第五章、液力传动.ppt

1、第五章 液力传动,Hydraulic Transmission,2、掌握液力变矩器的基本原理,3、掌握液力变矩器的性能,4、掌握液力变矩器的类型,1、掌握液力偶合器的基本原理和性能,5、掌握液力变矩器与柴油机共同工作特性,7、了解液力变矩器的压力补偿与散热系统,6、了解液力机械变矩器,要求：,液力传动是指主要依靠液体流动动能进行动力传递的传动方法，传动装置主要有液力偶合器和液力变矩器两种类型。,液力传动具有的优点：,液力传动使用油液传递动力，泵轮与涡轮之间不是刚性连接，能较好地缓和冲击与振动，有利于提高车辆上各零部件的使用寿命。 过载保护性好，在输出轴卡住不转时，能够保护原动机不受损坏。 能自

2、动适应外阻力的变化，使车辆能在一定范围内无极的变更其输出轴转矩与转速，从而提高了车辆的平均速度与生产率，而且可减少变速箱档位和换档次数，从而简化变速箱结构和减轻驾驶员的劳动强度。 液力机械在有载荷的条件下也可以容易地起动。,第一节 液力偶合器 一 、基本工作原理,主动元件：泵轮。 泵轮刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转。 从动元件：涡轮。 涡轮连接在从动轴上。 在泵轮与涡轮上，径向焊接了许多叶片，用来传递动力。,电风扇A通电，B不通电，电风扇A将以空气为介质带动电风扇B转动。,液力偶合器工作示意图,油液的螺旋形路线,液力偶合器实现传动的必要条件是：,工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。而循环流动的

3、产生，是由于两个工作轮转速不等，泵轮产生的离心力大于涡轮产生的离心力所致。,二、液力偶合器的性能,MB +MT =0,液力偶合器中的工作液只受到泵轮转矩和涡轮转矩作用,所以,液力偶合器中的效率,即,MB = -MT,液力偶合器的效率特性,第二节 液力变矩器的基本原理 一、液力变矩器的构造和基本工作过程,1）泵轮：主动元件. 与发动机曲轴相连。2）涡轮：从动元件. 与从动轴相连。3）导轮：固定不动.,液力变矩器中的工作液受到泵轮转矩，涡轮转矩和导轮转矩的共同作用。,MB +MT +MD =0,所以,即,MT = -（MB +MD）,当MB与MD同号时， MT MB,当MB与MD异号时， MT M

4、B,和偶合器相比，液力变矩器在结构上多了一个导轮。在液体循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出转矩不同于泵轮输入转矩。 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），而改变涡论输出力矩。,液力变矩器和偶合器的相异点,二、液力变矩器的变矩原理 1.液流通过流道时的作用力,液流质点的速度三角形,设工作轮控制面中ABCD这一段液体经过时间dt后流到新的位置ABCD，在此时间内动量矩L的增量为,所以,由于,得到 dL=Qdt(r2 v2cos2 r1v1cos1) 或 dL=Qdt(v2ur2 v1ur1)

5、 其中 v2u =v2cos2 ，v1u=v1cos1,动量矩定理：单位时间内液流动量矩的变化等于作用在液流上的合外力矩。,则有,对于泵轮B、涡轮T、导轮D分别有：,2.液力变矩器的变矩原理分析,作用于液流上的总合外力矩为,MT = -（MB +MD）,MB +MT +MD =0,a）起步工况，输出最大转矩； b）运行工况，自动改变速度、转矩； c）临界工况，涡轮与泵轮转矩相等；d）轻载工况，输出转矩小于泵轮转矩,三、液力传动的特点 液力变矩器能自动地根据负荷的变化调整输出转速和转矩，提高了机器的自动适应性。可以减少变速箱的档位数，简化操纵，减小了驾驶员的劳动强度，提高生产率. 有效的隔离了振

6、动在发动机与传动系之间传递，改善了机器构件的受力状态，延长了机器的使用寿命。 由于工作液吸收了大量的高频振动能量，使机架、驾驶台的振动大大减少，提高了机器的平顺性、舒适性。 液力传动与动力换档变速箱相结合后，不存在挂不上档的问题，可以有效的发挥发动机的功率，也容易提高机器的自动化程度。 液力偶合器、变矩器的工作轮结构复杂，制造成本高。 液力传动的效率低于机械传动。,第三节 液力变矩器的性能,液力变矩器的外特性,液力变矩器的原始特性,液力变矩器的输入特性,液力变矩器的外特性是指在泵轮转速nB一定的条件下，变矩器的输入转矩MB、输出转矩MT、效率与变矩器涡 轮转速nT的关 系。 液力变矩器的外特性

7、也称为涡轮输出特性。 液力变矩器的基本类型： a）向心涡轮式 b）轴流涡轮式 c）离心涡轮式,一 、液力变矩器的外特性,液力变矩器的泵轮转速nB一定时，载荷MT的变化引起泵轮转矩MB变化的性能称为液力变矩器的透穿性。 如果MT增大时MB也增大，则称该变矩器有正的透穿性（图a）。 如果MT增大时MB减小，则称该变矩器有负的透穿性（图c ）。 如果MT变化时MB不变化，则称该变矩器没有透穿性（图b）。,变矩器的通用特性,二、液力变矩器的原始特性 定义,变矩系数：,泵轮、涡轮转矩系数：,变矩器的效率：,根据流体力学基本理论和相似理论，可以得出K、B、均为 i 的函数。 变矩器的原始特性曲线： K =

8、 K（i）; B =B（i）; =（i）三条线。,液力变矩器的原始特性曲线,变矩器循环圆示意图,通常把轴向断面构成的环状空腔，称为循环圆。 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。 循环圆的最大外径叫做有效直径。,变矩器循环圆示意图,变矩器的特征工况： 起步工况： i0 ，i = 0，K0， B0 最高效率工况： i*，*，B*，K* 高效工作范围： i，i”， = 0.75，K，K” 偶合器工况： K = 1，im,液力变矩器的原始特性,0.75,im,i i* i”,变矩器的特征工况： 起步工况： i0 ，i = 0，K0， B0 最高效率工况： i*，*，B*，K* 高

9、效工作范围： i，i”， = 0.75，K，K” 偶合器工况： K = 1，im,三、液力变矩器的输入特性 液力变矩器的输入特性是变矩器泵轮转速nB与泵轮转矩MB的关系。,无透穿性 正透穿性 综合透穿性 负透穿性,原始特性,输入特性,第四节 液力变矩器的类型,一、向心、轴流、离心涡轮,与其它型式比较，向心涡轮变矩器有以下优点： 1正透穿性；2能容量大；3最高效率高,最大缺点是起动工况（i=0）的变矩系数K0较小。,二 、单相和多相液力变矩器 相 液力变矩器工作轮的工作状态数。,液力变矩器的原始特性,两相液力变矩器,单向离合器（又称自由轮机构或超越离合器）有多种形式，但其功能和工作原理都是相同的

10、，它的功能是：单向传动，单向锁定。,三相液力变矩器,三 、正转和反转液力变矩器 在正常运转的条件下，涡轮与泵轮转向相同的变矩器为正转型液力变矩器；涡轮与泵轮转向相反的变矩器为反转型液力变矩器。,四、单级和多级液力变矩器 泵轮与导轮之间或导轮与导轮之间刚性相连的涡轮数目称为变矩器的级。 变矩器的涡轮被泵轮和导轮分为几个部分，变矩器就有几个级。,单级液力变矩器,五、液力变矩器选型,采用向心涡轮变矩器。 对于类似于推土机的机器，行驶速度低，行驶阻力大，变矩器工作于传动比 i 较大的时候不多，优先选用单相变矩器。 如装载机这样的机器，行驶时速度高，行驶阻力也不大，工作于传动比 i 大的时候较多，在铲掘

11、过程中牵引力大，而且变化剧烈，最好选用多相变矩器。,1.结构型式,为了便于机器起步，液力变矩器应有较高的起动工况变矩系数。 但实际上，配有动力换档变速箱后，向心涡轮变矩器的变矩系数能满足大多数工程机械的需要。,2.变矩性能,液力变矩器应有正的透穿性。 为保证柴油机不熄火，变矩器与发动机工作时的工作点在任何情况下都不宜越过柴油机的最大转矩点。,3.透穿性能,4效率 从理论上讲，液力变矩器的效率越高、高效区越宽，变矩器的质量就越好。多相变矩器的高效区宽，但成本高。 5速度变化 涡轮转速变化范围应该有一个限制，通常涡轮的最高工作转速应该小于最高效率时转速的1.5倍。,第五节 液力变矩器与柴油机共同工

12、作特性,研究目的：在于检查液力变矩器的型式及有效直径的选择是否合理，以及如何匹配才能使整机获得良好的牵引性能和燃料经济性。 研究内容：液力变矩器与柴油机共同工作的输入特性和输出特性，以及发动机与变矩器的合理匹配。,一、共同工作的输入特性 将柴油机的调速外特性曲线与变矩器的输入特性曲线画在一起，就得到了液力变矩器与柴油机共同工作的输入特性曲线，它反映了柴油机的工作点与变矩器传动比的关系。,用共同工作的输入特性来评价二者的匹配是否合理，要从共同工作区的大小及其位置所处柴油机特性的区段是否合理来综合考虑。,变矩器与柴油机匹配,共同工作区,影响因素,变矩器有效直径,变矩器透穿性,变矩器透穿性 影响共同

13、工作输入特性的范围大小。 变矩器有效直径 影响共同工作输入特性的位置高低。,无透穿性 正透穿性,液力变矩器的输入特性：,液力变矩器与柴油机共同工作的输出特性是指柴油机与变矩器共同工作时，涡轮转矩MT、涡轮功率NT、比油耗geT、效率、柴油机曲轴（泵轮）转速ne（或nB）等随涡轮转速nT的变化规律。 根据这些曲线，可以评价变矩器与柴油机共同工作的性能；也可以由此进一步计算工程机械的牵引性能。,二、共同工作的输出特性,液力变矩器与柴油机共同工作的输出特性可根据其共同工作的输入特性和液力变矩器的原始特性绘制。,i,液力变矩器与柴油机共同工作的输出特性计算表,液力变矩器与柴油机共同工作的输出特性,三、

14、发动机与变矩器的合理匹配,最大牵引功率原则,柴油机额定点与变矩器 高效区中点匹配原则,最高平均牵引功率原则,变矩器的有效直径 D,1.最大牵引功率原则,为了获得最大牵引功率，要求共同工作的输入特性曲线上，液力变矩器最高效率时的传动比（i*）所对应的负荷抛物线通过柴油机额定工作点MeH，这样机器可以获得最大的功率。,2.柴油机额定点与变矩器高效区中点匹配原则,如果按i1*与柴油机额定点匹配，当机器处于轻载状态时，变矩器将工作于偶合器状态的效率不稳定区； 如果按i2*与柴油机额定点匹配，虽然轻载时机器的效率可以保证，但超载时机器的效率偏低。,变矩器的有效直径D:,高效区中点传动比：,如果变矩器涡轮的转矩MT的概率密度函数为p（MT），则 可以按以下步骤确定变矩器的有效直径D： 1）预定变矩器有效直径D，作其与柴油机共同工作的输出 特性，并得出涡轮功率NT与涡轮转矩MT的函数关系 ： NT=NT（MT） 2）按下式计算涡轮的平均输出功率 3）按最优化理