1、1/33ZFS2022-8-9第二章第二章 液力耦合器与液力变矩器液力耦合器与液力变矩器 2/33ZFS2022-8-9一、一、液力传动的特点液力传动的特点 ：1 1）使车辆具有良好的自动适应性能；）使车辆具有良好的自动适应性能；2 2）具有良好的防振隔振作用，提高了车辆）具有良好的防振隔振作用，提高了车辆的的 使用寿命；使用寿命；3 3）良好的启动性，提高了机械的通过性能；）良好的启动性，提高了机械的通过性能；4 4）提高了机械的操纵性和舒适性；）提高了机械的操纵性和舒适性；5 5）具有良好的限矩保护性，提高了机械的）具有良好的限矩保护性，提高了机械的操纵性和作业生产率；操纵性和作业生产率；
2、6 6）成本较高，质量较大，以及由于存在液）成本较高，质量较大，以及由于存在液力损失而使传动效率要低些，最高效率约为力损失而使传动效率要低些，最高效率约为85859292，因而机械的燃料经济性和牵引，因而机械的燃料经济性和牵引效率有所降低。效率有所降低。3/33ZFS2022-8-9二、基本原理 液力变矩器是以液体为工作介质并通过工作液体的动能变化来传递转矩的传动装置。1 1内燃机；内燃机；2 2离心泵离心泵叶轮；叶轮；3 3管道；管道；4 4水轮机水轮机叶轮；叶轮；5 5水槽；水槽；6 6工作机；工作机；7 7液力变液力变矩器简图矩器简图 4/33ZFS2022-8-91 1泵轮壳；泵轮壳；
3、2 2涡轮；涡轮；3 3泵轮；泵轮；4 4输入轴；输入轴；5 5输出轴；输出轴；6 6、7 7叶片端部叶片端部 液力耦合器结构示意图液力耦合器结构示意图 5/33ZFS2022-8-9泵轮壳泵轮壳涡涡 轮轮泵轮泵轮液力耦合器的主要零件液力耦合器的主要零件 6/33ZFS2022-8-9液力耦合器工作示意图液力耦合器工作示意图 泵轮泵轮涡轮涡轮液流方向液流方向7/33ZFS2022-8-9液力耦合器的效率液力耦合器的效率 1122112212nMnMMMPPM1M2 inn128/33ZFS2022-8-9第二节第二节 液力变矩器液力变矩器 一、液力变矩器的构造一、液力变矩器的构造 1 1发动机
4、曲轴；发动机曲轴；2 2变矩器壳；变矩器壳；3 3涡轮；涡轮；4 4泵轮；泵轮；5 5导轮；导轮；6 6导轮固定套管；导轮固定套管；7 7从动轴；从动轴；8 8起动齿圈起动齿圈 9/33ZFS2022-8-9液力变矩器的主要零件液力变矩器的主要零件 变矩器壳变矩器壳泵轮泵轮导轮导轮涡轮涡轮起动齿圈起动齿圈变矩器壳变矩器壳10/33ZFS2022-8-9B-泵轮泵轮T-涡轮涡轮D-导导轮轮液体在变矩器中的运动液体在变矩器中的运动11/33ZFS2022-8-9泵轮及外泵轮及外壳与发动壳与发动机飞轮相机飞轮相连，通过连，通过离心力使离心力使液体由内液体由内向外流动向外流动液体在泵轮中的流动液体在泵
5、轮中的流动12/33ZFS2022-8-9流体向心流体向心流动并改流动并改变方向，变方向，驱动涡轮驱动涡轮及通过花及通过花键联接的键联接的变速器变速器液体在涡轮中的流动液体在涡轮中的流动13/33ZFS2022-8-9导轮静止导轮静止不动，大不动，大角度改变角度改变流体方向流体方向使之与泵使之与泵轮入角接轮入角接近近液体在导轮中的流动液体在导轮中的流动14/33ZFS2022-8-9发动机曲轴发动机曲轴发动机飞轮发动机飞轮变矩器外壳变矩器外壳单向离合器单向离合器液流方向液流方向变速器输入轴变速器输入轴变速器外壳变速器外壳15/33ZFS2022-8-9二、液力变矩器的工作原理二、液力变矩器的工
6、作原理 变矩器之所以能起变矩作用，是由于结构上有变矩器之所以能起变矩作用，是由于结构上有了导轮机构。在液体循环流动的过程中，固定不动了导轮机构。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，使涡轮输出的转矩的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩不同于泵轮输入的转矩。B B泵轮；泵轮；W W涡轮；涡轮；D D导轮导轮 液力变矩器工作轮展开示意图液力变矩器工作轮展开示意图 16/33ZFS2022-8-9a a）n nb b常数，常数，n nw w=0=0时；时；b b）当）当n nb b常数，常数，n nw w逐渐增加时逐渐增加时 根据液流受力平衡条件，得
7、：根据液流受力平衡条件，得：MMb b+M+MW W+M+Md d=0=0 即即 -MMW W=M=Mb b+M+Md d由于液流对涡轮的作用转矩由于液流对涡轮的作用转矩M Mw w（即变矩器输出转矩）与（即变矩器输出转矩）与MMw w方向相方向相反大小相等，因而液流加给涡轮的转矩反大小相等，因而液流加给涡轮的转矩M Mw w等于泵轮与导轮对油流的转等于泵轮与导轮对油流的转矩之和。当导轮转矩矩之和。当导轮转矩M Md d与泵轮转矩与泵轮转矩M Mb b同方向时，则涡轮转矩同方向时，则涡轮转矩M Mw w大于泵大于泵轮转矩轮转矩M Mb b，从而起到了增大转矩的作用。，从而起到了增大转矩的作用。
8、17/33ZFS2022-8-9液力变矩器的特性液力变矩器的特性液力变矩器的特性液力变矩器的特性是表示变矩器各输出是表示变矩器各输出与输入参数之间的函数关系的曲线。与输入参数之间的函数关系的曲线。这些函数之间的相互关系，虽可用理这些函数之间的相互关系，虽可用理论分析和计算来获得，但由于大量引论分析和计算来获得，但由于大量引入假设，使计算结果与实际情况有一入假设，使计算结果与实际情况有一定的差距。因此，变矩器的实际特性定的差距。因此，变矩器的实际特性曲线是通过台架试验得到的。曲线是通过台架试验得到的。液力变矩器的特性曲线主要有以下三液力变矩器的特性曲线主要有以下三种：种：输出特性输出特性（外特性
9、）、（外特性）、无因次特无因次特性性（原始特性）和（原始特性）和输入特性输入特性。18/33ZFS2022-8-9一、液力变矩器的输出特性一、液力变矩器的输出特性输出特性输出特性泵轮转速一泵轮转速一定时，泵轮转矩、涡定时，泵轮转矩、涡轮转矩及变矩器效率轮转矩及变矩器效率随涡轮转速的变化规随涡轮转速的变化规律，即律，即 :)()()(2222211nnMMnMM，透穿性透穿性（泵轮转速不变时，载荷变化引起泵轮（泵轮转速不变时，载荷变化引起泵轮转矩变化的性能）不同的变矩器外特性不同。转矩变化的性能）不同的变矩器外特性不同。液力变矩器的透穿性反映了液力变矩器和发动液力变矩器的透穿性反映了液力变矩器和
10、发动机共同工作的特性，表明了外载荷的变化能不机共同工作的特性，表明了外载荷的变化能不能透过涡轮影响泵轮（即发动机）工作的特性能透过涡轮影响泵轮（即发动机）工作的特性。n2M1M219/33ZFS2022-8-9向心式变矩器，向心式变矩器，泵轮转矩随涡泵轮转矩随涡轮转速增大而轮转速增大而减小减小。轴流式变矩器，轴流式变矩器，泵轮转矩基本泵轮转矩基本不随涡轮转速不随涡轮转速变化，变化，M 1常常数数。离心式变矩器离心式变矩器泵轮转矩随涡泵轮转矩随涡轮转速增大而轮转速增大而增大增大。20/33ZFS2022-8-9变矩器的效率变矩器的效率变矩器的效率变矩器的效率为涡轮轴上的输出功率与泵轮轴上为涡轮轴
11、上的输出功率与泵轮轴上输入功率之比，即：输入功率之比，即：KinMnMPP112212式中：式中：K变矩系数；变矩系数；i转速比。转速比。12/MMK 12/nni 显然，当显然，当n20时，时，0；当当n2增大时，增大时，随之增大。当涡轮轴转速增至一定值时，随之增大。当涡轮轴转速增至一定值时，可达到最大值可达到最大值；然后当继续增大时，由；然后当继续增大时，由于于M2的急剧下降而使的急剧下降而使值随值随n2的增大而减的增大而减小。小。21/33ZFS2022-8-9二、液力变矩器的无因次特性二、液力变矩器的无因次特性 由于液力变矩器的外特性在变矩器型式和由于液力变矩器的外特性在变矩器型式和有
12、效直径变化后其外特性和通用特性曲有效直径变化后其外特性和通用特性曲线完全不同。对同一类型的液力变矩器，线完全不同。对同一类型的液力变矩器，采用采用原始特性原始特性表示液力变矩器的性能。表示液力变矩器的性能。根据液力变矩器的相似原理，对于根据液力变矩器的相似原理，对于几何几何相似相似（循环圆线性尺寸成比例、叶片角（循环圆线性尺寸成比例、叶片角和叶片数相等）、和叶片数相等）、运动相似运动相似（液力变矩（液力变矩器的工况相同）和器的工况相同）和动力相似动力相似（液力变矩（液力变矩器的液流的雷诺数相等）的一系列液力器的液流的雷诺数相等）的一系列液力变矩器有相同的原始特性。变矩器有相同的原始特性。22/
13、33ZFS2022-8-9无因次特性曲线无因次特性曲线通常是用台架试验得到。其方法是通常是用台架试验得到。其方法是测出变矩器在测出变矩器在n1不变不变的输出特性后，选取某一涡的输出特性后，选取某一涡轮轴转速轮轴转速n2值，并通过输出特性曲线确定出与之值，并通过输出特性曲线确定出与之对应的泵轮和涡轮转矩对应的泵轮和涡轮转矩M1、M2，应用计算公式既，应用计算公式既可得到无因次特性曲线：可得到无因次特性曲线：KiMMKDnMnni125211112式中式中 油液重度；油液重度；1泵轮转矩系数；泵轮转矩系数；D变矩器循环圆直径。变矩器循环圆直径。23/33ZFS2022-8-9液力变矩器的无因次特性
14、曲线液力变矩器的无因次特性曲线24/33ZFS2022-8-9无因次特性曲线上的特征参数：无因次特性曲线上的特征参数：1.制动工况变矩系数制动工况变矩系数K0转速比转速比i=0时的变矩系数；时的变矩系数；2.制动工况泵轮转矩系数制动工况泵轮转矩系数 10转速比转速比i=0时的泵轮转时的泵轮转矩系数；矩系数；3.最高效率最高效率max；4.最高效率对应转速比；最高效率对应转速比；5.最高效率对应变矩系数；最高效率对应变矩系数；6.变矩器的工作效率高效区；变矩器的工作效率高效区；7.高效区对应变矩系数；高效区对应变矩系数；8.高效区对应转速比；高效区对应转速比；9.偶合器工况（偶合器工况（K1）对
15、应转速比；）对应转速比；10.偶合器工况对应泵轮转矩系数；偶合器工况对应泵轮转矩系数；11.变矩器透穿性系数。变矩器透穿性系数。1Max1110MM或25/33ZFS2022-8-9三、液力变矩器的输入特性三、液力变矩器的输入特性变矩器的输入特性变矩器的输入特性是反映不同转速比时，泵是反映不同转速比时，泵轮转矩随泵轮转速的变化规律，随着变矩轮转矩随泵轮转速的变化规律，随着变矩器透穿性的不同其变化规律也不相同。器透穿性的不同其变化规律也不相同。),(),(11121511nifnfnDM26/33ZFS2022-8-9第三节第三节 几种典型的液力变矩器几种典型的液力变矩器 一、三元件综合式液力变
16、矩器一、三元件综合式液力变矩器 1 1滚柱；滚柱；2 2塑料垫片；塑料垫片；3 3涡轮轮毂；涡轮轮毂；4 4凸缘；凸缘；5 5涡轮；涡轮；6 6起动齿圈；起动齿圈；7 7变矩器壳体；变矩器壳体；8 8泵轮；泵轮；9 9导轮；导轮；1010单向离合器外座圈；单向离合器外座圈；1111单向离合器内座圈；单向离合器内座圈；1212泵轮轮毂；泵轮轮毂；1313变矩器输出轴变矩器输出轴（齿轮变速箱第一轴）；（齿轮变速箱第一轴）；1414导轮固定套管；导轮固定套管；1515推力垫片；推力垫片；1616单向离合器盖单向离合器盖 27/33ZFS2022-8-9液力变矩器的滚柱式单向离合器液力变矩器的滚柱式单
17、向离合器 1 1内座圈；内座圈；2 2外座圈；外座圈；3 3导轮；导轮；4 4铆钉；铆钉；5 5滚柱；滚柱；6 6叠片弹簧叠片弹簧 28/33ZFS2022-8-9三元件综合式液力变矩器特性三元件综合式液力变矩器特性 29/33ZFS2022-8-91 1起动齿圈；起动齿圈；2 2锁止离合器操纵液压缸；锁止离合器操纵液压缸；3 3导向销；导向销；4 4曲轴凸缘；曲轴凸缘；5 5油道；油道；6 6操纵液压缸活塞（压操纵液压缸活塞（压盘）；盘）；7 7离合器从动盘；离合器从动盘；8 8传力盘；传力盘；9 9键；键；1010涡轮；涡轮；1111泵轮；泵轮；1212导轮；导轮；1313单向离合器；单向
18、离合器；1414涡轮轮毂；涡轮轮毂；1515变矩器输出轴变矩器输出轴 二、带锁止离合器的液力变矩器二、带锁止离合器的液力变矩器 30/33ZFS2022-8-9三、双涡轮液力变矩器三、双涡轮液力变矩器 1 1飞轮；飞轮；2 2、4 4、7 7、1111、1717、1919轴承；轴承；3 3旋转壳体；旋转壳体；5 5弹性板；弹性板；6 6第一涡轮；第一涡轮；8 8第二涡轮；第二涡轮；9 9导轮；导轮；1010泵轮；泵轮；1212齿轮；齿轮；1313导轮轴；导轮轴；1414第二涡轮轴；第二涡轮轴；1515第一涡轮轴；第一涡轮轴；1616隔离环；隔离环；1818单向离合器外单向离合器外环齿轮环齿轮 31/33ZFS2022-8-932/33ZFS2022-8-9双涡轮变矩器传动简图双涡轮变矩器传动简图 6 6第一涡轮；第一涡轮；8 8第二涡轮；第二涡轮；9 9导轮；导轮；1010泵轮；泵轮；1414第二涡轮轴；第二涡轮轴；1515第一涡轮轴；第一涡轮轴；33/33ZFS2022-8-9 双涡轮变矩器的特性曲线双涡轮变矩器的特性曲线
