第三章 液 力 传 动2007.ppt

1、2020/7/23,液力传动,1,第三章 液 力 传 动,学习重点：液力变矩器的工作原理及特性,2020/7/23,液力传动,2,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。,2020/7/23,液力传动,3,液力传动原理简图,第一节 液力偶合器 一、液力偶合结构（如下图） （液力联轴器）,2020/7/23,液力传动,5,简图,主动部分 从动部分 工作液体,2020/7/23,液力传动,6,主动部分：泵轮（盆形轮，具有一定曲度的径向叶片）；偶合器

2、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mm的间隙） 工作液体：,2020/7/23,液力传动,7,二、工作原理及特性,2020/7/23,液力传动,8,工作泵轮由发动机带动旋转叶片带动工作液作牵连运动在离心力作用下工作液由泵轮叶片内缘流向外缘 同时由于r泵r涡，Fmw2r， nBnT；所以泵轮外缘压力涡轮外缘压力，从而在压力差的作用下，液体要从泵轮外缘流向涡轮外缘； 循环圆：工作液体既有随工作轮的圆周运动（牵连），又有在液压差的作用下的相对运动（从泵轮到涡轮），一般其液流在泵轮、涡轮间断面呈圆形，称之为

3、循环圆（注意循环圆的方向判断）,2020/7/23,液力传动,9,1、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MBMT（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nBnT）,2020/7/23,液力传动,10,4、偶合器循环流量变化曲线,2020/7/23,液力传动,11,5、液力偶合器的传动效率,2020/7/23,液力传动,12,（）、起步平稳（变刚性连结为柔性连结，衰减了发动机传给传动系的振动，也减小了传动系对发动机的影响） （）、防

4、止发动机过载熄火 （）、减少了换档次数 （）、二者间允许有很大的转速差,三、作用,2020/7/23,液力传动,13,第二节 液力变矩器,一、结构,2020/7/23,液力传动,14,三个工作轮,2020/7/23,液力传动,15,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。,2020/7/23,液力传动,16,液力变矩器简图,2020/7/23,液力传动,17,假定发动

5、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,2020/7/23,液力传动,19,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u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u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u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。,2020/7/23,液力传动,20,由动量矩定理可

6、知，液体循环一周，动量矩没有变化，因此液体所受外力矩之和应为零，即：（取逆时针方向为正） Mw Mb Md 即：Mw Mb Md 由作用力与反作用力定理可得，三个工作轮上的转矩关系式为： Mw Mb Md,液力变矩器的转矩方程,2020/7/23,液力传动,21,（）、机械起步前 涡轮的转速为，液流沿涡轮叶片直接以u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 MwMb，Mw Mb Md,3、 讨论Md方向及大小,2020/7/23,液力传动,22,nw0，nB 0， nw nB（导轮固

7、定）； Mw=MB+MD ；,起步之前,2020/7/23,液力传动,23,（）、机械加速行驶,当Mw增加到足以克服起步阻力时，涡轮由开始加速，随着涡轮转速的逐渐增加，u逐渐向左偏移，即u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，u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，则Mw Mb（此时相当于液力偶合器）,2020/7/23,液力传动,24,当nw0.85nB 时（导轮固定），Mw=MB,液流的方向与导轮叶片平行时，变矩器由变矩变为偶合工况,起步后中间状态,2020/7/23,液力传动,25,（）、机械继续加速 液流速度u方向继续向左偏，

8、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 （）、当nwnb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,2020/7/23,液力传动,26,高速运行,Mw=MB （ MD ） 当nwnB 时，液力变矩器失去传递动力的能力,2020/7/23,液力传动,27,（K不是一个常数，实际上运用 段 ）,（机械传动比为： ）,1、液力变矩器的传动比,2、变矩系数,三、液力变矩器性能参数,（对偶合器：k=1、 ）,3、变矩器效率,4、泵轮扭矩与涡轮扭矩的计算方程,2020/7/23,液力传动,29,四、液力变矩器的特性,（一）、液力

9、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。,2020/7/23,液力传动,30,以nw为横坐标，为纵坐标，（Mb、nb为常数），可绘出工作特性图如下：,2020/7/23,液力传动,31,从图中可知： （）、当nwnw1时，Mw Mb Md 为增扭过程 （）、当nwnw1时，Mw Mb Md 为偶合工况 （）、当nwnw1时，Mw Mb Md 为减扭过程，实际上已不用此段 （）、当nwnb时，Mw，不起传动作用,2020/7/23,液力传动,32,（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。,202

10、0/7/23,液力传动,33,（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,2020/7/23,液力传动,34,2、变矩性能,评价参数： （1）起步或制动工况的 （2）偶合工况,2020/7/23,液力传动,35,3、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（发动机）扭矩和转速的能力。 （起动工况与偶合工况的泵轮力矩系数之比）,透穿类型,（）非透穿性：不随i的变化，T恒等于；即当n1不变时，不随的变化而变化。 （）正透穿性：随i的减小而增大；即随的增大而增大（n1不变）。 （）负透穿性：随i的减小而减小；即随的增大而减小（n1不

11、变）。 （）混合透穿特性：具有两种特性，此时T,2020/7/23,液力传动,37,透穿性的决定因素,（）取决于工作腔内和 工作轮的布置方式 （）涡轮的型式 （）泵轮叶片出口角的大小等,2020/7/23,液力传动,38,（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）,2020/7/23,液力传动,39,五、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。,2020/7/23,液力传动,40,单向离合器,2020/7/23,液力传动,

12、41,2、原理,（）、当液体冲击叶片正面时,d，自由轮内外圈刚好楔紧，导轮固定不动，以变矩器工作。 （）、当液流冲击导轮叶片的背面时，d，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。,、特性曲线如图：,当nwnw1时，d，,当nwnw1时，d，,2020/7/23,液力传动,43,特性曲线,、优点,能提高变矩器在大传动比范围内的传动效率,2020/7/23,液力传动,45,第三节 液力变矩器的类型及应用,一、液力变矩器的类型 、按各工作轮在循环圆中的排列顺序分 （）、正转（）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,（）、反转（）型变矩器 a、转向相反

13、 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w对b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,2020/7/23,液力传动,47,2、按布置在泵轮与导轮或导轮与导轮之间的刚性连接在一起的涡轮数分 单级、二级、三级等型式（各涡轮之间刚性相连）如图：19。 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。,2020/7/23,液力传动,48

14、,多级液力变矩器,2020/7/23,液力传动,49,多级液力变矩器的优缺点： （）、与低级变矩器相比，可以在小传动比时提高变矩系数（多个涡轮作用的结果） （）、高效率范围扩大，从而扩大了工作范围 （3）、最高效率值低于单级,多级变矩器的应用：Caterpillar推土机等,3、按工作轮不同的配合方式所具有的不同工作状态的数目 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状态及特性。 （）、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

15、器和偶合器的特性（注：在液流作用下，自动改变的）,（）、单级三相液力变矩器 如图：27,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i1段时，即Ii1时，导轮、不动，以变矩器工作 I1IIm时，导轮自由旋转，不动，以变矩器工作 ImI1时，、都自由旋转，以偶合器工作 优点：提高了变矩系数，消除了高传动比时的低效率区域，加宽了高效范围。 应用：主要用在推土机、装载机、汽车等,4、按涡轮在循环圆中的位置,（）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

16、响到泵轮，b随Mw增大而增大，因此，向心涡轮式正透性大。 （）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。,（）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。,2020/7/23,液力传动,55,5、带闭锁离合器的液力变矩器,2020/7/23,液力传动,56,（a）图 （）结构 在涡轮和泵轮之间装上磨擦离合器 （）原理 时，分开，楔紧，以变矩器工作 时，松开，接合， ，导轮自由旋转，从而提高了在大传动比范围的传动效率,2020/7/23,液力

17、传动,57,（b）图,（）结构 （）原理 当松开，接合，楔紧传递动力，以变矩器工作 当接合，松开，松开，实现直接传动。各工作轮静止不动，避免了风损。,2020/7/23,液力传动,58,二、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,2020/7/23,液力传动,59,、强制导轮反转的液力机械变矩器 结构：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,2020/7/23,液力传动,60,

18、工作原理：,（）在机械起步和大负载作业时（Ii1）：,制动器松开，制动，行星架则不动，动力在导轮上分流，然后汇合到从动轴上。从而使动力增大，即增大，满足重载工况需求。 动力传递：,功率在导轮上分流，为内功率分流变矩器。,2020/7/23,液力传动,61,12制动，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（导轮固定不动） 动力传递：41 2 5 优点：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。,（）在高速或轻载工况作业时（II1）：,2、 双涡轮液力机械变矩器,（）结构： 如图 36 特性曲线如图所示，为二相单级。,2020/7/23,液力传动,63,（）原理： 当Ii1时，松开（n10n8）只有涡轮、齿轮、这条路线传递动力 （）优点：在小传动比范围（重载），和效率提高较大。能适应于工程机械的工况需求。 （）应用：目前国产轮胎式装载机全用的是此变矩器,（四）、外功率分流液力机械变矩器 一部分功率经变矩器传递，另一部分功率由机械元件在变矩器外传递，最后汇总到从动轴上。如图30的几种传动方案,第四节 液力变矩器和发动机的组合,一、