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1、第二章 液力耦合器和液力变矩器 l第一节 液力偶合器的结构及工作原理 l第二节 液力变矩器的构造及工作原理 l第三节 液力变矩器的性能参数 l第四节 液力变矩器的类型和典型结构 液力耦合 器和液力变矩 器是利用液体 为工作介质， 二者均为动液 传动，即通过 液体在循环流 动过程中，液 体动能变化来 传递动力，这 种传动称为液 力传动。 液力传动原理简图 液力传动装置要完成能量转换与传 递的过程，必须具有如下机构： 1、盛装与输送工作循环液体的密闭 工作腔； 2、一定数量的带叶片的工作轮及输 入输出轴，实现能量转换和传递； 3、满足一定性能要求的工作液体与 其辅助装置，以实现能量的传递并保证正
2、常工作。 液力传动的车辆具有如下优点 ： l 能自动适应外阻力的变化，使车辆能在一定 范围内无极的变更其输出轴转矩与转速，当阻 力增加时，则自动的降低转速，增加转矩，从 而提高了车辆的平均速度与生产率。 l 提高了车辆的使用寿命，液力变矩器使用油 液传递动力，泵轮与涡轮之间不是刚性连接， 能较好地缓和冲击，有利于提高车辆上各零部 件的使用寿命。 l 简化了车辆的操纵，变矩器本身就相当于一 个无极变速箱，可减少变速箱档位和换档次数 ，加上一般采用动力换档，故可简化变速箱结 构和减轻驾驶员的劳动强度。 第一节 液力耦合器的结构和工 作原理 l 液力耦合器的结构 液力耦合器的主要零件式 两个直径相同
3、的叶轮，称工作轮，由发动机曲 轴通过输入轴4驱动的叶轮3为泵轮，与输出轴 5装在一起得为涡轮2。叶轮内部装有许多半圆 形的径向叶片 ，在各叶片之间充满工作液体。 两轮装合后相对端面之间约有2-5mm间隙。它 们的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔（ 称为循环圆）；循环圆的剖面图如下：该剖面 图是通过输入轴与输出轴所作的截面（称轴截 面） 液 力 耦 合 器 1.泵轮壳 2-涡轮 3-泵轮 4-输入轴 5-输出轴 6、7-尾部切去一片 的叶片 液力偶合器的工作原理 工作油液的螺旋形路线 涡轮转动时的油液螺旋路线 l涡轮旋转后，由于涡轮内 的离心力对液体环流的阻 碍作用，使油液的绝对运 动方向有改
4、变。此时，螺 旋线拉长如图所示，涡轮 转速约稿，由液的螺旋形 路线拉得越长。当 涡轮和 泵轮转速相同时，两轮离 心力相等，油液沿循环圆 流动停止，油液随工作轮 绕轴线作圆周运动,这时， 偶合器不再传递动力。 第二节 液力变矩器的构造与 工作原理 l一、液力变矩器的构造 l 液力变矩器是由泵轮1、涡轮2和导轮3等三个工作 轮及其它零件组成。泵轮和涡轮都通过轴承装在壳体 上，而导轮则与壳体固定不动。三个工作轮都密闭在 有壳体形成的并充满油液的空间中。 l 各工作轮中装有弯曲成一定形状的叶片以利油液的 流动，各工作轮中心部分成圆环形称之为循环圆内环 。 液力变矩器的三个工作轮 1-泵轮 2-涡轮 3
5、-导轮 变矩器循环圆示意图 通常把轴面（即包含 螺旋轴线的剖面，又称 为子午面内所形成的内 换与外患间的面积称为 变矩器的循环圆，由循 环圆所构成的回转体空 间则是变矩器内油液进 行循环的空间。 变矩器循环圆示意图 三元件液力变矩器简图 l 右图所示为一种最 简单的的变矩器，它 只有泵轮1、涡轮2与 导轮3等三个工作轮。 当发动机带动泵轮1旋 转时，油液自A端进入 泵轮叶片间的通道， 自b端流出冲向蜗轮2 的叶片，使蜗轮转动 在从蜗轮的c端流出后 ，经导论3在进入泵轮 的a端如此循环实现动 力的传递。 1-泵轮2-涡轮3-导轮4-工作轮内环5-涡轮槽 二、液力变矩器和偶合器的相 异点 l和偶合
6、器相比，变矩器在结构上多了一 个导轮。由于导轮的作用使变矩器不仅 能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的 情况下，随着涡轮转速的不同（反映工 作机械运行时的阻力），而改变涡论输 出力矩，这就是变矩器与偶合器的不同 点。 三、液力变矩器的工作原理 下面应用变矩器工作轮的展开图来说明变矩器的 工作原理，为便于说明问题，设发动机转速及负 荷不变，即变矩器泵轮的转速n1与力矩T1位常数 ，根据液力平衡方程 T1+T2+T3=0 即 -T2=T1+T3 又根据作用于反作用公理 ，各工作轮加给油液的力矩与油液加给工作轮的 力矩大小相等、方向相反。设油液加给涡轮的力 矩为T2,则T2=-T2 固有 T2=T1+
7、T3 上式说明油液加给涡轮的力矩T2等于泵轮与导轮 对油液的力矩之和。从而实现了变矩功能。 液力变矩器动画演示 四、液力变矩器的工作轮原理图 下面结合图进一步说明涡轮力矩变化过程，当变 矩器输出力矩经传动系产生的牵引力足以克服机械启 动阻力时则机械启动便加速行驶同时涡轮转速n2也逐 渐增加，这时液流在涡轮出口处不仅有沿叶片相对速 度W还有沿圆周的方向的牵引速度U。因此冲向导轮 的叶片的绝对速度V应是二者合成速度；因假设泵轮 转速不变，液流在涡轮出口处相对速度不变，但因涡 轮的转速在变化故牵引速度U也在变化。有图可见冲 向导轮绝对速度V将随着牵引速度U增加而逐渐向左倾 斜使导轮所受力矩逐渐减小，
8、故涡轮的力矩也逐渐减 小。 液力变矩器工作轮原理图 a)当n1=常数，n2=0时；b)当n1=常数，n2逐渐增加时 液力变矩器的类型和典型结构 l一、液力变矩器的种类较多，由于结构的 不同其输出特性差异很大，按照插在其他 工作轮翼栅烈数，液里变矩器可分为单级 、二级、三级，翼栅是一组按一定规律排 列在一起的叶片，有两翼栅得涡轮称为二 级，三级翼栅得涡轮称为三级各列涡轮翼 栅彼此刚性连接，并和从动轴相连。 第三节 液力变矩器的结构参数 特性参数 l变矩比 KT2/T1 l传动比 in2/n1 l传动效率 P2/P1 T2 n2 /T1 n1 Ki 三元件变矩器外特性 第四节 液力变矩器的类型和典
9、型结构 123型和132型变矩器简图 1-泵轮 2-涡轮 3-导轮 1、单级单相液力变矩器 l所谓单级指变矩器只有一个涡 轮，单相则指只有一个变矩器 的工况。 l右图所示为单击单相液力变矩 器，这种变矩器结构简单，效 率高，最高效率M0.8。但 这种变矩器的高效区较窄，使 它的工作范围受到限制。 l为了使发动机容易有载起动和 有较大的克服外负载的能力， 希望起动工况（i0）变矩系 数K0较大。 2.单级两相变矩器 l 如图，把变矩器和偶合器 的特点综合在一台变矩器上 ，也称为综合变矩器。两相 变矩器在整个传动比范围内 得到更合理的效率。到轮3通 过单向离合器7和壳体5刚性 连接，传动比在0im
10、内，从 动轴力巨大与主动轴，从涡 轮流出的液流冲向导轮叶片 的工作面。此时，液流力图 使导轮朝导轮反旋转方向转 动，由于单向离合器的楔紧 ，而导轮不转，在导轮不转 的工况下，整个系统如变矩 器工作，达到增大转矩，克 服变化的负荷。1-泵轮2-涡轮3-导轮4-主动轴5 -壳体6-从动轴7-单向离合器 3、单级三相变矩器 l单级三相变矩器是由一个泵轮 、一个涡轮和两个可单向转动 的导轮构成。它可组成两个耶 路变矩器工况和一个液力偶合 器工况，所以称之为三相。 l右图所示为双导轮液力变矩器 简图，泵轮由输入轴带动旋转 ，工作油液就在循环圆内作环 流运动推动涡轮旋转并输出扭 矩。液流从泵轮进入涡轮，再
11、 进入第一级导轮，经第二级导 轮，再回到泵轮。 1-泵轮 2-涡轮 3、3-导轮 4-自由轮机构 4.单级四箱液力变矩器 l把泵分割成两个，可 以在小传动比下改善 效率。下图单级四向 液力变矩器结构示意 图，主泵1和发动机 连接，幅泵1转载主 泵轮上，并通过超越 离合器9与之相连， 两个导轮3和3装载 两个相互没有联系的 单向离合器7和8上。 1-主泵轮 1-副泵轮 2-涡轮 3-第一导 轮 3-第二导轮 4-主动轴 5-导轮座 6 -从动轴 7、8、9-单向离合器 二、典型变矩器的结构与性能 l1、单级三元件液力变矩器 Catepillar 966D装载机变矩器 l2、单级四元件液力变矩器
12、国产ZL50装载机变矩器 l3、单级三相四元件变矩器 国产CL70自行式铲运机变矩器 l4、双泵轮液力变矩器 CAT988B装载机变矩器 966D装载机 液力变矩器 1-旋转壳体 2-泵轮 3-齿轮 4-油液进口 5-输出齿轮 6-变矩器壳体 7-油液出口 8-支承轴 9-导轮 10-涡轮 11-涡轮轴 12-接盘 ZL50 装载机变矩器 1-飞轮 2-轴承 3-旋转壳体 4-油泵 5-弹性板 6-第一涡轮 7-轴承 8-第二涡轮 9-导轮 10-泵轮 11-轴承 12-齿轮 13-导轮轴 14-第二涡轮轴 15-第一涡轮轴 16-隔离环 17-轴承 18-单向离合器外环 齿轮 19-轴承 C
13、L7自行式铲运机变矩器 国产CL7自行式铲运机 是单机四相元件，它的结 构有两个特点：1、具有两 个导轮，这两个导论通过 单向离合器与固定的壳体 相连，根据不同的工况实 现两个导轮固定；或一个 导轮固定，另一个导轮空 转；以及两个导轮都空转 等三种工作状态，故称三 相。2、带有自动锁紧离合 器，可以和泵轮和涡轮刚 性连接起来变成机械传动 。 单向离合器示意图 1-滚子2-销3-弹簧4-内圈5-限位块 6-铆钉7-档圈8-第一导轮9-外圈 l单向离合器（又称自由轮 机构或超越离合器）有多 种形式，但其功能和工作 原理都是相同的，它的功 能如下 l（1）单向传动：将动力 从主动件单方向传给从动 件，并可根据主动件和从 动件转速的不同自动的接 合或分离。 l（2）单向锁定：能将某 一元件单向锁定，并可根 据两元件受力的不同自动 的锁定或分离。 CAT988B 装载机液 力变矩器
