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1、液力偶合器,1、基本原理,液力偶合器或液力变矩器是利用液体作为工作介质来传递动力的传动部件 动液传动形式，即通过液体在循环流动过程中，液体动能的变化来传递动力，这种传动称为液力传动,液力偶合器,2、结构特点,主要零件为两个直径相同的叶轮（称为工作轮） 输入轴驱动的叶轮为泵轮，驱动输出轴的叶轮为涡轮 两轮内部装有若干沿圆周方向均匀分布的半圆形径向叶片，各叶片之间充满工作液体 工作轮之间留有一定的间隙（34mm），一方面保证安装精度，另一方面过小的间隙会增加液体流动的阻力 工作轮多用铝合金铸成，也有采用冲压和焊接方法制造的，第一种方法成本较低，重量较轻 叶片一般为平面形状,1输入轴；2壳体；3泵轮
2、；4涡轮；5输出轴,液力偶合器,3、工作原理,液体是一种复合循环运动，既有随工作轮的转动，又有沿叶片径向的运动,泵轮转动，带动液体一起旋转，液体既绕泵轮作圆周运动，同时又在离心力作用下从叶片的内缘向外缘运动，外缘压力增大，内缘压力减小； 外缘压力高于内缘，其压力差取决于泵轮半径和转速； 如果涡轮仍处于静止状态，则涡轮外缘与中心压力相同，但涡轮外缘的压力低于泵轮外缘压力，而涡轮中心压力则高于泵轮中心压力，因此被甩到泵轮外缘的工作液体便冲向涡轮外缘，沿着涡轮叶片向内缘流动，又返回泵轮，不断循环； 机械能液体动能机械能。,液力偶合器,4、特性分析,扭矩,在偶合器两工作轮均作匀速转动的情况下（即稳态运
3、动），若忽略各轴承的摩擦力，则(MB为发动机传给泵轮的扭矩，MT为涡轮轴输出扭矩，与外负荷扭矩Mf相等),即无论两工作轮转速多高，只要均作匀速运动，则偶合器的输入扭矩就等于输出扭矩，所以偶合器又称为液力联轴器。 由工作原理可知，只有工作液体循环流动而形成旋转环流时，偶合器才能传递动力，而形成旋转环流的必要条件是泵轮与涡轮的转速不等。偶合器正常传递动力时，始终有nTnB，即i=nT/nB1。 当涡轮静止时，循环流量最大；随着涡轮转速的增高，循环流量减小；当两工作轮转速相同时，循环流量为零，此时液体不流动，无涡轮叶片的冲击，因而无扭矩输出。,液力偶合器,4、特性分析,液力偶合器的效率,偶合器的输入
4、功率为,偶合器的输出功率为,偶合器的效率为,液力偶合器,4、特性分析,液力偶合器的效率,偶合器的输入扭矩和输出扭矩相等，且随着传动比的增大而减小，传动比越小，扭矩就越大，趋于1时，偶合器传递的扭矩为零。,偶合器的传动效率与速比相等，因而速比增大时，效率值增高，但当速比接近于1时，传递的扭矩趋近于零。此时摩擦力产生的功率损耗在传递功率中所占的比重很大，因而使效率急剧降低。实际上，由于摩擦力的存在，涡轮的转速不可能增大到与泵轮转速相等，偶合器的传动效率的最大值范围一般为0.980.985。,为了提高偶合器的经济性，防止工作液体温升过大，液力偶合器很少在低传动比下长期工作。,液力偶合器,5、优缺点分
5、析,优点,泵轮与涡轮之间允许较大的转速差，可以保证汽车的平稳起步和加速，同时衰减系统扭转振动引起的过载； 延长传动系统的使用寿命； 在暂时停车时也可以不脱开传动系统，可以减少换档的次数。,缺点,液力耦合器只能传递扭矩，而不能改变扭矩的大小，因此必须与变速机构一起使用； 增加质量和尺寸。因为液力耦合器不能完全的中断动力，因此在换档时仍然需要离合器来中断动力，减少换档时的冲击载荷； 存在液流损失，传动效率低。,目前在车辆的应用逐渐减少,液力变矩器,1、结构组成,液力变矩器也称为变矩器，主要由泵轮B（PUMP，与发动机飞轮固定在一起，由发动机带动旋转）、涡轮T（TURBINE，通过轮毂与涡轮轴相连）
6、和导轮D（STATOR，与机座相连，固定不动）组成； 泵轮、涡轮、导轮统称为工作轮，各工作轮在内、外环中间都有均匀分布的弯曲叶片，叶片间的空间为液体流动的通道，3个工作轮的轴截面图形构成循环圆，其液流通道共同组成工作腔； 与液力偶合器相比，在结构上多了一个不动的导轮，不仅能传递扭矩，还能改变涡轮转矩的大小。,液力变矩器,2、变矩原理,传递扭矩的过程与偶合器类似：泵轮流体在离心力作用下流向泵轮外缘并进入涡轮冲击涡轮叶片，对涡轮产生扭矩；然后进入导轮并冲击导轮叶片，使导轮承受扭矩；此后又进入泵轮进行下一个循环。 中间流线：将流道分割成面积相等的两部分的流线。 将循环园的中间流线展开为一条直线，如右
7、图所示。,2、变矩原理,假设发动机转速和负荷不变，即泵轮的转速nB和转矩MB不变； 以起步工况为例，即此时nT=0； 变矩器在稳定工作状态下，根据循环圆内工作液体所受外力矩平衡条件，即,由于液体对涡轮的作用力矩与涡轮对液体的作用力矩大小相等，方向相反，因此,显然，这时涡轮力矩大于泵轮力矩，变矩器起增扭作用。,液力变矩器,2、变矩原理,当涡轮转矩随着泵轮转矩的增大（且放大）而增大到克服车辆的起步阻力时，车辆实现起步； nT0，且逐步加大； 此时涡轮叶片出口处液体速度为,w为沿叶片方向的相对运动，由于泵轮转速不变，故循环圆内涡轮出口的相对运动不变,当v与导轮的出口方向一致时 ，此时,液力变矩器,液
8、力变矩器,2、变矩原理,nT继续增大，v继续向左倾斜，到达v位置时 反向，此时,直到nT=nB时,经过三种工况的分析，可得到以下结论：,液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速不同而发生变化，具体为涡轮转速低时，涡轮转矩大于泵轮输入转矩；涡轮转速等于某设定值时，涡轮转矩等于泵轮转矩；涡轮转速大于该值时，涡轮转矩小于泵轮转矩；当涡轮转速与泵轮转速相等时，无输出力矩。 液力变矩器能改变扭矩的原因在于泵轮与涡轮之间加入了导轮。,液力变矩器,3、特性参数,传动比i：涡轮轴转速nT与泵轮轴转速nB之比。,变矩系数K：涡轮轴上的力矩MT与泵轮轴上的力矩MB之比，即发动机输出的力矩经变矩器后力矩放大的倍数。,
9、传动效率：涡轮轴上的输出功率NT与泵轮轴上输入功率NB之比。,液力变矩器,4、特性分析,液力变矩器的传动比为小于等于1的连续可变的数；,液力变矩器的转矩随着汽车的行驶工况自动的改变；,液力变矩器同时具有液力耦合器保证汽车平稳起步，衰减传动系的扭转振动，防止系统过载的特点；,在涡轮速度高于nw1时，涡轮的输出转矩小于泵轮的输入转矩，效率低、降低了动力性。,5、典型结构-三元件综合式液力变矩器,基本构造,由泵轮、涡轮和导轮三个工作轮组成；,泵轮通过壳体与发动机相连；,导轮通过单向离合器及其花键连接在固定不动的套管上。,涡轮通过涡轮轮毂上的花键与输出轴相连；,液力变矩器,5、典型结构-三元件综合式液
10、力变矩器,基本构造,液力变矩器,5、典型结构-三元件综合式液力变矩器,基本构造,液力变矩器,5、典型结构-三元件综合式液力变矩器,单向离合器（One Way Clutch）的结构与作用,液力变矩器,5、典型结构-三元件综合式液力变矩器,单向离合器（One Way Clutch）的结构与作用,液力变矩器,5、典型结构-三元件综合式液力变矩器,单向离合器（One Way Clutch）的结构与作用,液力变矩器,5、典型结构-三元件综合式液力变矩器,单向离合器（One Way Clutch）的结构与作用,作用：在液力变矩器的涡轮速度达到一定的程度时，让液力变矩器转化为液力耦合器工作，以增大涡轮在高速
11、时的输出的转矩，提高动力性。因为这个液力变矩器可以转化为液力耦合器工况，因此称之为综合式的。 相和级的概念：一般将液力变矩器的工作状态的数目称之为相。同时，一般将导轮与泵轮、或者导轮与导轮之间的涡轮数称之为液力变矩器的级。因此这个液力变矩器的全称为单级双相三元件综合式液力变矩器。,液力变矩器,5、典型结构-三元件综合式液力变矩器,特性分析,非综合式液力变矩器存在的问题：当变矩系数K1时，变矩器的效率比偶合器高，但当变矩系数K1时，变矩器的效率比偶合器低。,采用综合式液力变矩器的目的是为了增加变矩器高效区。自变矩器转为耦合器工作的点称为工况转换点。,结构简单，工作可靠，性能稳定，效率高，在变矩器
12、状态下的最高效率为92%，在耦合器状态下的高传动比区的效率可达96%。,液力变矩器,6、典型结构-四元件综合式液力变矩器,基本构造,工作轮由泵轮、导轮1、导轮2和涡轮四个元件组成。,液力变矩器,6、典型结构-四元件综合式液力变矩器,特性分析,四元件综合式液力变矩器的特性是两个变矩器特性和一个耦合器特性的综合。,在传动比i1区段，两个导轮固定不动，二者的叶片组成一个弯曲程度更大的叶片，以保证在低传动比工况下获得大的变矩系数。,在传动比i1iK1区段，第一导轮脱开，变矩器带有一个叶片弯曲程度较小的导轮工作，因而此时可得到较高的效率。,当传动比为iK1时，变矩器转入耦合器工况，效率按线性规律增长。,
13、具有三个工作状态，因此称之为单级三相四元件综合式液力变矩器。,液力变矩器,动力换挡变速器,1、基本概念,液力变矩器一般与齿轮变速器（有级式）共同组成，又称为液力机械变速器。,安装变速器的原因：,液力变矩器的变矩系数较小，不能满足汽车的需要；,过大的变矩系数影响液力变矩器的效率。,与液力变矩器配合使用的一般是行星齿轮变速器（轴线旋转式），但也有采用轴线固定式的。因为行星齿轮变速器结构紧凑，承载能力大，可以用较小的齿轮实现较大的传动比，传动效率高，机构运动平衡，抗振能力。,动力换挡变速器,2、行星齿轮变速器的工作原理,行星齿轮作用在太阳轮1上的力矩：,行星齿轮作用在齿圈2上的力矩：,行星齿轮作用在
14、行星架3上的力矩：,其中,设齿圈2与太阳轮1的齿数比为a ：,代入（*）式，得,由行星齿轮的平衡条件,动力换挡变速器,2、行星齿轮变速器的工作原理,可得作用于太阳轮、齿圈和行星架上的力矩分别为,根据能量守恒得：,将上述两式合并，得到单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程：,其中 为齿轮的角速度,以转速替角速度，则表达式如下：,动力换挡变速器,2、行星齿轮变速器的工作原理,从上式可以得出：,太阳轮、齿圈与行星齿轮架3者任意一对可作为传动件；,如果有两个被固定在一起，则第三个的速度与前两个相同，传动比为1 ，可做直接档；,如果三个均为自由转动，则行星齿轮失去传动作用，相当于空档；,行星架被固定时，
15、太阳轮、齿圈转速相反，可作为倒档。,动力换挡变速器,3、典型运动形式,齿圈固定，太阳轮输入，行星架输出,减速运动； 传动比一般为2.55； 转向相同。,动力换挡变速器,3、典型运动形式,齿圈固定，行星架输入，太阳轮输出,增速运动； 传动比一般为0.20.4； 转向相同。,动力换挡变速器,3、典型运动形式,太阳轮固定，齿圈输入，行星架输出,减速运动； 传动比一般为1.251.67； 转向相同。,动力换挡变速器,3、典型运动形式,太阳轮固定，行星架输入，齿圈输出,增速运动； 传动比一般为0.60.8； 转向相同。,动力换挡变速器,3、典型运动形式,行星架固定，太阳轮输入，齿圈输出,减速运动； 传动
16、比一般为1.54； 转向相反。,动力换挡变速器,3、典型运动形式,行星架固定，齿圈输入，太阳轮输出,增速运动； 传动比一般为0.250.67； 转向相反； 不推荐使用。,动力换挡变速器,3、典型运动形式,把三元件中任意两元件结合为一体,当把行星架和齿圈结合为一体作为主动件，太阳轮为被动件或者把太阳轮和行星架结合为一体作为主动件，齿圈作为被动件； 行星齿轮间没有相对运动，作为一个整体运转，传动比为1，转向相同； 车辆上常用此种组合方式组成直接档。,三元件中任一元件为主动，其余的两元件自由,其余两元件无确定的转速输出； 不传递动力。,单排行星齿轮传动所提供的传动比数目是有限的,动力换挡变速器,4、复合式行星齿轮机构,定义：具有两排以上行星的行星齿轮机构，可获得较多的档位。,主要包括辛普森（Simpson）和拉威挪（Ravigneaux）两种形式。,动力换挡变速器,5、辛普森式行星齿轮机构,结构特点：双行星排，前后两太阳轮连为一个整体，称为太阳轮组件，后排行星架和前排齿圈连为一体，称为后行星架和前齿圈组件，输出轴通常与该组件连接。
