液力耦合器工作原理

第二章液力耦合器和液力变矩器第一节液力偶合器的结构及工作原理第二节液力变矩器的构造及工作原理第三节液力变矩器的性能参数第四节液力变矩器的类型和典型结构液力耦合器和液力变矩器是利用液体为工作介质，二者均为动液传动，即通过液体在循环流动过程中，液体动能变化来传递动力，这种传动称为液力传动。液力传动原理简图液力传动装置要完成能量转换与传递的过程，必须具有如下机构：1、盛装与输送工作循环液体的密闭工作腔；2、一定数量的带叶片的工作轮及输入输出轴，实现能量转换和传递；3、满足一定性能要求的工作液体与其辅助装置，以实现能量的传递并保证正常工作。液力传动的车辆具有如下优点：能自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，当阻力增加时，则自动的降低转速，增加转矩，从而提高了车辆的平均速度与生产率。提高了车辆的使用寿命，液力变矩器使用油液传递动力，泵轮与涡轮之间不是刚性连接，能较好地缓和冲击，有利于提高车辆上各零部件的使用寿命。简化了车辆的操纵，变矩器本身就相当于一个无极变速箱，可减少变速箱档位和换档次数，加上一般采用动力换档，故可简化变速箱结构和减轻驾驶员的劳动强度。第一节液力耦合器的结构和工作原理液力耦合器的结构液力耦合器的主要零件式两个直径相同的叶轮，称工作轮，由发动机曲轴通过输入轴4驱动的叶轮3为泵轮，与输出轴5装在一起得为涡轮2。叶轮内部装有许多半圆形的径向叶片，在各叶片之间充满工作液体。两轮装合后相对端面之间约有2-5mm间隙。它们的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔（称为循环圆）；循环圆的剖面图如下：该剖面图是通过输入轴与输出轴所作的截面（称轴截面）液力耦合器1.泵轮壳2-涡轮3-泵轮4-输入轴5-输出轴6、7-尾部切去一片的叶片液力偶合器的工作原理工作油液的螺旋形路线涡轮转动时的油液螺旋路线涡轮旋转后，由于涡轮内的离心力对液体环流的阻碍作用，使油液的绝对运动方向有改变。此时，螺旋线拉长如图所示，涡轮转速约稿，由液的螺旋形路线拉得越长。当涡轮和泵轮转速相同时，两轮离心力相等，油液沿循环圆流动停止，油液随工作轮绕轴线作圆周运动,这时，偶合器不再传递动力。第二节液力变矩器的构造与工作原理一、液力变矩器的构造液力变矩器是由泵轮1、涡轮2和导轮3等三个工作轮及其它零件组成。泵轮和涡轮都通过轴承装在壳体上，而导轮则与壳体固定不动。三个工作轮都密闭在有壳体形成的并充满油液的空间中。各工作轮中装有弯曲成一定形状的叶片以利油液的流动，各工作轮中心部分成圆环形称之为循环圆内环。液力变矩器的三个工作轮1-泵轮2-涡轮3-导轮变矩器循环圆示意图通常把轴面（即包含螺旋轴线的剖面，又称为子午面内所形成的内换与外患间的面积称为变矩器的循环圆，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。变矩器循环圆示意图三元件液力变矩器简图右图所示为一种最简单的的变矩器，它只有泵轮1、涡轮2与导轮3等三个工作轮。当发动机带动泵轮1旋转时，油液自A端进入泵轮叶片间的通道，自b端流出冲向蜗轮2的叶片，使蜗轮转动在从蜗轮的c端流出后，经导论3在进入泵轮的a端如此循环实现动力的传递。1-泵轮2-涡轮3-导轮4-工作轮内环5-涡轮槽二、液力变矩器和偶合器的相异点和偶合器相比，变矩器在结构上多了一个导轮。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，这就是变矩器与偶合器的不同点。三、液力变矩器的工作原理下面应用变矩器工作轮的展开图来说明变矩器的工作原理，为便于说明问题，设发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮的转速n1与力矩T1位常数，根据液力平衡方程T`1+T`2+T`3=0即-T`2=T`1+T`3`又根据作用于反作用公理，各工作轮加给油液的力矩与油液加给工作轮的力矩大小相等、方向相反。设油液加给涡轮的力矩为T2,则T2=-T`2固有T2=T`1+T`3上式说明油液加给涡轮的力矩T2等于泵轮与导轮对油液的力矩之和。从而实现了变矩功能。液力变矩器动画演示四、液力变矩器的工作轮原理图下面结合图进一步说明涡轮力矩变化过程，当变矩器输出力矩经传动系产生的牵引力足以克服机械启动阻力时则机械启动便加速行驶同时涡轮转速n2也逐渐增加，这时液流在涡轮出口处不仅有沿叶片相对速度W还有沿圆周的方向的牵引速度U。因此冲向导轮的叶片的绝对速度V应是二者合成速度；因假设泵轮转速不变，液流在涡轮出口处相对速度不变，但因涡轮的转速在变化故牵引速度U也在变化。有图可见冲向导轮绝对速度V将随着牵引速度U增加而逐渐向左倾斜使导轮所受力矩逐渐减小，故涡轮的力矩也逐渐减小。液力变矩器工作轮原理图a)当n1=常数，n2=0时；b)当n1=常数，n2逐渐增加时液力变矩器的类型和典型结构一、液力变矩器的种类较多，由于结构的不同其输出特性差异很大，按照插在其他工作轮翼栅烈数，液里变矩器可分为单级、二级、三级，翼栅是一组按一定规律排列在一起的叶片，有两翼栅得涡轮称为二级，三级翼栅得涡轮称为三级各列涡轮翼栅彼此刚性连接，并和从动轴相连。第三节液力变矩器的结构参数特性参数变矩比K＝T2/T1传动比i＝n2/n1传动效率ŋ＝P2/P1＝T2n2/T1n1＝Ki三元件变矩器外特性第四节液力变矩器的类型和典型结构123型和132型变矩器简图1-泵轮2-涡轮3-导轮1、单级单相液力变矩器所谓单级指变矩器只有一个涡轮，单相则指只有一个变矩器的工况。右图所示为单击单相液力变矩器，这种变矩器结构简单，效率高，最高效率ŋM＝0.8。但这种变矩器的高效区较窄，使它的工作范围受到限制。为了使发动机容易有载起动和有较大的克服外负载的能力，希望起动工况（i＝0）变矩系数K0较大。2.单级两相变矩器如图，把变矩器和偶合器的特点综合在一台变矩器上，也称为综合变矩器。两相变矩器在整个传动比范围内得到更合理的效率。到轮3通过单向离合器7和壳体5刚性连接，传动比在0~im内，从动轴力巨大与主动轴，从涡轮流出的液流冲向导轮叶片的工作面。此时，液流力图使导轮朝导轮反旋转方向转动，由于单向离合器的楔紧，而导轮不转，在导轮不转的工况下，整个系统如变矩器工作，达到增大转矩，克服变化的负荷。1-泵轮2-涡轮3-导轮4-主动轴5-壳体6-从动轴7-单向离合器3、单级三相变矩器单级三相变矩器是由一个泵轮、一个涡轮和两个可单向转动的导轮构成。它可组成两个耶路变矩器工况和一个液力偶合器工况，所以称之为三相。右图所示为双导轮液力变矩器简图，泵轮由输入轴带动旋转，工作油液就在循环圆内作环流运动推动涡轮旋转并输出扭矩。液流从泵轮进入涡轮，再进入第一级导轮，经第二级导轮，再回到泵轮。1-泵轮2-涡轮3、3’-导轮4-自由轮机构4.单级四箱液力变矩器把泵分割成两个，可以在小传动比下改善效率。下图单级四向液力变矩器结构示意图，主泵1和发动机连接，幅泵1`转载主泵轮上，并通过超越离合器9与之相连，两个导轮3和3`装载两个相互没有联系的单向离合器7和8上。1-主泵轮1′-副泵轮2-涡轮3-第一导轮3′-第二导轮4-主动轴5-导轮座6-从动轴7、8、9-单向离合器二、典型变矩器的结构与性能1、单级三元件液力变矩器Catepillar966D装载机变矩器2、单级四元件液力变矩器国产ZL50装载机变矩器3、单级三相四元件变矩器国产CL70自行式铲运机变矩器4、双泵轮液力变矩器CAT988B装载机变矩器966D装载机液力变矩器1-旋转壳体2-泵轮3-齿轮4-油液进口5-输出齿轮6-变矩器壳体7-油液出口8-支承轴9-导轮10-涡轮11-涡轮轴12-接盘ZL50装载机变矩器1-飞轮2-轴承3-旋转壳体4-油泵5-弹性板6-第一涡轮7-轴承8-第二涡轮9-导轮10-泵轮11-轴承12-齿轮13-导轮轴14-第二涡轮轴15-第一涡轮轴16-隔离环17-轴承18-单向离合器外环齿轮19-轴承CL7自行式铲运机变矩器国产CL7自行式铲运机是单机四相元件，它的结构有两个特点：1、具有两个导轮，这两个导论通过单向离合器与固定的壳体相连，根据不同的工况实现两个导轮固定；或一个导轮固定，另一个导轮空转；以及两个导轮都空转等三种工作状态，故称三相。2、带有自动锁紧离合器，可以和泵轮和涡轮刚性连接起来变成机械传动。单向离合器示意图1-滚子2-销3-弹簧4-内圈5-限位块6-铆钉7-档圈8-第一导轮9-外圈单向离合器（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，它的功能如下（1）单向传动：将动力从主动件单方向传给从动件，并可根据主动件和从动件转速的不同自动的接合或分离。（2）单向锁定：能将某一元件单向锁定，并可根据两元件受力的不同自动的锁定或分离。CAT988B装载机液力变矩器