液力传动课件

第三章

液力传动

学习重点：液力变矩器的工作原理及特性3/24/20231液力传动液力传动通过工作液体在循环流动中的液体动能变化来传递动力，这种传动叫做液力传动。液力传动装置（部件）液力变矩器：既能传递转矩又能增大转矩。 液力偶合器：传递转矩，输出转矩与输入转矩相等。

3/24/20232液力传动液力传动原理简图3/24/20233液力传动简图主动部分从动部分工作液体3/24/20235液力传动主动部分：泵轮（盆形轮，具有一定曲度的径向叶片）；偶合器外壳（接发动机曲轴接盘）从动部分：涡轮、从动轴（同样涡轮径向排列着许多有－定曲度的工作叶片r泵＝r涡，两轮相向安装在密封的外壳内，有３~４mm的间隙）工作液体：3/24/20236液力传动二、工作原理及特性3/24/20237液力传动1、动力传递过程：泵轮机械能→工作液动能→通过循环液→涡轮机械能→输出轴2、、传动特点只能传递扭矩，不能改变扭矩大小；即MB＝MT（为什么？进行受力分析，取工作液为研究对象，用动量矩定理）3、传动条件工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动；即有压力差（或写为nB＞nT）3/24/20239液力传动4、偶合器循环流量变化曲线3/24/202310液力传动5、液力偶合器的传动效率3/24/202311液力传动第二节液力变矩器

一、结构3/24/202313液力传动三个工作轮3/24/202314液力传动最简单的液力变矩器是由三个工作轮组成的，与偶合器相比，多了一套固定不动的导轮。工作轮由高强度的轻合金（如铝合金）铸成，由内外环及内外环间的叶片构成，三个工作轮相互御接，形成工作液的环流通道，即环形内腔。主动泵轮与发动机曲轴相连，从动涡轮与输出轴相连；导轮固定在套管上。3/24/202315液力传动3/24/202317液力传动假定发动机负荷及转速不变，即泵轮nb、Mb为常数；沿循环圆展开各工作轮，如下图：二、液力变矩器的变矩原理3/24/202318液力传动取工作液体为研究对象，对其进行受力分析：泵轮由发动机带动，给液体转矩记为Mb；液体由泵轮叶片带动作圆周运动，同时又沿着叶片由内沿流向外沿，即作相对运动；最后以绝对速度u１冲向涡轮叶片；涡轮叶片给液体以阻力矩,记为Mw'；液流方向发生变化，同理以绝对速度u２冲向导轮；导轮固定不动，其叶片给液流一阻力矩，记为Md

'；液流改变方向后，液流沿叶片以速度u３冲向泵轮叶片入口，液体完成一个循环。也就是说，液流又回到了起点。3/24/202319液力传动（１）、机械起步前涡轮的转速为０，液流沿涡轮叶片直接以u２冲向导轮叶片工作面，且与叶片角度较大，液流方向改变很大，即导轮给液流以较大的阻力矩，即Md较大且为正，所以起步工况液力变矩器为增扭过程，使得涡轮输出转矩Mw＞Mb，Mw＝Mb＋

Md3、讨论Md方向及大小3/24/202321液力传动nw＝0，nB

＞0，nw＜＜

nB（导轮固定）；Mw=MB+MD

；起步之前3/24/202322液力传动（２）、机械加速行驶

当Mw增加到足以克服起步阻力时，涡轮由０开始加速，随着涡轮转速的逐渐增加，u２逐渐向左偏移，即u２与导轮叶片的角度逐渐变小，也就是Md在逐渐变小。当涡轮转速达某一值时，u２正好与导轮出口方向平行，液流不改变方向直接冲出导轮，即此时Md＝０，则Mw＝Mb（此时相当于液力偶合器）3/24/202323液力传动（３）、机械继续加速液流速度u２方向继续向左偏，液流冲击导轮叶子背面，形成背压，Md方向相反，为负。则Mw＝Mb－

Md（４）、当nw＝nb时（涡轮速度增加到等于泵轮转速时），液流没有循环运动，液力变矩器不能传递动力。Mw＝０3/24/202325液力传动高速运行Mw=MB＋（－MD）当nw＝nB

时，液力变矩器失去传递动力的能力3/24/202326液力传动四、液力变矩器的特性曲线（一）、液力变矩器的输出特性（外特性）当nB=常数时的关系。当MB=常数时的关系。3/24/202329液力传动（二）、原始特性的关系曲线（是由输出特性及公式计算而得），几何相似的同类型变矩器其原始特性是一样的。3/24/202330液力传动（三）、变矩器的基本性能1、经济性能评价参数：（1）最高效率的大小（2）高效工作区的大小3/24/202331液力传动2、变矩性能评价参数：（1）起步或制动工况的（2）偶合工况3/24/202332液力传动3、透穿性能变矩器涡轮轴上负荷变化时透过变矩器而影响泵轮扭矩和转速（发动机）的能力。（起动工况与偶合工况的泵轮力矩系数之比）3/24/202333液力传动透穿性的决定因素（１）取决于工作腔内和工作轮的布置方式（２）涡轮的型式（３）泵轮叶片出口角的大小等3/24/202334液力传动（四）变矩器的输入特性为变矩器输入扭矩与输入转速之间关系的特性曲线。（即发动机的负荷特性）3/24/202335液力传动

以nw为横坐标，Ｍ为纵坐标，（Mb、nb为常数），可绘出工作特性图如下：

四、液力变矩器的特性曲线3/24/202336液力传动从图中可知：（１）、当nw＜nw1时，Mw＝Mb＋Md为增扭过程（２）、当nw＝nw1时，Mw＝MbMd＝０为偶合工况（３）、当nw＞nw1时，Mw＝Mb－Md为减扭过程，实际上已不用此段（４）、当nw＝nb时，Mw＝０，不起传动作用3/24/202337液力传动三、综合式液力变矩器

1、结构在简单三元件变矩器的基础上，只在导轮上加装一个单向离合器（自由轮、超越离合器），自由轮的内圈固定在导管上（固定不动），外圈与导轮连结。3/24/202338液力传动单向离合器3/24/202339液力传动2、原理（１）、当液体冲击叶片正面时,Ｍd＞０，自由轮内外圈刚好楔紧，导轮固定不动，以变矩器工作（２）、当液流冲击导轮叶片的背面时，Ｍd＜０，自由轮外圈相对内圈自由转动，即导轮自由转动，相当于偶合器工作3/24/202340液力传动

３、特性曲线

如图：当nw＜nw1时，Ｍd＞０，当nw＞nw1时，Ｍd＜０，3/24/202341液力传动特性曲线3/24/202342液力传动４、优点

能提高变矩器在大传动比范围内的传动效率3/24/202343液力传动第二节

液力变矩器的特性

一、常用计算公式１、液力变矩器的输入转矩计算公式3/24/202344液力传动二、液力变矩器的特性

１、输入特性曲线Ｍ１＝f(n1)的关系曲线一定工况下，泵轮力矩系数为常数，Ｍ１正比于n12为抛物线变工况下，则为一组抛物线，如图2－15（２）在n1=常数时，的关系曲线2、输出特性曲线（外特性）（１）在Ｍ１＝常数时，的关系曲线3/24/202345液力传动输出特性曲线3/24/202346液力传动3、原始特性曲线（由输出特性及公式计算而得），几何相似的变矩器的原始特性都一样4、

通用特性曲线一组n1=常数时，的关系曲线一组＝常数时，

的关系曲线3/24/202347液力传动原始特性及通用特性曲线3/24/202348液力传动三、特性评价

１、通常作为特性评价的三个工况（１）起动工况（制动工况）Ｉ＝０时（２）最高效率工况时的工况（３）偶合工况时的工况（指Ｋ＝１时的传动比）２、评价变矩器性能的参数（１）反映变矩性能Ｋ０—起动工况ＫⅠ—最低允许效率值的变矩系数，称为工作变矩系数Ｋmax—最高效率时的变矩系数3/24/202349液力传动（２）反映经济性能和（３）反映负荷性能，Π—透穿系数四、透穿特性１、概念指变矩器输出轴负荷对输入特性的影响程度；即变矩器涡轮轴上负荷透过变矩器而影响泵轮（发动机）的程度Π＝（起动工况比偶合工况的泵轮力矩系数）3/24/202350液力传动2、透穿类型（１）非透穿性：λ１不随Ｉ的变化，Π恒等于１；即当n1不变时，Ｍ１不随Ｍ２的变化而变化（２）正透穿性：λ１随Ｉ的减小而增大（Π＞１）；即Ｍ１随Ｍ２的增大而增大（n1不变）（３）负透穿性：λ１随Ｉ的减小而减小（Π＜１）；即Ｍ１随Ｍ２的增大而减小（n1不变）（４）混合透穿特性：具有两种特性，此时Π＝3/24/202351液力传动3、透穿性的决定因素（１）取决于工作腔内和工作轮的布置方式（２）涡轮的型式（３）泵轮叶片出口角的大小等3/24/202352液力传动第三节液力变矩器的类型及应用

一、液力变矩器的类型１、按各工作轮在循环圆中的排列顺序分（１）、正转（１２３）变矩器由循环圆方向看，导轮在泵轮之前；涡轮旋转方向与泵轮一致3/24/202353液力传动（２）、反转（１３２）型变矩器a、转向相反导轮在涡轮之前，导轮叶片作用改变了涡轮的液流方向，涡轮反向旋转，与泵轮转向相反。b、透穿性大涡轮在泵轮前，外载荷的变化对泵轮的进口液流影响较大，即Ｍw对Ｍb影响大c、传动效率低液流方向在泵轮入口随涡轮载荷变化而急剧变化，效率低。d、一般机械不采用，多用在船舶上作倒档机构3/24/202354液力传动2、按布置在泵轮与导轮或导轮与导轮之间的涡轮栅数分单级、二级、三级等型式（各涡轮栅之间刚性相连）如图：２－２2等。若涡轮数为多个，但每个涡轮并不安装在其它两个工作轮之间，则仍为单级多涡轮变矩器，按涡轮个数，称为双涡轮或三涡轮等液力变矩器。多级变矩器的应用：Caterpillarr推土机等3/24/202355液力传动多级液力变矩器3/24/202356液力传动

多级液力变矩器的优点：（１）、与低级变矩器相比，可以在小传动比时提高变矩系数Ｋ（多个涡轮作用的结果）（２）、高效率范围扩大，从而扩大了工作范围3/24/202357液力传动3、

按工作轮相互不同的配合方式的数目分单相、二相、三相等型式工作轮相互配合作用的变换是借助于自由轮机构、离合器、制动器等来实现的，借助于这些机构使一些工作轮在一定工况下改变作用从而改变变矩器的工作特性（１）、单级二相液力变矩器（综合式）借助自由轮改变导轮的功能（固定和自由旋转）；使变矩器有变矩器和偶合器的特性（注：在液流作用下，自动改变的）3/24/202358液力传动（２）、单级三相液力变矩器

如图：２－243/24/202359液力传动结构：两个导轮，各自通过自由轮固定在壳体上特性：由两个变矩器特性和一个偶合器特性组成原理：I在０~i1段时，即I<i1时，导轮３１、３２不动，以变矩器工作I1<I<Im时，导轮３１自由旋转，３２不动，以变矩器工作Im<I<1时，３１、３２都自由旋转，以偶合器工作优点：提高了变矩系数Ｋ，加宽了高效范围应用：主要用在拖拉机、推土机、装载机、工程汽车上3/24/202360液力传动4、按单级液力变矩器按涡轮在循环圆中的位置（１）向心涡轮式如下图：涡轮中液流入口半径出口半径，在涡轮中液流由周边流向中心，与离心力方向相反，泵轮出口液流阻力增加，涡轮转速变化直接影响到泵轮，Ｍb随Mw增大而增大，因此，向心涡轮式正透性大。（２）轴流涡轮式如下图：，在涡轮中液流轴向流动，离心力与流向垂直，对泵轮影响不大，因此，轴流式的正透性不大。3/24/202361液力传动（３）离心涡轮式如下图：，在涡轮中液流流向与离心力的方向相同，具有较小的正透性以上三种形式中，向心涡轮式的综合性能好，工程机械上广泛使用。3/24/202362液力传动5、带闭锁离合器的液力变矩器3/24/202363液力传动（a）图（１）结构在涡轮和泵轮之间装上磨擦离合器５（２）原理时，５分开，４楔紧，以变矩器工作 时，４松开，５接合，，导轮３自由旋转，从而提高了在大传动比范围的传动效率3/24/202364液力传动（b）图

（１）结构（２）原理当５松开，６接合，４楔紧传递动力，以变矩器工作当５接合，６松开，４松开，实现直接传动。各工作轮静止不动，避免了风损。3/24/202365液力传动

二、液力机械变矩器（一）构成由液力变矩器和二个自由度的机械元件组成；它把功率分流传递，然后又总合到输出轴上。（二）分类内功率分流液力变矩器：功率分流在变矩器内部完成的外功率分流液力变矩器：功率分流在变矩器外部完成的3/24/202366液力传动１、强制导轮反转的液力机械变矩器结构：２个涡轮，为二级的变矩器；一个行星排；二个制动器；（三）内功率分流液力变矩器3/24/202367液力传动工作原理：（１）在机械起步和大负载作业时（I<i1）：制动器１２松开，８制动，行星架７则不动，动力在导轮３上分流，然后汇合到从动轴上。从而使动力增大，即Ｋ增大，满足重载工况需求。动力传递：功率在导轮３上分流，为内功率分流变矩器。3/24/202368液力传动12制动，８松开，行星排空转（nt=0、nq=nj），不起传动作用，相当于一个二级变矩器工作（导轮３固定不动）动力传递：4→1→2→5优点：Ｋ值在小传动比时提高较多，同时小传动比范围的效率也得到提高。（２）在高速或轻载工况作业时（I>I1）：3/24/202369液力传动2、双涡轮液力机械变矩器

（１）结构：如图２－29特性曲线如图所示，为二相单级。3/24/202370液力传动（２）原理：当I<i1时，９楔紧在传动轴７上（n10<n8），两条路线同时传递动力当I>i1时，９松开（n10>n8）只有涡轮２２、齿轮１１、１０这条路线传递动力（３）优点：在小传动比范围（重载），Ｋ和效率提高较大。能适应于工程机械的工况需求。（４）应用：目前国产轮胎式装载机全用的是此变矩器3/24/202371液力传动（四）、外功率分流液力机