液力传动与流体机械第四章液力机械变矩器

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1、1,第四章 液力机械变矩器,4.1 外分流液力机械变矩器 4.2 内分流液力机械变矩器 4.3 汽车自动变速器 4.4 液力变矩器的保养和维护 4.5 液力变矩器的常见故障与排除 4.6 其他传动装置,2,4.1 外分流液力机械传动 图4-1为外分流式液力机械传动框图，输入总功率流一分为二，其中一路功率流通过液力变矩器，而另一路功率流则直接通过机械传动（行星齿轮机构）。输入功率在输入轴分流，然后双流功率在输出轴处汇合。,图4-1 外分流式液力机械传动框图,3,图4-2为功率外分流式的液力机械复合传动方案，其中4-2a是行星排在输入端的一般原理；图4-2b、c是行星排在输入端的两个可实现的方案（

2、行星排的行星架为主动件）；,图4-2 功率外分流式液力机械传动方案,4,图4-3d是行星排在输出端的一般原理；图4-3e、f是可实现的方案（行星架j为输出的被动件）。这种外分流式的液力机械传动用于动力机与工作机之间，如高级轿车、重型汽车及工程机械上。,图4-3 功率外分流式液力机械传动方案,5,美国卡特皮勒（Caterpillar）公司在184331kW 轮式牵引车传动系统中采用了外分流式液力机械变矩器，其传动装置运动学简图如图4-4所示。该传动装置是由输入端的行星排闭锁离合器C、制动器B、离心涡轮式单级三叶轮液力变矩器和单向离合器M所组成。单向离合器可使输出轴2在转速高于涡轮轴时，二者松脱联

3、接。,图4-4 轮式牵引车的传动装置,6,液力机械变矩器有如下三种工况： （1）闭锁离合器C和制动器B同时松脱： 液力变矩器正常工作，液力机械传动装置处于分流传动状态，用于轮式牵引车的低速作业工况。 （2）闭锁离合器C松脱，制动器B结合： 此时行星排成为一个传动比i21=(1+ ）/ 4/3的机械增速器。液力变矩器停止转动，涡轮借助于单向离合器与输出轴松脱。这种纯机械增速传动适用于轮式车辆的运输作业工况。 （3）闭锁离合器C结合，制动器B松脱 ： 由于液力变矩器泵轮处于旋转状态，涡轮除了在启动的瞬间可能与输出轴不同步外，持续运转时也都与输出轴一起旋转。这种直接传动工况适合拖车启动工况或车辆高速

4、下坡行驶时作动力制动使用。,7,液力机械变矩器在分流传动工况时，其主要参数为i21、 K21、21、1 、nB、MB和PB，根据这些主要参数，液力 传动有如下特点：,（1）液力变矩器在 牵引工况下，液力机械变矩器也处于牵引工况 。,（2）在 整个工况区，液力机械变矩器均以功率分流方式工作，可获得较之纯液力传动更高的效率值，即 。,（3）启动工况时泵轮传递全部功率 ，而当 时，泵轮传递功率减少为 。,（4）能容系数显著增大，启动力矩也显著增大。,（5）正透穿性大大增加。,8,4.2 内分流液力机械传动 功率内分流液力机械变矩器的机械传动部分（行星齿轮机构）放在变矩器之外，如图4-5所示，其功率分

5、流是在液力变矩器内部实现的。功率由泵轮输入，而由两个或两个以上独立旋转的叶轮分别传递一部分功率，最后通过机械传动机构将叶轮的输出功率汇流输出。,a）,b）,图4-5 功率内分流的液力机械变矩器,9,4.2.1 强制导轮旋转型的内分流液力机械变矩器 强制导轮旋转的变矩器是由涡轮和强制旋转的导轮共同传递泵轮输入的功率（图4-5a）。根据被强制旋转导轮的转向又可分为强制导轮正转和强制导轮反转的内分流液力机械变矩器。 强制导轮反转的内分流液力机械变矩器能提高低转速比范围内的变矩系数；强制导轮正转的内分流液力机械变矩器则可提高高转速比范围的效率。 现以瑞典SRM公司的DS型强制导轮反转的液力机械变矩器为

6、例，说明其结构与工作特点，图4-6为该装置的运动学简图和原始特性曲线。它是这一类液力机械传动中较有代表性的一种装置，并得到了成功的应用。,10,图4-6 DS型内分流液力机械变矩器运动学简图,11,DS型液力机械变矩器有下列三种工况： （1）导轮反转工况。在工况 区，制动器B2制动，制动器B1和闭锁离合器C分离时 。 （2）导轮固定工况。在工况 区，制动器B1制动，制动器B2和闭锁离合器C分离时 。 （3）直接传动工况。当 时，制动器B1、B2分开，导轮成为自由轮而浮动，闭锁离合器C接合 。,12,4.2.2 多涡轮的内分流液力机械变矩器 多涡轮内分流液力机械变矩器的导轮固定不动，功率的分流和

7、传递通过两个以上独立旋转的涡轮来实现（图4-5b）。传递功率的涡轮有双涡轮和多涡轮两种。应用多涡轮液力机械变矩器的目的在于能够获得高的零速变矩系数，扩宽高效范围。,有时，多涡轮液力机械变矩器可能只有一个涡轮工作，其它涡轮则自由旋转。此时，多涡轮液力机械变矩器将按一般的单涡轮液力变矩器工作。,13,现以ZL50型装载机用的双涡轮液力机械变矩器为例，简要介绍这类变矩器的结构和工作特点（图4-7）。,14,ZL50装载机用双涡轮液力机械变矩器有以下几种工作状态。 起步工况时，主要是第一涡轮TI工作。第二涡轮TII则根据结构不同可能有几种不同工况：液流对涡轮作用的力矩为负力矩、零力矩和正力矩。在负力矩

8、时，结构上应保证第二涡轮退出工作，以提高启动时的变矩系数。由于第二涡轮与输出轴刚性连接，不能退出工作。因此要求叶片应保证高转速比工作有较高效率，而低转速比时，不致产生负力矩。 起步工况后，第一涡轮TI转速提高。由第一涡轮流出的液流冲向第二涡轮TII叶片的工作面，液流对第二涡轮产生正力矩。在i21=00.525区段，是两个涡轮共同输出功率的工作范围。但第二涡轮的力矩是逐渐增大的，第一涡轮的力矩将逐渐减小，直至退出工作。,15,4.2.3 复合分流的液力机械变矩器 这是一种兼有内外分流工作特点的液力机械变矩器，实际上是一种双涡轮内分流液力变矩器，第一涡轮TI（即循环涡轮）的部分功率通过行星排传动，

9、以循环的方式返回液力变矩器的泵轮；泵轮B、循环涡轮TI及行星排之间构成一个外分流液力机械变矩器（图4-8）。,图4-8 复合分流液力机械变矩器一般形式,16,现以VKD复合分流液力机械变矩器为例，介绍其结构与工作特点。 VKD液力机械变矩器是由液力变矩器、单排单行星齿轮机构、差速器及两个单向联轴器组成，如图4-9所示。液力变矩器有四个工作轮，除泵轮B和导轮D外，还有两个独立工作的涡轮TI和TII。第一涡轮TI的叶片是可旋转的，它的转动角度由液力变矩器内循环液流的作用力矩与安装在叶片下部的重锤的离心力矩共同来调节。,a,b,图4-9 复合分流液力机械变矩器 a）结构简图 b）原始特性曲线,17,

10、VKD液力变矩器有三种工况： 液力机械变矩器工况： 第一种工况是第一涡轮TI输出功率的工况。只要第一涡轮输出功率，液力机械变矩器就一定是复合分流。这种工况在低转速范围内。 普通液力变矩器工况： 第二种工况是第一涡轮TI输出功率为零的工况。此工况在中、高转速比范围内。 液力偶合器工况： 当转速比进一步提高时，导轮D的力矩变向，楔紧导轮D的单向联轴器M2松脱，呈液力偶合器工况 。,18,4.3 自动变速器 自动变速器是自动判断行驶状况、自动选择传动比、自动换档的变速器。相比纯机械变速器，由于采用了液力变矩器，在车起步换档时具有平稳、无振动、操作简单、省时、省力等优点，大大减轻了劳动强度，可使发动机

11、和传动系的磨损减少，延长了使用寿命。,图4-10 自动变速器结构示意图,19,4.3.1 自动变速器的结构与工作原理 自动变速器与普通齿轮式变速器在结构和原理上差别非常大。不同的自动变速器结构也不尽相同，但其总体结构是一样的。自动变速器包括液力变矩器、行星齿轮机构、换档执行机构、换档控制、操纵机构和冷却系统等，图4-11是一典型的自动变速器结构示意图。,图4-11 自动变速器结构示意图,自动变速器 的组成 视频,20,1.液力变矩器 液力变矩器是液力自动变速器的重要部件，它的前端与发动机飞轮相连接，输出端与行星轮变速器输入轴相连，发动机的动力经液力变矩器传入行星齿轮变速器，实现发动机与变速器“

12、软”连接，从而大大减少传动机构的动载荷，延长发动机的变速器的使用寿命，同时也可以在一定范围内实现无级变速。 2.行星齿轮机构 行星齿轮变速器是液力自动变速器的变速机构，它由行星齿轮排及其必要的操纵元件组成 。 3.换档执行机构 换档执行机构是通过分配行星齿轮组各个元件的承担角色（输入、输出、固定）而实现换档操作。 4.换档控制机构 自动变速器的控制系统主要是液压系统。,21,5.冷却系统 冷却系统是液力自动变速器必不可少的部分，由于液力变矩器在传递动力过程中存在滑差损失使油温升高，为避免因油温过高而影响变速器的寿命和引起油液老化变质，必须使用冷却系统。 6.档位图 自动变速器的选档杆，也称变速

13、杆或选档手柄。一般布置在司机座椅右侧，或转向盘下方的转向柱上。 关于自动变速器的档位，应特别注意以下两点： （1）自动变速器的一个档位不是一个固定的传动比，而是一个传动比范围。 （2）选档杆在较高档位置时，变速器可以在该档及以下低的档位之间自动换档，但不能自动换到比它高的档位，以及倒档、空档、驻车等特殊档位。,22,7.自动变速器的工作原理 图4-12为一简单自动变速器的结构示意图。,图4-12 自动变速器结构示意图,1发动机曲轴 2涡轮 3泵轮 4导轮 5导轮支承 6离合器 7前制动器 8前行星架 9后制动器 10前齿圈 11后齿圈 12后行星齿轮 13后太阳轮 14输出轴 15后行星架 1

14、6前行星齿轮 17前太阳轮 18输入轴 19飞轮,23,行星齿轮组是由太阳轮、内齿圈、行星架和安装在行星架上的数个（一般34个）行星齿轮组成，如图4-13所示，是二自由度的机构。,图4-13 行星齿轮组,24,如果不对某一个元件进行限制，不管将哪一个元件作为输入，另两个元件都不会有输出。利用这一特点，可作为空档。如图4-14a所示，离合器和前、后制动器都不起作用时，便是空档。 如果三个元件中有任意两个固连在一起，也就等于两个元件都同连在一起。此时，行星齿轮组只是传力通道，不起变速作用。这一特点可作为直接档。如图4-14b所示 。 图4-14c是低速档。前行星齿轮组的太阳轮刹住固定，齿圈输入，行

15、星架输出，可获得约1.5左右的传动比。 如果把行星架固定，太阳轮作输入，齿圈作输出，则齿圈的转向与太阳轮相反，可获得倒档。如图4-14d所示。,自动变速器中的离合器,视频演示,25,a）空档：离合器分离；前、后制动器松脱,图4-14 自动变速器各档位控制示意图,26,b）直接档：离合器结合；前、后制动器松脱,图4-14 自动变速器各档位控制示意图,27,c）低速档：离合器分离；前制动器刹死，后制动器松脱,图4-14 自动变速器各档位控制示意图,28,d）倒档：离合器分离；前制动器松脱、后制动器刹死,图4-14 自动变速器各档位控制示意图,29,图4-15是驻车制动时的控制。当两制动器都刹死时，

16、前行星齿轮组的太阳轮、行星架都固定，等于三个元件都被固定。后行星齿轮组的太阳轮、行星架也都被固定了。因此，整个变速器被锁死，即驻车制动。,图4-15 驻车制动的控制,离合器分离；前 后制动器刹死,30,4.3.2 自动变速器使用的注意事项 1.用油问题 必须使用规定油品、油质的液力传动油，不得用其它油代替。 2.发动机起动与节气门踏板的控制 汽车起动必须把选档手柄放在空档启动位置 。 3.怠速爬行问题 换档手柄置于前进档时，不管在“D”位，还是在“Z”位或“L”位，当发动机节气门在怠速位置时，允许汽车这时有行驶的趋势或极其微小的向前“爬行”的感觉。 4.强制低档问题 强制低档旨在高速超车。 5.倒档限制 当汽车还没有停稳时，不允许换档手柄从前进档换到倒档，也不允许从倒档换到前进档。,31,6.下坡制动器（液力下坡缓行器）的作用 装有带下坡制动器的液力自动变速器的汽车，空车下810的坡度时，可以用“Z”档；满