器能提高低转速比范围内的变矩系数 强制导轮正转的内分流液力机械变矩器则可提高高转速比范围的效率 现以瑞典SRM公司的DS型强制导轮反转的液力机械变矩器为例 说明其结构与工作特点 图5 9为该装置的运动学简图和原始特性曲线 它是这一类液力机械传动中较有代表性的一种装置 并得到了成功的应用 24 图5 9DS型内分流液力机械变矩器运动学简图 25 DS型液力机械变矩器有下列三种工况 1 导轮反转工况 在工况区 制动器B2制动 制动器B1和闭锁离合器C分离时 2 导轮固定工况 在工况区 制动器B1制动 制动器B2和闭锁离合器C分离时 3 直接传动工况 当时 制动器B1 B2分开 导轮成为自由轮而浮动 闭锁离合器C接合 26 5 4 2多涡轮的内分流液力机械变矩器多涡轮内分流液力机械变矩器的导轮固定不动 功率的分流和传递通过两个以上独立旋转的涡轮来实现 图5 8b 传递功率的涡轮有双涡轮和多涡轮两种 应用多涡轮液力机械变矩器的目的在于能够获得高的零速变矩系数 扩宽高效范围 有时 多涡轮液力机械变矩器可能只有一个涡轮工作 其它涡轮则自由旋转 此时 多涡轮液力机械变矩器将按一般的单涡轮液力变矩器工作 27 现以ZL50型装载机用的双涡轮液力机械变矩器为例 简要介绍这类变矩器的结构和工作特点 图5 10 28 ZL50装载机用双涡轮液力机械变矩器有以下几种工作状态 起步工况时 主要是第一涡轮TI工作 第二涡轮TII则根据结构不同可能有几种不同工况 液流对涡轮作用的力矩为负力矩 零力矩和正力矩 在负力矩时 结构上应保证第二涡轮退出工作 以提高启动时的变矩系数 由于第二涡轮与输出轴刚性连接 不能退出工作 因此要求叶片应保证高转速比工作有较高效率 而低转速比时 不致产生负力矩 起步工况后 第一涡轮TI转速提高 由第一涡轮流出的液流冲向第二涡轮TII叶片的工作面 液流对第二涡轮产生正力矩 在i21 0 0 525区段 是两个涡轮共同输出功率的工作范围 但第二涡轮的力矩是逐渐增大的 第一涡轮的力矩将逐渐减小 直至退出工作 29 5 4 3复合分流的液力机械变矩器这是一种兼有内外分流工作特点的液力机械变矩器 实际上是一种双涡轮内分流液力变矩器 第一涡轮TI 即循环涡轮 的部分功率通过行星排传动 以循环的方式返回液力变矩器的泵轮 泵轮B 循环涡轮TI及行星排之间构成一个外分流液力机械变矩器 图5 11 图5 11复合分流液力机械变矩器一般形式 30 现以VKD复合分流液力机械变矩器为例 介绍其结构与工作特点 VKD液力机械变矩器是由液力变矩器 单排单行星齿轮机构 差速器及两个单向联轴器组成 如图5 12所示 液力变矩器有四个工作轮 除泵轮B和导轮D外 还有两个独立工作的涡轮TI和TII 第一涡轮TI的叶片是可旋转的 它的转动角度由液力变矩器内循环液流的作用力矩与安装在叶片下部的重锤的离心力矩共同来调节 a b 图5 12复合分流液力机械变矩器a 结构简图b 原始特性曲线 31 VKD液力变矩器有三种工况 液力机械变矩器工况 第一种工况是第一涡轮TI输出功率的工况 只要第一涡轮输出功率 液力机械变矩器就一定是复合分流 这种工况在低转速范围内 普通液力变矩器工况 第二种工况是第一涡轮TI输出功率为零的工况 此工况在中 高转速比范围内 液力偶合器工况 当转速比进一步提高时 导轮D的力矩变向 楔紧导轮D的单向联轴器M2松脱 呈液力偶合器工况 32 5 5自动变速器自动变速器是自动判断行驶状况 自动选择传动比 自动换档的变速器 相比纯机械变速器 由于采用了液力变矩器 在车起步换档时具有平稳 无振动 操作简单 省时 省力等优点 大大减轻了劳动强度 可使发动机和传动系的磨损减少 延长了使用寿命 图5 13自动变速器结构示意图 33 5 5 1自动变速器的结构与工作原理自动变速器与普通齿轮式变速器在结构和原理上差别非常大 不同的自动变速器结构也不尽相同 但其总体结构是一样的 自动变速器包括液力变矩器 行星齿轮机构 换档执行机构 换档控制 操纵机构和冷却系统等 图5 13是一典型的自动变速器结构示意图 图5 13自动变速器结构示意图 34 1 液力变矩器液力变矩器是液力自动变速器的重要部件 它的前端与发动机飞轮相连接 输出端与行星轮变速器输入轴相连 发动机的动力经液力变矩器传入行星齿轮变速器 实现发动机与变速器 软 连接 从而大大减少传动机构的动载荷 延长发动机的变速器的使用寿命 同时也可以在一定范围内实现无级变速 2 行星齿轮机构行星齿轮变速器是液力自动变速器的变速机构 它由行星齿轮排及其必要的操纵元件组成 3 换档执行机构换档执行机构是通过分配行星齿轮组各个元件的承担角色 输入 输出 固定 而实现换档操作 4 换档控制机构自动变速器的控制系统主要是液压系统 35 5 冷却系统冷却系统是液力自动变速器必不可少的部分 由于液力变矩器在传递动力过程中存在滑差损失使油温升高 为避免因油温过高而影响变速器的寿命和引起油液老化变质 必须使用冷却系统 6 档位图自动变速器的选档杆 也称变速杆或选档手柄 一般布置在司机座椅右侧 或转向盘下方的转向柱上 关于自动变速器的档位 应特别注意以下两点 1 自动变速器的一个档位不是一个固定的传动比 而是一个传动比范围 2 选档杆在较高档位置时 变速器可以在该档及以下低的档位之间自动换档 但不能自动换到比它高的档位 以及倒档 空档 驻车等特殊档位 36 7 自动变速器的工作原理图5 14为一简单自动变速器的结构示意图 图5 14自动变速器结构示意图 1 发动机曲轴2 涡轮3 泵轮4 导轮5 导轮支承6 离合器7 前制动器8 前行星架9后制动器10 前齿圈11 后齿圈12 后行星齿轮13 后太阳轮14 输出轴15 后行星架16 前行星齿轮17 前太阳轮18 输入轴19 飞轮 37 行星齿轮组是由太阳轮 内齿圈 行星架和安装在行星架上的数个 一般3 4个 行星齿轮组成 如图5 15所示 是二自由度的机构 图5 15行星齿轮组 38 如果不对某一个元件进行限制 不管将哪一个元件作为输入 另两个元件都不会有输出 利用这一特点 可作为空档 如图5 16a所示 离合器和前 后制动器都不起作用时 便是空档 如果三个元件中有任意两个固连在一起 也就等于两个元件都同连在一起 此时 行星齿轮组只是传力通道 不起变速作用 这一特点可作为直接档 如图5 16b所示 图5 16c是低速档 前行星齿轮组的太阳轮刹住固定 齿圈输入 行星架输出 可获得约1 5左右的传动比 如果把行星架固定 太阳轮作输入 齿圈作输出 则齿圈的转向与太阳轮相反 可获得倒档 如图5 16d所示 自动变速器中的离合器 39 a 空档 离合器分离 前 后制动器松脱 图5 16自动变速器各档位控制示意图 40 b 直接档 离合器结合 前 后制动器松脱 图5 16自动变速器各档位控制示意图 41 c 低速档 离合器分离 前制动器刹死 后制动器松脱 图5 16自动变速器各档位控制示意图 42 d 倒档 离合器分离 前制动器松脱 后制动器刹死 图5 16自动变速器各档位控制示意图 43 图5 17是驻车制动时的控制 当两制动器都刹死时 前行星齿轮组的太阳轮 行星架都固定 等于三个元件都被固定 后行星齿轮组的太阳轮 行星架也都被固定了 因此 整个变速器被锁死 即驻车制动 图5 17驻车制动的控制 离合器分离 前后制动器刹死 44 5 5 2自动变速器使用的注意事项1 用油问题必须使用规定油品 油质的液力传动油 不得用其它油代替 2 发动机起动与节气门踏板的控制汽车起动必须把选档手柄放在空档启动位置 3 怠速爬行问题换档手柄置于前进档时 不管在 D 位 还是在 Z 位或 L 位