第三章液力傳動教學課件

液力傳動通過工作液體在循環(huán)流動中的液體動能變化來傳遞動力，這種傳動叫做液力傳動。液力傳動裝置（部件）液力變矩器：既能傳遞轉矩又能改變轉矩大小。 液力偶合器：傳遞轉矩，輸出轉矩與輸入轉矩相等。

7/22/20231液力傳動液力傳動原理簡圖7/22/20232液力傳動第一節(jié)液力偶合器一、液力偶合結構（如下圖）（液力聯(lián)軸器）7/22/20233液力傳動簡圖主動部分從動部分工作液體7/22/20234液力傳動主動部分：泵輪（盆形輪，具有一定曲度的徑向葉片）；偶合器外殼（接發(fā)動機曲軸接盤）從動部分：渦輪、從動軸（同樣渦輪徑向排列著許多有－定曲度的工作葉片r泵＝r渦，兩輪相向安裝在密封的外殼內，有３~４mm的間隙）工作液體：7/22/20235液力傳動二、工作原理及特性7/22/20236液力傳動

工作泵輪由發(fā)動機帶動旋轉→葉片帶動工作液作牽連運動→在離心力作用下→工作液由泵輪葉片內緣流向外緣同時由于r泵＝r渦，F(xiàn)＝mw2r，nB＞nT；所以泵輪外緣壓力＞渦輪外緣壓力，從而在壓力差的作用下，液體要從泵輪外緣流向渦輪外緣；循環(huán)圓：工作液體既有隨工作輪的圓周運動（牽連），又有在液壓差的作用下的相對運動（從泵輪到渦輪），一般其液流在泵輪、渦輪間斷面呈圓形，稱之為循環(huán)圓（注意循環(huán)圓的方向判斷）7/22/20237液力傳動1、動力傳遞過程：泵輪機械能→工作液動能→通過循環(huán)液→渦輪機械能→輸出軸2、、傳動特點只能傳遞扭矩，不能改變扭矩大小；即MB＝MT（為什么？進行受力分析，取工作液為研究對象，用動量矩定理）3、傳動條件工作液在泵輪和渦輪之間有循環(huán)流動；即有壓力差（或寫為nB＞nT）7/22/20238液力傳動4、偶合器循環(huán)流量變化曲線7/22/20239液力傳動5、液力偶合器的傳動效率7/22/202310液力傳動（１）、起步平穩(wěn)（變剛性連結為柔性連結，衰減了發(fā)動機傳給傳動系的振動，也減小了傳動系對發(fā)動機的影響）（２）、防止發(fā)動機過載熄火（３）、減少了換檔次數(shù)（４）、二者間允許有很大的轉速差三、作用7/22/202311液力傳動第二節(jié)液力變矩器

一、結構7/22/202312液力傳動三個工作輪7/22/202313液力傳動最簡單的液力變矩器是由三個工作輪組成的，與偶合器相比，多了一套固定不動的導輪。工作輪由高強度的輕合金（如鋁合金）鑄成，由內外環(huán)及內外環(huán)間的葉片構成，三個工作輪相互御接，形成工作液的環(huán)流通道，即環(huán)形內腔。主動泵輪與發(fā)動機曲軸相連，從動渦輪與輸出軸相連；導輪固定在套管上。7/22/202314液力傳動液力變矩器簡圖7/22/202315液力傳動7/22/202316液力傳動假定發(fā)動機負荷及轉速不變，即泵輪nb、Mb為常數(shù)；沿循環(huán)圓展開各工作輪，如下圖：二、液力變矩器的變矩原理7/22/202317液力傳動取工作液體為研究對象，對其進行受力分析：泵輪由發(fā)動機帶動，給液體轉矩記為Mb；液體由泵輪葉片帶動作圓周運動，同時又沿著葉片由內沿流向外沿，即作相對運動；最后以絕對速度u１沖向渦輪葉片；渦輪葉片給液體以阻力矩,記為Mw'；液流方向發(fā)生變化，同理以絕對速度u２沖向導輪；導輪固定不動，其葉片給液流一阻力矩，記為Md

'；液流改變方向后，液流沿葉片以速度u３沖向泵輪葉片入口，液體完成一個循環(huán)。也就是說，液流又回到了起點。7/22/202318液力傳動由動量矩定理可知，液體循環(huán)一周，動量矩沒有變化，因此液體所受外力矩之和應為零，即：（取逆時針方向為正）－Mw'＋Mb＋Md

'＝０即：Mw'＝Mb＋Md

'由作用力與反作用力定理可得，三個工作輪上的轉矩關系式為：Mw＝Mb＋Md液力變矩器的轉矩方程7/22/202319液力傳動（１）、機械起步前渦輪的轉速為０，液流沿渦輪葉片直接以u２沖向導輪葉片工作面，且與葉片角度較大，液流方向改變很大，即導輪給液流以較大的阻力矩，即Md較大且為正，所以起步工況液力變矩器為增扭過程，使得渦輪輸出轉矩Mw＞Mb，Mw＝Mb＋

Md3、討論Md方向及大小7/22/202320液力傳動nw＝0，nB

＞0，nw＜＜

nB（導輪固定）；Mw=MB+MD

；起步之前7/22/202321液力傳動（２）、機械加速行駛

當Mw增加到足以克服起步阻力時，渦輪由０開始加速，隨著渦輪轉速的逐漸增加，u２逐漸向左偏移，即u２與導輪葉片的角度逐漸變小，也就是Md在逐漸變小。當渦輪轉速達某一值時，u２正好與導輪出口方向平行，液流不改變方向直接沖出導輪，即此時Md＝０，則Mw＝Mb（此時相當于液力偶合器）7/22/202322液力傳動當nw＝0.85nB

時（導輪固定），Mw=MB液流的方向與導輪葉片平行時，變矩器由變矩變?yōu)榕己瞎r起步后中間狀態(tài)7/22/202323液力傳動（３）、機械繼續(xù)加速液流速度u２方向繼續(xù)向左偏，液流沖擊導輪葉子背面，形成背壓，Md方向相反，為負。則Mw＝Mb－

Md（４）、當nw＝nb時（渦輪速度增加到等于泵輪轉速時），液流沒有循環(huán)運動，液力變矩器不能傳遞動力。Mw＝０7/22/202324液力傳動高速運行Mw=MB＋（－MD）當nw＝nB

時，液力變矩器失去傳遞動力的能力7/22/202325液力傳動（K不是一個常數(shù)，實際上運用段）（機械傳動比為：）

1、液力變矩器的傳動比2、變矩系數(shù)三、液力變矩器性能參數(shù)7/22/202326液力傳動

（對偶合器：k=1、）3、變矩器效率4、泵輪扭矩與渦輪扭矩的計算方程7/22/202327液力傳動四、液力變矩器的特性（一）、液力變矩器的輸出特性（外特性）當nB=常數(shù)時的關系。當MB=常數(shù)時的關系。7/22/202328液力傳動

以nw為橫坐標，Ｍ為縱坐標，（Mb、nb為常數(shù)），可繪出工作特性圖如下：

7/22/202329液力傳動從圖中可知：（１）、當nw＜nw1時，Mw＝Mb＋Md為增扭過程（２）、當nw＝nw1時，Mw＝MbMd＝０為偶合工況（３）、當nw＞nw1時，Mw＝Mb－Md為減扭過程，實際上已不用此段（４）、當nw＝nb時，Mw＝０，不起傳動作用7/22/202330液力傳動（二）、原始特性的關系曲線（是由輸出特性及公式計算而得），幾何相似的同類型變矩器其原始特性是一樣的。7/22/202331液力傳動（三）、變矩器的基本性能1、經(jīng)濟性能評價參數(shù)：（1）最高效率的大小（2）高效工作區(qū)的大小7/22/202332液力傳動2、變矩性能評價參數(shù)：（1）起步或制動工況的（2）偶合工況7/22/202333液力傳動3、透穿性能變矩器渦輪軸上負荷變化時透過變矩器而影響泵輪（發(fā)動機）扭矩和轉速的能力。（起動工況與偶合工況的泵輪力矩系數(shù)之比）7/22/202334液力傳動透穿類型（１）非透穿性：λ１不隨i的變化，T恒等于１；即當n1不變時，Ｍ１不隨Ｍ２的變化而變化。（２）正透穿性：λ１隨i的減小而增大；即Ｍ１隨Ｍ２的增大而增大（n1不變）。（３）負透穿性：λ１隨i的減小而減小；即Ｍ１隨Ｍ２的增大而減小（n1不變）。（４）混合透穿特性：具有兩種特性，此時Π

＝透穿性的決定因素（１）取決于工作腔內和工作輪的布置方式（２）渦輪的型式（３）泵輪葉片出口角的大小等7/22/202336液力傳動（四）變矩器的輸入特性為變矩器輸入扭矩與輸入轉速之間關系的特性曲線。（即發(fā)動機的負荷特性）7/22/202337液力傳動五、綜合式液力變矩器

1、結構在簡單三元件變矩器的基礎上，只在導輪上加裝一個單向離合器（自由輪、超越離合器），自由輪的內圈固定在導管上（固定不動），外圈與導輪連結。7/22/202338液力傳動單向離合器7/22/202339液力傳動2、原理（１）、當液體沖擊葉片正面時,Ｍd＞０，自由輪內外圈剛好楔緊，導輪固定不動，以變矩器工作。（２）、當液流沖擊導輪葉片的背面時，Ｍd＜０，自由輪外圈相對內圈自由轉動，即導輪自由轉動，相當于偶合器工作。7/22/202340液力傳動

３、特性曲線

如圖：當nw＜nw1時，Ｍd＞０，當nw＞nw1時，Ｍd＜０，7/22/202341液力傳動特性曲線7/22/202342液力傳動４、優(yōu)點

能提高變矩器在大傳動比范圍內的傳動效率7/22/202343液力傳動第三節(jié)液力變矩器的類型及應用

一、液力變矩器的類型１、按各工作輪在循環(huán)圓中的排列順序分（１）、正轉（１２３）變矩器由循環(huán)圓方向看，導輪在泵輪之前；渦輪旋轉方向與泵輪一致7/22/202344液力傳動（２）、反轉（１３２）型變矩器a、轉向相反導輪在渦輪之前，導輪葉片作用改變了渦輪的液流方向，渦輪反向旋轉，與泵輪轉向相反。b、透穿性大渦輪在泵輪前，外載荷的變化對泵輪的進口液流影響較大，即Ｍw對Ｍb影響大c、傳動效率低液流方向在泵輪入口隨渦輪載荷變化而急劇變化，效率低。d、一般機械不采用，多用在船舶上作倒檔機構7/22/202345液力傳動2、按布置在泵輪與導輪或導輪與導輪之間的剛性連接在一起的渦輪數(shù)分單級、二級、三級等型式（各渦輪之間剛性相連）如圖：２－19。若渦輪數(shù)為多個，但每個渦輪并不安裝在其它兩個工作輪之間，則仍為單級多渦輪變矩器，按渦輪個數(shù)，稱為雙渦輪或三渦輪等液力變矩器。7/22/202346液力傳動多級液力變矩器7/22/202347液力傳動

多級液力變矩器的優(yōu)缺點：（１）、與低級變矩器相比，可以在小傳動比時提高變矩系數(shù)Ｋ（多個渦輪作用的結果）（２）、高效率范圍擴大，從而擴大了工作范圍（3）、最高效率值低于單級多級變矩器的應用：Caterpillar推土機等7/22/202348液力傳動3、按工作輪不同的配合方式所具有的不同工作狀態(tài)的數(shù)目

分單相、二相、三相等型式工作輪相互配合作用的變換是借助于自由輪機構、離合器、制動器等來實現(xiàn)的，借助于這些機構使一些工作輪在一定工況下改變作用從而改變變矩器的工作狀態(tài)及特性。（１）、單級二相液力變矩器（綜合式）借助自由輪改變導輪的功能（固定和自由旋轉）；使變矩器有變矩器和偶合器的特性（注：在液流作用下，自動改變的）7/22/202349液力傳動（２）、單級三相液力變矩器

如圖：２－277/22/202350液力傳動結構：兩個導輪，各自通過自由輪固定在殼體上特性：由兩個變矩器特性和一個偶合器特性組成原理：I在０~i1段時，即I<i1時，導輪３１、３２不動，以變矩器工作I1<I<Im時，導輪３１自由旋轉，３２不動，以變矩器工作Im<I<1時，３１、３２都自由旋轉，以偶合器工作優(yōu)點：提高了變矩系數(shù)Ｋ，消除了高傳動比時的低效率區(qū)域，加寬了高效范圍。應用：主要用在推土機、裝載機、汽車等7/22/202351液力傳動4、按渦輪在循環(huán)圓中的位置（１）向心渦輪式如下圖：渦輪中液流入口半徑出口半徑，在渦輪中液流由周邊流向中心，與離心力方向相反，泵輪出口液流阻力增加，渦輪轉速變化直接影響到泵輪，Ｍb隨Mw增大而增大，因此，向心渦輪式正透性大。（２）軸流渦輪式如下圖：，在渦輪中液流軸向流動，離心力與流向垂直，對泵輪影響不大，因此，軸流式的正透性不大。7/22/202352液力傳動（３）離心渦輪式如下圖：，在渦輪中液流流向與離心力的方向相同，具有較小的正透性以上三種形式中，向心渦輪式的綜合性能好，工程機械上廣泛使用。7/22/202353液力傳動5、帶閉鎖離合器的液力變矩器7/22/202354液力傳動（a）圖（１）結構在渦輪和泵輪之間裝上磨擦離合器５（２）原理時，５分開，４楔緊，以變矩器工作 時，４松開，５接合，，導輪３自由旋轉，從而提高了在大傳動比范圍的傳動效率7/22/202355液力傳動（b）圖

（１）結構（２）原理當５松開，６接合，４楔緊傳遞動力，以變矩器工作當５接合，６松開，４松開，實現(xiàn)直接傳動。各工作輪靜止不動，避免了風損。7/22/202356液力傳動

二、液力機械變矩器（一）構成由液力變矩器和二個自由度的機械元件組成；它把功率分流傳遞，然后又總合到輸出軸上。（二）分類內功率分流液力變矩器：功率分流在變矩器內部完成的外功率分流液力變矩器：功率分流在變矩器外部完成的7/22/202357液力傳動１、強制導輪反轉的液力機械變矩器結構：２個渦輪，為二級的變矩器；一個行星排；二個制動器；（三）內功率分流液力變矩器7/22/202358液力傳動工作原理：（１）在機械起步和大負載作業(yè)時（I<i1）：制動器１２松開，８制動，行星架７則不動，動力在導輪３上分流，然后匯合到從動軸上。從而使動力增大，即Ｋ增大，滿足重載工況需求。動力傳遞：功率在導輪３上分流，為內功率分流變矩器。7/22/202359液力傳動12制動，８松開，行星排空轉（nt=0、nq=nj），不起傳動作用，相當于一個二級變矩器工作（導輪３固定不動）動力傳遞：4→1→2→5優(yōu)點：Ｋ值在小傳動比時提高較多，同時小傳動比范圍的效率也得到提高。（２）在高速或輕載工況作業(yè)時（I>I1）：7/22/202360液力傳動2、雙渦輪液力機械變矩器

（１）結構：如圖２－36特性曲線如圖所示，為二相單級。7/22/202361液力傳動（２）原理：當I<i1時，９楔緊在傳動軸７上（n10<n8），兩條路線同時傳遞動力當I>i1時，９松開（n10>n8）只有渦輪２２、齒輪１１、１０這條路線傳遞動力（３）優(yōu)點：在小傳動比范圍（重載），Ｋ和效率提高較大。能適應于工程機械的工況需求。（４）應用：目前國產(chǎn)輪胎式裝載機全用的是此變矩器7/22/202362液力傳動（四）、外功率分流液力機械變矩器一部分功率經(jīng)變矩器傳遞，另一部分功率由機械元件在變矩器外傳遞，最后匯總到從動軸上。如圖２－30的幾