液力传动课件

液力傳動是以液體為工作介質的葉片式傳動機械。它裝置在動力機械（如蒸汽機、內燃機、電動機等）和工作機械（如水泵、風機、螺旋槳、機車和汽車的轉軸等）之間，是動力機和工作機的聯接傳動裝置，起著聯接和改變扭矩的作用。

液力傳動概述*液力傳動是靠葉輪來實現的，通常有泵輪、渦輪、導輪。一、液力傳動基本工作原理

*泵輪——與動力機（輸入軸）聯接，把輸入的機械能變為工作液體的能量，使工作液體的動量矩增加，相當於水泵的工作原理。渦輪——與工作機（輸出軸）聯接，把工作液的能量轉變為機械能輸出，使工作液體的動量矩減小，相當於水輪機的工作原理。導輪——不轉動，起液流的導向作用，與水輪機的導水機構（導葉）作用一樣。*液力變矩器示意圖動力機

泵

液體能量（動量矩）

流經水輪機導葉

水輪機（渦輪）

液體能量（動量矩）

工作機工作動力機(B)泵(T)水輪機工作機*簡圖由於管路聯接損失很大，有些部件也不需要（如尾水管、吸水管等），將核心部件葉輪保留，組成液力傳動元件（統稱液力元件）。BDT固定輸入輸出*由於導輪固定，傳動機械外部的反作用扭矩通過導輪傳給液體，使液體動量矩改變，則輸出的扭矩也變化（液力變矩器）。如果不用導輪，則沒有外部的反作用扭矩作用液體，因此扭矩不變，就成為液力偶合器。迴圈園簡圖BT輸入輸出*二、液力傳動的基本類型液力變矩器液力偶合器液力機械傳動三類*1.液力變矩器——傳動過程中，改變輸出扭矩，而輸入的扭矩基本不變（結構組成可參見教材中圖1-2）。組成：泵輪、渦輪、導輪，旋轉外罩和導流表面。工作過程：動力輸入

外罩帶動泵輪旋轉

液體能量（扭矩）

進入渦輪

液體能量（扭矩）

，使渦輪旋轉

帶動工作機（輸出）工作

液流進入導輪（導輪不動），改變扭矩（外面阻力矩傳入）

液體進入泵輪，繼續迴圈。特點：輸入部分與輸出部分沒有剛性的機械聯接，而是通過工作液體為介質來傳遞動力。*通常把工作腔的軸面投影圖相對旋轉軸心線是對稱的這種迴圈圖，簡化為一半（相對軸線），稱作迴圈圓。由迴圈圓的液流方向，葉輪順序：泵輪

渦輪

導輪。BTDInOut*特性參數：液力變矩器有三個外部力矩（扭矩）：在液力傳動中規定：扭矩、轉速與動力機轉速方向相同為正，相反時為負。泵輪軸扭矩——由動力機方向傳入渦輪軸扭矩——由工作機方向傳給渦輪軸導輪扭矩——固定支架（外部）傳給導輪由平衡條件，所有扭矩之和為0，即*對泵輪軸：，,功率:對渦輪軸：若正向轉動的液力變矩器，即輸入軸轉向與輸出軸轉向相同，而渦輪軸的扭矩為工作機方向傳入，即與方向相反，即渦輪軸功率*液力變矩器效率（輸出功率/輸入功率）：液力變矩器係數：液力傳動轉速比：

*液力變矩器的特性曲線：（1）當時：，，。（2）當時：，，。（3）當時：，，。（4）效率最高點時：，*2.液力偶合器——傳遞過程中，扭矩不變化，只進行聯接（結構組成可參見教材中圖1-4）。組成：泵輪、渦輪。（與變矩器區別——取消導輪！）工作過程：動力機輸入

帶著泵輪旋轉

液體能量（扭矩）增加

液體進入渦輪

液體能量（扭矩）減少，使渦輪旋轉

帶動工作機（輸出）工作

液體再流入泵輪，繼續迴圈。特點：泵輪轉動，使工作液旋轉，把扭矩傳給渦輪，渦輪軸帶動工作機工作。沒有剛性聯接，沒有扭矩變化，兩葉輪的扭矩相等，即（不計損失情況）*，（）液力偶合器的輸入轉速與輸出轉速要克服摩擦等損失，扭矩不完全相等，則轉速也不完全相等，產生滑差，約為2.5~3%。消除的辦法是在偶合器中裝置摩擦離合器（圖1-4中的6——錐形摩擦面）。接近相等。*3.液力機械傳動（結構組成可參見教材中圖1-5簡圖）組成：機械元件——三軸或四軸的齒輪式行星機構（兩個自由度）。液力元件——二軸的液力傳動機構。工作過程：動力機輸入

泵輪

導輪

渦輪

齒圈、行星輪特點：功率傳動過程中，分為兩路進行，其效率比單獨的液力傳動要高。輸出軸行星齒輪機構*三、液力傳動的主要特點與機械傳動、液壓（靜壓）傳動、電力傳動等其他傳動機械相比，具有一些明顯的特點和優點。1.

能容量大、功率重量比小。即在大功率、高轉速傳動中具有突出優越性。因為液力傳動有葉片式流體機械的工作特點，傳輸的功率與葉輪的直徑5次方和轉速的3次方成正比，可傳送大的功率，而尺寸可小2.

無摩擦，壽命長，可靠性高。傳動中的主要構件——葉輪之間沒有摩擦面，不直接磨損，因而傳動機械的使用壽命長，可靠性高。

泵的功率式:

*3.

具有自適應性、超載保護性和無級調速性能。由於傳動之間沒有直接剛性聯接，輸入和輸出的轉速差是隨時可變的，而且能自動調整扭矩與轉速的關係（，，

，反之

4.

可以隔離和衰減扭轉振動的作用，提高轉動裝置和整體機器的壽命。如果傳動裝置安裝於車輛上，可使乘坐舒適。5.

工作狀況變化時，液力變矩器最高效率約85~92%，液力偶合器效率約為96~98%。

），達到超載自動保護作用。*液力傳動不足之處為：（1）與齒輪傳動型式相比，效率偏低；（2）機械佈置上，基本是：動力機—傳動裝置—工作機在一軸線方向上，不如液壓傳動、電力傳動的佈置位置和方向上的方便；（3）另外尚需配置輔助裝置——潤滑油裝置、冷卻裝置等，使設備複雜。*四、液力傳動的應用由於液力傳動具有傳動的很多優點（如大功率、自適應等），在工業和技術的各部門得到廣泛應用。由最早應用在輪船上（1907年，法國人應用）開始，現在廣泛應用於各部門。1.

在汽車（重型卡車、高級轎車）、拖拉機、工程機械、建築機械、鐵路運輸等各種車輛上作為主傳動裝置。如內燃機在大功率起動，高級轎車傳動的無級變速等，工程機械的傳動。2.

在軍事工業中的坦克、自動火炮等作傳動應用。3.

在一般的工業生產中（化工廠的泵、煉鋼廠的風機等等）用液力偶合器作調節速度用，節省能源。4.

在船舶、重載設備（大型皮帶機等）等啟動時應用，可減少起動的電力衝擊和並車的協調。*

液力傳動的基本方程

液力傳動是葉輪與液體的能量（扭矩）變化進行工作，因此有關《流體機械原理》中泵和水輪機的工作原理和基本方程均適用。有關流動中的速度三角形的關係也同樣適用，要很好聯繫進行分析。**預備知識理想流體及實際流體運動微分方程——Euler方程，N-S方程——Bernoli方程液體在葉輪中的運動速度環量速度三角形vuwvmvu一、葉片式流體機械的能量方程

葉輪與液體相互作用的結果，使流體質點能量發生變化。當不計能量損失，液流通過無限多葉片葉輪時的能頭（能量）增加值稱為無限多葉片葉輪的理論能頭（揚程或水頭），以表示。由《流體機械原理》中知：**對泵輪：表示單位重量液體由泵輪所獲得的能量，為正值，即對水輪機（渦）輪：表示單位重量液體對渦輪所作的功（傳給渦輪的能量），為負值，即*在液力傳動中，常取葉輪進口最前一點“0”作為進口，取出口後一點“3”作為出口，進行研究。同時為了一致（便於教材學習），取速度的圓周方向分速度用表示（！）則：相應：泵輪為：；渦輪為：。*與流體機械中相似，用環量表示（）則：對泵輪：，

對渦輪：，

*

由動量矩定理，我們可得到葉輪和液體的扭矩關係式。動量矩定理研究控制體內的液體，因此沒有葉片無限多影響問題；同時認為液體是穩定的運動，則在控制面上各點的平均值（速度）可以用平均流線處的數值表示。二、葉片式流體機械的動量方程（扭矩關係）*A’B’ABC’D’CDr3r2r0r1r0r1r2r3

3V3Vu3

0V0Vu0*根據動量定理，在時間內，物體動量矩的增量應等於作用在該物體上的外力矩，即：在所研究的液體範圍，為剛出口過流斷面，為葉輪剛要進口過流斷面，經過時間後，為新位置，則控制體控制面的液體動量矩增量為*由於液體作穩定的運動，則在時間後，體積內動量矩不變化，因此：由連續原理，在時間內，流出的體積與流進的體積相等，即——通過葉輪流量*由動量矩可知：（）…..*外力矩:(1)作用在、面上的壓力不產生力矩（2）葉輪對液體的作用扭矩，使動量矩變化（通過中心），對動量矩無影響；（—葉輪對液體）。（)*根據作用與反作用定律，液體對葉輪的作用扭矩與葉輪對液體的作用扭矩大小相等，方向相反，即則：泵輪渦輪*因此葉輪對流體的做功（即液體功率）（—機械效率）則泵輪的功率渦輪的功率*

液力傳動的損失液力傳動在傳遞動力的過程中，有能量損失。包括三種：液力損失、容積損失、機械損失。損失的表示用液力效率，容積效率，機械效率（注意：在這裏為了與工程習慣上一致，便於閱讀文獻，效率下標的表示與《流體機械原理》中表示不同）。*

*一、液力損失

由於液體有粘性，在運動過程中，必然產生摩阻損失；在傳動的工作腔內液體還要產生各種損失（局部損失），這些損失包括葉輪進口衝擊損失、局部擴大或收縮損失、流道中的擴散損失等。這些損失是液體流動過程中引起，統稱液力損失。*摩擦阻力損失主要為流體質點（流層間）的粘性摩阻和液體與邊壁間的摩阻引起，以表示：—流道長度；—流道水力半徑；—摩阻係數；—液流相對速度（由於葉輪與液體有相對運動)*—衝擊損失係數；—衝擊損失速度。沖角2.局部損失（1）衝擊損失——泵輪和渦輪的液流進口均可能產生衝擊損失，主要是液流方向與葉片骨線方向不同引起。*（2）突然擴散或收縮損失——液流由葉輪進口前無葉片進入葉片，會產生過流斷面的突然收縮。而液流由葉輪出口離開葉片時，會產生過流斷面的突然擴大。出口突然擴大進口突然收縮（3）葉輪流道擴散損失——在葉輪內流道的擴散引起*3.液力效率：總液流引起的液力損失為：對泵輪為,渦輪為,導輪為。由此，在單位重量的液體經過泵輪後，能量的增加為：單位重量的液體流過渦輪後的能量為：單位重量的液體流過導輪時，損失的能量為。*在工作腔內，液體沿著軸面液流的流線旋轉一周，最後回到原來位置，其總能量是不變的（因為穩定流動）。說明在液流過程中，液體質點從泵輪中獲得的能量,傳給渦輪為(為負數），剩餘的能量全部損失了。因此，液力傳動的液力效率由液力損失確定：*在液力傳動中，泵輪與輸入的動力機相聯，輸出是由渦輪帶動工作機。導輪只是改變動量和增加損失，若把此部分損失計入泵輪（算入泵輪損失），則：液力傳動的液力效率為泵輪的液力效率與渦輪的液力效率的乘積。*泵輪由動力機獲得能量（即泵輪軸能量）為,而液流經過泵輪後獲得的能量為,因此泵輪的液力效率為：（中包括在內）渦輪輸出帶動工作機的能量為（即渦輪軸能量），而液體從泵輪獲得的能量為()。因此渦輪的液力效率為：*二、容積損失在液力傳動的液流工作腔內，有間隙存在，由於各處的壓力變化，使部分液體沒有經過泵輪

渦輪

導輪的順序迴圈，而是由間隙中通過（有利潤滑），損失部分流量，則形成能量（功率）的損失，使效率降低。泵輪出口A點壓力高，泵輪進口B點和渦輪出口C點壓力低，部分液流（q1,q2)經泵輪內環和渦輪內環由B點間隙或C點間隙流入泵輪內，而未進入渦輪做功。*q1和q2未損失掉（未漏走），但造成功率損失，影響效率。容積效率內部洩漏量的計算，用密封洩漏的公式進行計算—流量係數；—密封環面積；—密封進出口壓差。*三、機械損失在液力傳動過程中，機械損失主要由軸承、密封損失及泵輪和渦輪的輪盤損失。由於軸承、密封損失與轉速無關，不專門分析。輪盤損失與葉輪的直徑與轉速有關，這種損失要消耗功率，使液力傳動效率降低。圓盤摩擦力矩為：（）—圓盤阻力係數，與液流流態有關（紊流、層流）*泵輪輪盤外表面：Ⅰ、Ⅱ空間渦輪輪盤外表面：Ⅰ、Ⅱ空間泵輪與導輪間表面：Ⅲ空間渦輪與導輪間表面：Ⅳ空間*各輪摩擦面間的相對旋轉角速度泵輪與渦輪間（）泵輪與導輪間（）渦輪與導輪間（）液力傳動機械效率*泵輪機械效率:—泵輪軸的扭矩（動力機作用，動力矩）；—泵輪與渦輪間（Ⅰ、Ⅱ空間）的圓盤摩擦力矩；當(即)時，為阻力矩，取（-）；當(即)時，為動力矩，取（+）；—泵輪與導輪間（Ⅲ空間）的圓盤摩擦力矩；—泵輪軸承與密封的摩擦力矩。*渦輪機械效率—渦輪軸輸出力矩（工作機對渦輪軸作用力矩）;—液體對渦輪的作用力矩，為動力矩，—渦輪與泵輪間（Ⅰ、Ⅱ空間）的圓盤摩擦力矩；—渦輪與導輪間（Ⅳ空間）的圓盤摩擦力矩；—渦輪軸承和密封的摩擦力矩。當(即)時，為動力矩，取（+）；當(即)時，為阻力矩，取（-）；*四、液力傳動總效率根據定義：將此式分子、分母同乘，，則：（在式中，代入時清去）*又：（在式中，代入時清去）*又：而第四節相似理論在液力傳動中的應用

*液力傳動為葉片式流體機械的工作過程，其原理和模型的特性關係符合流體機械（泵和水輪機）的相似規律，當滿足：幾何相似、運動相似和動力相似條件時，原型和模型的特性可進行換算。*主要有、和一、流量關係：－單位流量（無因次）相似工況時：三個參數。*二、能頭關系：（葉輪能頭：)－單位能頭（)相似工況時：*三、泵輪液力扭矩係數：由（）由：即：—泵輪液力扭矩係數（)當為相似工況時（),—物理意義：當工作液的，轉速，有效直徑時，泵輪對工作液的作用扭矩。*名稱：流體機械及工程（二級學科）研究方向：1、流體機械內部流場流動分析及試驗

2、流體機械優化設計理論

3、流體機械空化及多相流動

4、流體機械系統的瞬變流動

5、流體機械強度分佈、振動及穩定性學科介紹*博士生導師：曹樹良、吳玉林、陳乃祥、許洪元課題介紹：1、大型水輪機穩定性分析、流場計算

2、PIV、LDV試驗

3、狀態監測

4、固液兩相流泵、氣液混輸泵

5、瞬變流（水電站系統、水泵站系統）

6、可逆式水泵、水輪機

7、航太高速泵

8、微小型泵學科介紹*曹樹良（教授、博導） 吳玉林（教授、博導）

陳乃祥（教授、博導) 許洪元（教授、博導）王正偉（副教授) 劉樹紅（副教授）

羅先武 趙令家研究所介紹*博士生導師：曹樹良、吳玉林、陳乃祥、許洪元課題介紹：1、大型水輪機穩定性分析、流場計算

2、PIV、LDV試驗

3、狀態監測

4、固液兩相流泵、氣液混輸泵

5、瞬變流（水電站系統、水泵站系統）

6、可逆式水泵、水輪機

7、航太高速泵

8、微小型泵學科介紹*

液力偶合器第一節液力偶合器的工作原理

偶合器由泵輪和渦輪組成，同時有一旋轉外殼以防止工作液體在傳動過程中散掉。*1.有內環的偶合器（結構簡圖）（教材圖2-1－2-3）泵輪，渦輪葉輪由外環、內環和葉片組成。通常葉片為直葉片。葉片流道空間和外環、內環的導流內表面組成工作腔。工作腔軸面投影對軸心線上下對稱，則常以軸心線的上半部表示。—迴圈圓的最大直徑，稱有效直徑。其他尺寸以此按比例進行計算。在半徑小的地方，由於葉片設計成等厚度的，因此排擠較大，為了減少排擠，常採取每隔一個葉片在半徑小處切去一部分。泵輪和渦輪的幾何形狀通常是相同而且是對稱的。*1－輸入軸，2－輸出軸，3－旋轉外殼，4－內環，5－外環*2.無內環的偶合器（結構簡圖）現代工程應用的偶合器大多為無內環的，因為在工作過程中，內環並非必要，而且取消內環後，偶合器的特性曲線可以進行調整，同時結構簡單。無內環偶合器的液流迴圈與有內環時是相同的（相當於內環縮小為一點）。在直徑小的地方，將葉輪葉片也間隔切去部分，以減小排擠。葉片切割部分輸入軸輸出軸*二、偶合器的工作原理1.速度三角形液體質點在液力偶合器中既作相對運動又作牽連運動。對於有內環的液力偶合器，取將過流斷面均分的流線為平均流線，分析流線上各點的速度變化。平均流線“—-—-”泵輪：進口出口渦輪：進口出口r*假定：（1）葉輪的葉片都是徑向的直葉片，，泵輪和渦輪的進出口角均為90°，則有（由速度三角形可知）：

（2）葉輪的過流斷面為常數，葉片無限薄（)同時視為在同一過流斷面上各點速度相等（容積損失不計）*（3）在泵輪和渦輪的無葉片區內，沒有外力矩對液流的作用，則各點的速度矩相等，即（出口角為90°）（出口角為90°）因為：同時可以視為：則有：

由此，可以畫出泵輪進出口和渦輪進出口的速度三角形。0,1,2,3分別表示剛進口、進口、出口和剛出口。*速度三角形習慣規定：以泵輪和渦輪的交界處為中心線，將泵輪速度三角形畫右邊（），渦輪速度三角形畫左邊（).*泵輪：出口速度三角形進口速度三角形,由於液流剛進口的與葉片方向不一致，則產生衝擊損失：由向量關係：即(

—

泵輪進口相對半徑）又*渦輪：出口速度三角形進口速度三角形，由於液流進口前與葉片方向不一致，產生衝擊損失：

在速度三角形中，根據假定有：，泵輪和渦輪的進出口速度三角形高度相等,即各處為常數。()*2.基本方程將液力傳動基本方程中（,）的代入，則得泵輪的能量方程：即泵輪的動量（扭矩）方程：*同樣將代入，得渦輪的能量方程：即渦輪的動量（扭矩）方程：*由基本方程可知，泵輪使液流的能量增加。由剛進口前的動量矩（）增加到泵輪出口動量矩（同時可知，渦輪軸上工作機的力矩為阻力矩，與泵輪的力矩相反，通過渦輪葉片對液流作用了一個反力矩，即渦輪剛進口的速度矩（），減少到渦輪出口動量矩（）說明渦輪傳給了工作機功率（動力）。），動力機對泵輪作功。*由偶合器的迴圈流動中知，當時，液流由時，流動停止，當時，泵輪轉動，此時流量達最大，因此，當時，扭矩方程中的將隨的增大而減小，即當，而當時。泵輪流向渦輪。當**渦輪軸上的輸出力矩是克服工作機的阻力矩的，而渦輪由液流獲得的力矩還需克服軸承、密封等摩擦力矩後由軸輸出，因此渦輪的液流力矩與摩擦阻力矩和工作機阻力矩保持平衡，。當阻力矩（重要為工作機阻力矩）發生變化時，力矩的平衡將被破壞。*（1）若工作機的阻力矩突然減小，而液流對渦輪的力矩還未改變，，則由和，此時則不變。因此造成：而（），所以時，減小了，重新達到平衡，穩定運行。動力機對偶合器作用力矩也減小。這個過程是自動進行的（自適應性）。同時由泵輪扭矩方程知，*（2）若工作機的阻力矩突然增加，過程與上面相反。將泵輪扭矩方程中可知（），在時，為直線關係，當是減小的（如前頁圖中直線，圖2－6）。的關係為曲線（為曲線），時，因此，泵輪的扭矩與*3.偶合器效率當軸承、密封損失和容積損失不計時（只計入液流效率）而由此可知，偶合器的變矩係數偶合器的效率近似等於轉速比，，偶合器不改變扭矩。*—為直線，偶合器的最高效率，因此在時最高。當時，由知，，則此時。則希望偶合器在高轉速下工作有利。第二節液力偶合器迴圈流量與轉速比關係*則可得偶合器的液力效率（液流能量關係）（將偶合器的方程代入）一、液流能量與速比的關係偶合器中泵輪對單位重量液體做功等於單位重量液體對渦輪的做功和液體在迴圈圓中的各種液力損失。其損失由液力效率確定：由液力傳動的液力效率，*全部液力損失包括沿程摩擦阻力，泵輪和渦輪的進口衝擊損失，即：

而

（—總損失係數，泵輪出口）

（速度三角形中知）*二、迴圈流量與速比的關係偶合器中的迴圈流量為軸面速度和有效過流斷面面積的乘積，即由本節速度三角形中的假定，有效過流面積為一常數，它與速比（）無關系。因此，迴圈流量與速比的關係就是軸面速度與速比的關係。根據關係代入相關運算式，即*經過整理為：

整理時：即*式中：—泵輪出口相對軸面速度（速度係數）—泵輪進口相對半徑（對於有內環的液力偶合器，為常數）—總的摩擦阻力係數。對於紊流光滑區（自模區）可以視為是常數。使，則，而且的方程是一個橢圓方程（相當於的形式）。當**以上的討論是偶合器有內環時的情況較合適。對於無內環的偶合器，當全充滿液流時，可以把內環看作是縮小到零的一個有內環偶合器。這時如果偶合器的軸面速度仍假定為常數（），則在平均）處，速度會發生突變，與實際流動不符合。半徑（（此種情況，在處，和發生突變）*對於無內環偶合器的流動模型，經過分析，提出以下的假定：（1）偶合器內流動由無數多流面組成，每個流面內有無限多的微小流束組成。對流束可以視為過流面積很小，流速為常數（流速相等）。

由於各相鄰流面過流面積相等，即－迴圈圓有效半徑；－迴圈圓最小半徑；*（2）對每一個微小流束，為一變數。對於不同流面，泵輪的出口圓周速度（）不是一個常數，即由此可將有內環的表示式改為：對於各個流面上的泵輪出口半徑和進口半徑都有一個共同的平均半徑則可得無內環偶合器迴圈流量（即）與速比的關係：*通常情況：，工況確定時，則有為雙曲線方程。（即）為橢圓型方程。（即即：時，時，最大。時，時，最大。時，，時，當和為常數時，。）最大。**95

液力偶合器部分充液時特性理論上，偶合器工作時，工作液的體積等於偶合器內部工作腔的體積時，應該是完全充滿的。在實際工作中，工作液體積只占內部工作腔的90％左右就算完全充滿。留下部分空間來容納從工作液中分解出來的空氣和油氣。96一、偶合器部分充液時特性變化當偶合器中充液量減小時，其特性將發生變化，是由於迴圈流量的液流結構（流動狀態）發生破壞引起。這種特性變化，隨著的變化而有不同。在討論由於液流量不同引起的特性變化時，常用與轉速比有關的參數——滑差來表示。液體空氣向心和離心分界面971.部分充液時偶合器中的液流結構

，迴圈液體呈環狀在離心力作用下在外圈，靠內圈為空氣環，液體和空氣成為分界面。。

，。液體產生迴圈運動，但較弱。由於較高，在渦輪離心力作用下，液流未達到迴圈圓內側就向泵輪流動。中心處向心與離心有分界面。，，由於（即迴圈流動形成。但此時泵輪進口相對半徑要比全充液時大，因而此時，雖然

力矩增大，但增大又使（），則總的力矩增加較慢。），渦輪中的離心力減小，則液體向心流動增強，98由於（即而達到渦輪最小半徑出口處。但在進入泵輪後，動能還不能使液流緊貼泵輪外環流動，而是散亂的離心運動，沒有明顯的自由表面。只有（）時，才能形成由小迴圈到大循環的流動變化。這種流動結構），在渦輪中的液體已有足夠動能使其緊貼外環的變化，使偶合器特性產生突變。此時為大循環運動，在迴圈圓中心形成一個空氣環。有一個清楚的平均流線半徑。此半徑在液流由散亂的流動（泵輪內）到穩定的大循環運動時，有一個突然的變化，因而引起性能變化。992.部分充液時偶合器的特性（1）相對扭矩特性—

為(),

時泵輪扭矩。不穩定區

在,開始，變為大循環變化）。狀態的由小迴圈出現不穩定區，此時即為流動引起（100（2）扭矩係數特性因為，是隨變化而變化的，則變化即由變化引起變化。101段：由於，但此時未充滿，流動時，則，綜合結果，增加較慢，比較平緩。段：此時在點處為臨界狀態，在點時，達到大循環運動狀態，，此時由小迴圈

大循環時，突然變小，。，液流狀態破壞（渦輪靠外環，泵輪內散亂運動）。當由大變小時，上述特性變化為相反過程，但由於液體的慣性作用也變為和對於不同的充液量，有不同的臨界點位置。在臨界區內工作，偶合和粘性影響，使不穩定點發生變化，相應的器將不穩定，產生週期性振動。段：液流在大循環中運動，特性穩定。102二、偶合器部分充液時穩定工作的措施1.內側擋板為了消除在部分充液時的不穩定特性，採用在迴圈圓內側安裝擋板。擋板外徑():通常用水作工作液時，也有試驗表明，擋板作用：當小時，偶合器為小迴圈運動，泵輪進口平均流線半徑，擋板不影響液流運動。當向大循環運動過渡時，擋板發生作用，泵輪進口的平均流線。而同時擋板可降低偶合器的超載係數用較為有利。具體數值由試驗確定。時，可在各種充液時，保持特性穩定。，偶合器液流由小迴圈半徑，則消除了性能突變，保證偶合器性能穩定。，對作牽引103擋板104當時，輔室中的液體與葉輪中保持壓力平衡（偶合器一起旋轉，柱面半徑為。當使輔室體積增加，液體半徑為，由於偶合器中總液量一定，則在迴圈圓中起動力傳遞作用的液體隨而減小，則扭矩係數下降，因而偶合器的超載係數減小，達到穩定特性的目的。點壓力），液體與時，迴圈圓的離心力大於輔室中的離心力，則液體流入輔室內，2.偶合器輔室將渦輪殼與泵輪旋轉外殼之間的空間增大，形成輔室。利用輔室中充液量的變化達到特性穩定。105i=1.0(s=0.0)i<1.0(s>0.0)輔室106

偶合器的設計，目前有兩種方法：一種為選擇設計，即在已有性能優良的偶合器基本模型基礎上進行相似換算，確立有效直徑。二種為對偶合器的設計，使設計的偶合器達到要求。由於設計理論的不完善（葉輪流動設計）和各參數的配合難於計算準確，因此，設計中常與試驗結合進行，通過試驗改進和完善設計。目前工程上多是選擇設計，即相似計算設計應用較為普遍。第六節液力偶合器的選擇及設計（簡介）107一、選擇設計—

相似計算1.基型選擇—

性能優良的偶合器模型依據：（1）外特性曲線（常考慮最大充液量時特性）（2）按工作要求選擇、（暫態超載係數）和。2.計算步驟：（1）確立相似計算點的參數通常取，（)（2）確立有效直徑由—

動力機額定工作時扭矩（通常)—

動力機額定轉速（)—

額定工況時偶合器扭矩係數—

偶合器工作液體密度108（3）根據選定的偶合器模型，進行特性的相似換算（)（4）偶合器的各線性尺寸均按比值放大或縮小。（5）葉輪葉片數選擇。通常葉片數較多，有利於減小葉片數影響，增加能容量，但會使流動阻力大，對能容又有影響（有經驗參數選取）。一般泵輪葉片與渦輪葉片相差多兩片或少兩片。個別情況下，工藝製造不利時，稍作變化。109二、迴圈圓設計（新偶合器設計）偶合器設計主要決定迴圈圓的尺寸參數，因為迴圈圓流動決定偶合器的性能。此種方法也是一種半理論半經驗的方法。主要步驟為：1.確立設計工況下的泵輪功率、轉速通常根據工作機要求，考慮與原動機的配合等，選定、。2.確立偶合器的有效直徑由（）則參考相近的樣機，根據要求，選定和值，進行試算，值，進行比較確定（，）確立不同方案110有內環無內環3.選定葉輪葉片數，參考相關資料分析確立。另外在設計中，還有不少因素影響偶合器的性能，如，有內環與無內環，迴圈圓深度分析比較後確立。當然，最後設計完成後，還要進行模型試驗確立性能。等。在進行計算時，均參考有關資料，111一、液力偶合器的優越性1.與液力變矩器比，結構簡單，容易製造；2.額定工作點（)，高；3.由工作液傳遞動力，無機械摩擦，則壽命長，維護簡單；4.能隔振、減振，緩和衝擊負荷，使工作機動力機可靠；5.車輛使用偶合器時，低速時不滅火，操作簡單。同時可在啟動時較平穩的速度（無級變速），可防打滑。發動機制動時，有好的制動性能（對下坡行駛更為安全）；6.大型運輸機械，可提高牽引力，使電機能帶載啟動，而且啟動速度快；7.可進行無級調速，對風機、水泵等葉片機械的調速（為拋物線負荷，曲線）操作方便，節能效果顯著。第七節液力偶合器的優缺點112二、偶合器的缺點1.不能改變扭矩（和變矩器相比）；2.當工況改變時，3.在大型偶合器中，需要專門的冷卻系統，因而附屬設備增多（與機械傳動相比較）。變化，尤其在時，較多.113自學：偶合器類型（種類）1.牽引型2.限矩型3.調速型參考教材P61-74要求：（1）工作原理（實現的過程）（2）結構型式（如何實現）（3）優缺點（4）應用條件（適用場所）114

液力偶合器的特性一、液力偶合器的原始特性偶合器的原始特性是扭矩係數（）和轉速比（）的關係以及效率和轉速比的關係。它是通過試驗數據經過換算後得到的。1.泵輪扭矩基本計算方程（扭矩相似方程）

-----（由液力傳動相似關係的扭矩關係知）115由偶合器迴圈圓中的流量（泵流量）平均速度係數而（—

迴圈圓的最大外徑，即有效直徑）（為迴圈圓平均流線直徑，因此為的2倍面積）116根據泵輪的理論能頭運算式得（)因此泵輪給液流的功率為：則泵輪對液流的扭矩為：（)117當時，當工況一定時（），這時，當幾何相似的偶合器。其係數，是相同的。而相似工況時，相等。

而在“自模區”（阻力平方區）時，也視為相等，則有相等。令：為泵輪液力扭矩係數，原型和模型是相等的。（無因次）118由此可知：由第一章液力傳動相似關係知：（）泵輪扭矩方程（偶合器計算基本方程，即扭矩相似方程）（）式中：—

泵輪扭矩係數。由試驗確定，因而沒有葉片數的影響（曲線如下圖）。－泵輪機械效率。119液力偶合器的原始特性1202.偶合器效率關係由泵輪功率（）式中令

—

泵輪功率係數與相差一常數，故變化與相同。由可知，變化如曲線所示。，而，即時，由關係知，時，，由以上討論知，當時，對幾何相似的偶合器，不變，速度三角形不變化。

但由於溫度、粘性和葉片厚度不完全相似，則和只能是近似相等。因此，稱此工況為等傾角工況。它們有相同的曲線和曲線。121二、偶合器的特性指標1.轉速比—稱為運動指標。同時與有關的還有滑差（相對值）2.變矩係數—

稱為力指標，3.最優點泵輪扭矩係數—

功率能容指標，即偶合器傳遞動力的大小。和等與、、有關，不便比較，採用在時為代表（見原始特性曲線）（時由，當一定，此時在傳遞相同、有效直徑可小。（各種摩擦損失引起）由於值）。時，偶合器的能容量大。1224.偶合器效率—

稱為經濟指標。5.超載係數（為持續超載係數）為時扭矩係數。式中：—

暫態超載係數—

最大泵輪扭矩係數—

為持續的超載係數，為時，傳遞的扭矩是額定工況（)時所傳遞扭矩的多少倍。—為系統中的最大衝擊扭矩值表示係數。（），當時，。通常：123三、偶合器的外特性時，的關係。條件下，由試驗得到的。和密度由試驗數據，則可把偶合器泵輪扭矩係數計算出來：偶合器外特性是在它是在運動粘性係數，就是說在試驗過程中，工作液的溫度不發生變化。因此得到：（，)124外特性曲線如圖所示。、、由，當一定時，125.設計工況點（2點）：，，（此時，能容量最