學(xué)習(xí)要求：（1）掌握液力傳動的組成和工作原理；（2）掌握液力偶合器的基本構(gòu)造和工作原理；（3）掌握液力變矩器的基本構(gòu)造和工作原理；（4）掌握變矩器和偶合器的特性曲線；（5）掌握綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)和工作原理；（6）了解帶鎖止離合器的液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理；（7）了解液力傳動在石油工程機械和汽車工程上的應(yīng)用。

課程安排：作業(yè)（2）占3%，4-9，4-12，4-14

理論8學(xué)時。第4章液力傳動第4章液力傳動4.1概述4.2液力偶合器4.3液力變矩器4.4液力變矩器的特性曲線及選用4.5

液力變矩器的類型和構(gòu)造第4章液力傳動4.1

概述

一般的機器設(shè)備都包括動力機、傳動裝置和工作機三部分。傳動裝置將動力機和工作機連接成一體，并起著傳遞能量、變速、變矩、換向、制動及改變動力性能等作用，它是現(xiàn)代機器設(shè)備中為滿足工作機特定要求所不可缺少的重要組成部分。

按傳遞能量方式，現(xiàn)有機器的傳動裝置中主要有機械傳動、電力傳動和液體傳動等形式。液力傳動是液體傳動中的一種，主要靠改變液體動能的大小達(dá)到傳遞和改變能量形式的目的，又稱作動液傳動。

任何傳動系統(tǒng)中，機械傳動件總是不可缺少的。但為了便于區(qū)別和比較，將具有一個或一個以上液力傳動元件的傳動系統(tǒng)都稱作液力傳動系統(tǒng)。

4.1

概述

4.1.1液力傳動的工作原理及優(yōu)缺點

液力傳動系統(tǒng)實際上是離心泵、渦輪機、管道以及其他部件的組合體，其原始型式如圖4-1所示。

離心泵變機械能為液體能；液體能沿管道進(jìn)入渦輪，推動渦輪旋轉(zhuǎn)并帶動與之相聯(lián)的工作機作功，又將液體能轉(zhuǎn)換為機械能

。液力傳動的主要優(yōu)點是：

（1）液力元件內(nèi)部靠液體傳遞能量，無機械連接，因而傳動性能柔和，具有很好的防振和隔振作用，有利于提高由動力機到工作機全部設(shè)備的使用壽命。

（2）液力變矩器能在一定范圍內(nèi)自動變矩和變速。工作機負(fù)荷大時，變矩器輸出力矩自動增大，轉(zhuǎn)速自動降低；負(fù)荷減小時，轉(zhuǎn)速隨之增加，從而使工作機保持正常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。液力偶合器無自動變矩的能力，但可以進(jìn)行無級調(diào)速。

（3）對動力機和工作機起過載保護(hù)作用，防止因載荷突然增大而使動力機熄火或停轉(zhuǎn)，并且改善了動力機的啟動性能。（4）工作機起步平穩(wěn)，加速均勻、迅速。（5）易于實現(xiàn)操作的簡化和自動化。4.1

概述

與機械傳動相比，液力傳動的缺點是：傳動損失較大，效率不高；需要配備供油和冷卻等輔助設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本比較高。

4.1

概述

4.1.2液力傳動的工作介質(zhì)

液力傳動裝置中的工作介質(zhì)除了傳遞能量外，還起著潤滑和冷卻軸承及齒輪等零部件的作用。選用合適的工作液，是保證液力傳動元件具有良好的工作性能和穩(wěn)定性，以及較長工作壽命的重要條件。

（1）密度較大。

（2）有足夠的潤滑性和適當(dāng)?shù)恼扯取?/p>

（3）

不含有可析出的或吸收的大量氣體，不易分解出蒸汽或含有易分解出蒸汽的物質(zhì)。

（4）具有適當(dāng)?shù)拈W點和凝點。

注：閃點是指一定溫度條件下，工作液體的蒸汽與周圍空氣形成的混合氣體，接近火焰發(fā)出閃火時的溫度值。凝點是工作液體在一定條件下開始失去流動性的溫度。

（5）對零部件和密封件無腐蝕作用。

（6）

能在較高的溫度(80～110℃)下長期穩(wěn)定工作，即使用過程中粘度無明顯的改變，也不發(fā)生液體的稠化、氧化及產(chǎn)生沉淀。

目前我國使用的工作液主要是國產(chǎn)6號和8號液力傳動油。

6號液力傳動油：主要用于內(nèi)燃機車、重負(fù)荷卡車、履帶車越野車等大型車輛液力變矩器和液力偶合器，還可用于工程機械的液力傳動系統(tǒng)。8號液力傳動油：主要用于各種小轎車、輕型卡車的液力自動傳動系統(tǒng)。

4.1

概述

第4章液力傳動4.2

液力偶合器

4.2.1液力偶合器的結(jié)構(gòu)

液力偶合器是結(jié)構(gòu)最簡單的液力元件。它是以兩個工作輪（泵輪和渦輪）代替離心泵和渦輪機，并裝在如圖4-2所示的同一殼體之中。

4.2

液力偶合器

工作輪都由外環(huán)、內(nèi)環(huán)及若干葉片組成，如圖4-3所示。一般的偶合器多采用平面徑向直葉片，每個葉片都位于軸面內(nèi)。偶合器的外環(huán)內(nèi)曲表面、內(nèi)環(huán)外曲表面及相鄰兩葉片的表面組成工作輪的流道。兩個工作輪的全部流道空間稱作偶合器的循環(huán)工作腔。

4.2

液力偶合器

通過工作輪軸線作工作腔的截面（即軸面），則內(nèi)外環(huán)型線所形成的軸面投影，稱作循環(huán)圓。

偶合器的循環(huán)圓以軸線為中心，分為上下兩個完全對稱的部分，故通常只以中心線上半部分的形狀表示循環(huán)圓。

循環(huán)圓或工作腔的最大直徑用D表示，稱作有效直徑，是液力傳動元件的表征尺寸。循環(huán)圓或工作腔其他部位的尺寸都用有效直徑的百分?jǐn)?shù)表示，如圖4-4所示。

4.2

液力偶合器

偶合器對工作輪葉片形狀要求不嚴(yán)格，為了便于制造，通常采用平直葉片，葉片在泵輪與渦輪的環(huán)狀腔中沿徑向均布。在泵輪出口與渦輪入口處，液流的通流面積較為寬闊，而在泵輪入口與渦輪出口處，流通面積較為狹小，為了增大此處的流通面積，降低液流阻力，常將此處工作輪葉片間隔地截去一段，如圖4-3（a）所示。

由工作輪內(nèi)環(huán)包絡(luò)成的內(nèi)腔區(qū)城仍充滿工作油，該區(qū)城的油液并不參與能量的傳遞。目前常用的偶合器都取消了工作輪的內(nèi)環(huán)，全部油液都參與能量傳遞，這種偶合器傳遞扭矩的能力較強，如圖4-3（b）所示。

如圖4-2所示，功率較小的偶合器，由于功率低，產(chǎn)生的熱量有限，因此都不配置專門的冷卻系統(tǒng)，而采用自然通風(fēng)散熱的辦法。這類偶合器的殼體上常鑄有鼓風(fēng)葉片，當(dāng)罩殼隨同泵輪旋轉(zhuǎn)時，鼓風(fēng)葉片鼓風(fēng)散熱。4.2

液力偶合器

大功率的偶合器，由于產(chǎn)生熱量較多，常配備專門的冷卻系統(tǒng)，工作時對工作油進(jìn)行強制循環(huán)冷卻。

偶合器工作時，工作腔里的充液量不能改變的叫做不可調(diào)式液力偶合器，充液量可以改變的叫做可調(diào)式液力偶合器。

大功率偶合器，具有冷卻系統(tǒng)，工作輪無內(nèi)環(huán)、充液量可調(diào)的類型，如圖4-5所示。

該液力偶合器中裝有可伸縮移動的導(dǎo)管，俗稱杓管，通過調(diào)節(jié)杓管的位置可以改變工作腔中的充液量。杓管的伸縮可通過偶合器上的手輪機構(gòu)實行手動控制。4.2

液力偶合器

4.2

液力偶合器

4.2.2液力偶合器的基本理論

1.液流在工作輪中的運動規(guī)律

液力偶合器工作時，工作油在工作輪中循環(huán)流動，工作油所流經(jīng)的空間叫做工作腔，如圖4-8（a）所示，工作油一方面按照泵輪—渦輪的順序沿葉片間的流道循環(huán)流動（繞O2軸）；另一方面又隨同泵輪，渦輪做旋轉(zhuǎn)運動（繞O1軸）；因此工作油的運動軌跡形同空間螺管，如圖4-8（b）所示。即液流作螺管運動。

4.2

液力偶合器

在循環(huán)圓上流道中線處的流線稱為平均流線。平均流線繞輸入軸與輸出軸的軸心線旋轉(zhuǎn)，形成平均回轉(zhuǎn)曲面。平均回轉(zhuǎn)曲面將工作輪葉片切成葉柵。平均回轉(zhuǎn)曲面上的液流運動規(guī)律具有代表性，因此，就以該曲面上的液流作為研究對象。為了便于研究和討論常常利用葉柵展開圖。

葉柵展開圖是將曲面展開成平面，即要把空間的運動表示在平面上。展開的原則是保持葉片的傾角不變。

液力偶合器工作輪進(jìn)出口處的液流速度三角形如圖4-9所示。

4.2

液力偶合器

2.工作輪的扭矩方程式4.2

液力偶合器

（4-1）

（4-2）

4.2

液力偶合器

（4-3）

式（4-2）、（4-3）為液力偶合器的泵輪扭矩與渦輪扭矩方程式。

作油自泵輪入口處開始，循環(huán)一周后又回至泵輪入口處，液流對其回轉(zhuǎn)軸的動量矩增量為零，因此液流所受工作輪的作用力矩之和也為零。

根據(jù)泵輪扭矩與渦輪扭矩方程式以及液流速度三角形中的矢量關(guān)系也可得到同樣的結(jié)論。4.2

液力偶合器

4.2.3液力偶合器的特性曲線

1.液力偶合器的輸出特性曲線

偶合器的輸出特性曲線由實驗測得如圖4-10所示。

4.2

液力偶合器

偶合器效率：

4.2

液力偶合器

2.液力偶合器的原始特性曲線

根據(jù)相似理論，凡具有幾何相似的液力偶合器，在運動相似條件下，根據(jù)第四相似定律式（2-52）得：其軸上扭矩應(yīng)與線性尺寸的五次方、轉(zhuǎn)速的二次方以及工作油重度的一次方的乘積成正比，即

式（4-4）為液力偶合器的泵輪扭矩實用方程式。

4.2

液力偶合器

4.2

液力偶合器

3.液力偶合器的調(diào)節(jié)特性曲線

4.2

液力偶合器

當(dāng)外載不變時，改變偶合器的充液量可以獲得不同的渦輪轉(zhuǎn)速。

4.2

液力偶合器

4.液力制動器

利用液力元件的特點，工程上將偶合器的一個工作輪固定，使另一個工作輪與外動力相聯(lián)作為負(fù)載機械，就成了液力制動器，它相當(dāng)于一個始終工作在制動工況的偶合器。

4.2

液力偶合器

4.3液力變矩器

第4章液力傳動4.3.1

液力變矩器的結(jié)構(gòu)

與液力偶合器相比較，液力變矩器除了有泵輪和渦輪外，還有固定不動的導(dǎo)輪，如圖4-15所示。

液力變矩器由于導(dǎo)輪的作用，隨著工作機負(fù)載力矩的變化，變矩器可以在一定的范圍內(nèi)自動地改變輸出力矩的大小和方向，以適應(yīng)工作機運轉(zhuǎn)的需要。

導(dǎo)輪只起導(dǎo)流作用，即改變液體流速的大小和方向，使液體的壓能和動能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，改變進(jìn)、出口處液體的動量矩。4.3液力變矩器

4.3液力變矩器

防止汽蝕的發(fā)生，變矩器都裝有供油泵

為了保證油溫不致過高，變矩器都裝有冷卻系統(tǒng)，即從工作腔引出一部分工作油，經(jīng)冷卻后再輸回工作腔里。4.3液力變矩器

4.3.2液體在工作輪中的運動規(guī)律

1.泵輪出口處2.渦輪入口處3.渦輪出口處4.導(dǎo)輪入口處5.導(dǎo)輪出口處6.泵輪入口處

與變矩器結(jié)構(gòu)、泵輪轉(zhuǎn)速、環(huán)流量Q有關(guān)

.4.3液力變矩器

4.3.3工作輪的扭矩方程式

1.泵輪扭矩方程

如圖4-19所示，由變矩器的葉柵展開圖上液流速度三角形，可以看出

4.3液力變矩器

4.3液力變矩器

2.渦輪扭矩方程式

根據(jù)葉柵展開圖上液流速度三角形

可以得到以下關(guān)系

4.3液力變矩器

4.3液力變矩器

3.導(dǎo)輪扭矩方程式

如圖4-19所示，根據(jù)葉柵展開圖上液流速度三角形，可以得到以下關(guān)系。

4.3液力變矩器

4.3.4工作輪扭矩的平衡

工作油在工作輪里循環(huán)流動，由于液流有動量矩的變化，因此工作輪和液流之間相互產(chǎn)生作用力矩。但當(dāng)工作油從泵輪入口流經(jīng)泵輪、渦輪、導(dǎo)輪再返回泵輪入口時，其動量矩并無變化。其動量矩的增量為零。因此在循環(huán)一周之后液流所受各工作輪的作用力矩根據(jù)動量矩定理其總和為零。（4-11）

式（4-11）為工作輪力矩平衡方程式，該式表明，泵輪扭矩和導(dǎo)輪扭矩之和等于渦輪扭矩。

4.3液力變矩器

根據(jù)以上對液力變矩器工作原理的分析，我們可以得出下面一些結(jié)論：

4.3液力變矩器

4.3.5液力變矩器的透過性

液力變矩器泵輪上的負(fù)荷隨渦輪軸上的負(fù)荷而改變的性能，叫作液力變矩器的透過性。

1.非透過性液力變矩器

由式（4-5）可知：

4.3液力變矩器

2.可透過性液力變矩器

4.3液力變矩器

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

第4章液力傳動用以表示液力變矩器性能參數(shù)的曲線圖叫做液力變矩器的特性曲線。

4.4.1輸出特性曲線

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

4.4.2原始特性曲線

根據(jù)相似理論，按式（4-4）推導(dǎo)方法，可得出液力變矩器泵輪扭矩方程式

（4-12）

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

同理，按相似理論可導(dǎo)出渦輪扭矩方程式。

（4-13）4.4液力變矩器的特性曲線及選用

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

原始特性曲線是幾何相似的同一類液力變矩器所共有的基本性能曲線，既可用以進(jìn)行變矩器設(shè)計，又可從事變矩器與柴油機匹配選型，有時又可以代表輸出特性曲線進(jìn)行變矩器性能的對比與探討。

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

4.4.3輸入特性曲線

輸入特性曲線用于解決變矩器與發(fā)動機的合理匹配問題。

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

發(fā)動機—液力變矩器共同工作時的聯(lián)合輸入特性曲線

變矩器與其匹配的發(fā)動機只能在cdemnc曲線區(qū)域內(nèi)共同工作。

匹配原則是：

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

4.4.4發(fā)動機與液力變矩器共同工作時的聯(lián)合輸出特性曲線

課后自學(xué)本部分內(nèi)容4.4.5液力變矩器的選擇

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

根據(jù)既定發(fā)動機功率、扭矩和轉(zhuǎn)速、工作機的工作要求及其傳動系、行走系的情況等，對照國家系列產(chǎn)品中所列變矩器的各種性能來選取一個，然后作出它與發(fā)動機的聯(lián)合工作輸入與輸出特性，以此來校核是否符合要求。如果選定的液力變矩器性能符合要求，但結(jié)構(gòu)尺寸不適用，則可用幾何相似方法進(jìn)行重新設(shè)計。

(4-14)

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

這樣，只要把基型變矩器每個尺寸都縮?。ɑ蚍糯螅┮粋€??值，而保持葉片的安置角相同，就可設(shè)計出一個符合匹配要求的新變矩器。這種方法通常叫做類比設(shè)計法。

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

[例4-1]某輪胎起重機的發(fā)動機采用4146A型柴油機，其外特性曲線如圖4-32所示，試選用一液力變矩器進(jìn)行匹配。

解：初步考慮采用某單級單相液力變矩器作為基型，其有效直徑D=400mm，原始特性曲線如圖4-33所示。4.4液力變矩器的特性曲線及選用

凡是同一類型幾何相似的變矩器，它們的原始特性曲線都相同。因此，可用基型的原始特性曲線作為計算依據(jù)。

（1）確定變矩器的作用直徑D。

（2）根據(jù)D=0.580m繪制柴油機與變矩器共同工作的聯(lián)合輸入特性曲線及聯(lián)合輸出特性曲線。對聯(lián)合工作特性進(jìn)行全面分析，考察所選的基型和所定的作用直徑是否恰當(dāng)。

4.4液力變矩器的特性曲線及選用

（3）如決定采用這一直徑，則進(jìn)一步確定變矩器的其它部分尺寸。根據(jù)幾何相似原則，應(yīng)用計算所得的D與基型變矩器直徑D基的比值（本例中δ）4.5

液力變矩器的類型和構(gòu)造

第4章液力傳動

按照插在其他工作輪葉柵間的渦輪葉柵列數(shù)，液力變矩器分為單級和多級。葉柵是一組按一定規(guī)律排列在一起的葉片，有兩列葉柵的渦輪稱為二級，以此類推。各級渦輪葉柵彼此剛性連接，并和從動軸相連。

液力變矩器的“相”是指通過自由輪機構(gòu)、離合器或制動器等作用，所能改變液力變矩器的工作狀態(tài)數(shù)。4.5液力變矩器的類型和構(gòu)造

4.5.1單級單相（即三元件導(dǎo)輪固定）式液力變矩器