第二章 液力耦合器和液力變矩器,第一節(jié) 液力偶合器的結(jié)構(gòu)及工作原理 第二節(jié) 液力變矩器的構(gòu)造及工作原理 第三節(jié) 液力變矩器的性能參數(shù) 第四節(jié) 液力變矩器的類型和典型結(jié)構(gòu),液力耦合器和液力變矩器是利用液體為工作介質(zhì)，二者均為動液傳動，即通過液體在循環(huán)流動過程中，液體動能變化來傳遞動力，這種傳動稱為液力傳動。,液力傳動原理簡圖,液力傳動裝置要完成能量轉(zhuǎn)換與傳遞的過程，必須具有如下機(jī)構(gòu)： 1、盛裝與輸送工作循環(huán)液體的密閉工作腔； 2、一定數(shù)量的帶葉片的工作輪及輸入輸出軸，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞； 3、滿足一定性能要求的工作液體與其輔助裝置，以實(shí)現(xiàn)能量的傳遞并保證正常工作。,液力傳動的車輛具有如下優(yōu)點(diǎn)：,能自動適應(yīng)外阻力的變化，使車輛能在一定范圍內(nèi)無極的變更其輸出軸轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，當(dāng)阻力增加時，則自動的降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩，從而提高了車輛的平均速度與生產(chǎn)率。 提高了車輛的使用壽命，液力變矩器使用油液傳遞動力，泵輪與渦輪之間不是剛性連接，能較好地緩和沖擊，有利于提高車輛上各零部件的使用壽命。 簡化了車輛的操縱，變矩器本身就相當(dāng)于一個無極變速箱，可減少變速箱檔位和換檔次數(shù)，加上一般采用動力換檔，故可簡化變速箱結(jié)構(gòu)和減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度。,第一節(jié) 液力耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理,液力耦合器的結(jié)構(gòu) 液力耦合器的主要零件式兩個直徑相同的葉輪，稱工作輪，由發(fā)動機(jī)曲軸通過輸入軸4驅(qū)動的葉輪3為泵輪，與輸出軸5裝在一起得為渦輪2。葉輪內(nèi)部裝有許多半圓形的徑向葉片 ，在各葉片之間充滿工作液體。兩輪裝合后相對端面之間約有2-5mm間隙。它們的內(nèi)腔共同構(gòu)成圓形或橢圓形的環(huán)狀空腔（稱為循環(huán)圓）；循環(huán)圓的剖面圖如下：該剖面圖是通過輸入軸與輸出軸所作的截面（稱軸截面）,液 力 耦 合 器,1.泵輪殼 2-渦輪 3-泵輪 4-輸入軸 5-輸出軸 6、7-尾部切去一片 的葉片,液力偶合器的工作原理,工作油液的螺旋形路線,渦輪轉(zhuǎn)動時的油液螺旋路線,渦輪旋轉(zhuǎn)后，由于渦輪內(nèi)的離心力對液體環(huán)流的阻礙作用，使油液的絕對運(yùn)動方向有改變。此時，螺旋線拉長如圖所示，渦輪轉(zhuǎn)速約稿，由液的螺旋形路線拉得越長。當(dāng) 渦輪和泵輪轉(zhuǎn)速相同時，兩輪離心力相等，油液沿循環(huán)圓流動停止，油液隨工作輪繞軸線作圓周運(yùn)動,這時，偶合器不再傳遞動力。,第二節(jié) 液力變矩器的構(gòu)造與 工作原理,一、液力變矩器的構(gòu)造 液力變矩器是由泵輪1、渦輪2和導(dǎo)輪3等三個工作輪及其它零件組成。泵輪和渦輪都通過軸承裝在殼體上，而導(dǎo)輪則與殼體固定不動。三個工作輪都密閉在有殼體形成的并充滿油液的空間中。 各工作輪中裝有彎曲成一定形狀的葉片以利油液的流動，各工作輪中心部分成圓環(huán)形稱之為循環(huán)圓內(nèi)環(huán)。,液力變矩器的三個工作輪,1-泵輪 2-渦輪 3-導(dǎo)輪,變矩器循環(huán)圓示意圖,通常把軸面（即包含螺旋軸線的剖面，又稱為子午面內(nèi)所形成的內(nèi)換與外患間的面積稱為變矩器的循環(huán)圓，由循環(huán)圓所構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體空間則是變矩器內(nèi)油液進(jìn)行循環(huán)的空間。,變矩器循環(huán)圓示意圖,三元件液力變矩器簡圖,右圖所示為一種最簡單的的變矩器，它只有泵輪1、渦輪2與導(dǎo)輪3等三個工作輪。當(dāng)發(fā)動機(jī)帶動泵輪1旋轉(zhuǎn)時，油液自A端進(jìn)入泵輪葉片間的通道，自b端流出沖向蝸輪2的葉片，使蝸輪轉(zhuǎn)動在從蝸輪的c端流出后，經(jīng)導(dǎo)論3在進(jìn)入泵輪的a端如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)動力的傳遞。,1-泵輪2-渦輪3-導(dǎo)輪4-工作輪內(nèi)環(huán)5-渦輪槽,二、液力變矩器和偶合器的相異點(diǎn),和偶合器相比，變矩器在結(jié)構(gòu)上多了一個導(dǎo)輪。由于導(dǎo)輪的作用使變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩，而且能在泵輪轉(zhuǎn)矩不變的情況下，隨著渦輪轉(zhuǎn)速的不同（反映工作機(jī)械運(yùn)行時的阻力），而改變渦論輸出力矩，這就是變矩器與偶合器的不同點(diǎn)。,三、液力變矩器的工作原理,下面應(yīng)用變矩器工作輪的展開圖來說明變矩器的工作原理，為便于說明問題，設(shè)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷不變，即變矩器泵輪的轉(zhuǎn)速n1與力矩T1位常數(shù)，根據(jù)液力平衡方程 T1+T2+T3=0 即 -T2=T1+T3 又根據(jù)作用于反作用公理，各工作輪加給油液的力矩與油液加給工作輪的力矩大小相等、方向相反。設(shè)油液加給渦輪的力矩為T2,則T2=-T2 固有 T2=T1+T3 上式說明油液加給渦輪的力矩T2等于泵輪與導(dǎo)輪對油液的力矩之和。從而實(shí)現(xiàn)了變矩功能。,液力變矩器動畫演示,四、液力變矩器的工作輪原理圖,下面結(jié)合圖進(jìn)一步說明渦輪力矩變化過程，當(dāng)變矩器輸出力矩經(jīng)傳動系產(chǎn)生的牽引力足以克服機(jī)械啟動阻力時則機(jī)械啟動便加速行駛同時渦輪轉(zhuǎn)速n2也逐漸增加，這時液流在渦輪出口處不僅有沿葉片相對速度W還有沿圓周的方向的牽引速度U。因此沖向?qū)л喌娜~片的絕對速度V應(yīng)是二者合成速度；因假設(shè)泵輪轉(zhuǎn)速不變，液流在渦輪出口處相對速度不變，但因渦輪的轉(zhuǎn)速在變化故牽引速度U也在變化。有圖可見沖向?qū)л喗^對速度V將隨著牽引速度U增加而逐漸向左傾斜使導(dǎo)輪所受力矩逐漸減小，故渦輪的力矩也逐漸減小。,液力變矩器工作輪原理圖,a)當(dāng)n1=常數(shù)，n2=0時；b)當(dāng)n1=常數(shù)，n2逐漸增加時,液力變矩器的類型和典型結(jié)構(gòu),一、液力變矩器的種類較多，由于結(jié)構(gòu)的不同其輸出特性差異很大，按照插在其他工作輪翼柵烈數(shù)，液里變矩器可分為單級、二級、三級，翼柵是一組按一定規(guī)律排列在一起的葉片，有兩翼柵得渦輪稱為二級，三級翼柵得渦輪稱為三級各列渦輪翼柵彼此剛性連接，并和從動軸相連。,第三節(jié) 液力變矩器的結(jié)構(gòu)參數(shù),特性參數(shù) 變矩比 KT2/T1 傳動比 in2/n1 傳動效率 P2/P1 T2 n2 /T1 n1 Ki,三元件變矩器外特性,第四節(jié) 液力變矩器的類型和典型結(jié)構(gòu),123型和132型變矩器簡圖 1-泵輪 2-渦輪 3-導(dǎo)輪,1、單級單相液力變矩器,所謂單級指變矩器只有一個渦輪，單相則指只有一個變矩器的工況。 右圖所示為單擊單相液力變矩器，這種變矩器結(jié)構(gòu)簡單，效率高，最高效率M0.8。但這種變矩器的高效區(qū)較窄，使它的工作范圍受到限制。 為了使發(fā)動機(jī)容易有載起動和有較大的克服外負(fù)載的能力，希望起動工況（i0）變矩系數(shù)K0較大。,2.單級兩相變矩器,如圖，把變矩器和偶合器的特點(diǎn)綜合在一臺變矩器上，也稱為綜合變矩器。兩相變矩器在整個傳動比范圍內(nèi)得到更合理的效率。到輪3通過單向離合器7和殼體5剛性連接，傳動比在0im內(nèi)，從動軸力巨大與主動軸，從渦輪流出的液流沖向?qū)л喨~片的工作面。此時，液流力圖使導(dǎo)輪朝導(dǎo)輪反旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動，由于單向離合器的楔緊，而導(dǎo)輪不轉(zhuǎn)，在導(dǎo)輪不轉(zhuǎn)的工況下，整個系統(tǒng)如變矩器工作，達(dá)到增大轉(zhuǎn)矩，克服變化的負(fù)荷。,1-泵輪2-渦輪3-導(dǎo)輪4-主動軸5-殼體6-從動軸7-單向離合器,3、單級三相變矩器,單級三相變矩器是由一個泵輪、一個渦輪和兩個可單向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輪構(gòu)成。它可組成兩個耶路變矩器工況和一個液力偶合器工況，所以稱之為三相。 右圖所示為雙導(dǎo)輪液力變矩器簡圖，泵輪由輸入軸帶動旋轉(zhuǎn)，工作油液就在循環(huán)圓內(nèi)作環(huán)流運(yùn)動推動渦輪旋轉(zhuǎn)并輸出扭矩。液流從泵輪進(jìn)入渦輪，再進(jìn)入第一級導(dǎo)輪，經(jīng)第二級導(dǎo)輪，再回到泵輪。,1-泵輪 2-渦輪 3、3-導(dǎo)輪 4-自由輪機(jī)構(gòu),4.單級四箱液力變矩器,把泵分割成兩個，可以在小傳動比下改善效率。下圖單級四向液力變矩器結(jié)構(gòu)示意圖，主泵1和發(fā)動機(jī)連接，幅泵1轉(zhuǎn)載主泵輪上，并通過超越離合器9與之相連，兩個導(dǎo)輪3和3裝載兩個相互沒有聯(lián)系的單向離合器7和8上。,1-主泵輪 1-副泵輪 2-渦輪 3-第一導(dǎo)輪 3-第二導(dǎo)輪 4-主動軸 5-導(dǎo)輪座 6-從動軸 7、8、9-單向離合器,二、典型變矩器的結(jié)構(gòu)與性能,1、單級三元件液力變矩器 Catepillar 966D裝載機(jī)變矩器 2、單級四元件液力變矩器 國產(chǎn)ZL50裝載機(jī)變矩器 3、單級三相四元件變矩器 國產(chǎn)CL70自行式鏟運(yùn)機(jī)變矩器 4、雙泵輪液力變矩器 CAT988B裝載機(jī)變矩器,966D裝載機(jī)液力變矩器,1-旋轉(zhuǎn)殼體 2-泵輪 3-齒輪 4-油液進(jìn)口 5-輸出齒輪 6-變矩器殼體 7-油液出口 8-支承軸 9-導(dǎo)輪 10-渦輪 11-渦輪軸 12-接盤,ZL50裝載機(jī)變矩器,1-飛輪 2-軸承 3-旋轉(zhuǎn)殼體 4-油泵 5-彈性板 6-第一渦輪 7-軸承 8-第二渦輪 9-導(dǎo)輪 10-泵輪 11-軸承 12-齒輪 13-導(dǎo)輪軸 14-第二渦輪軸 15-第一渦輪軸 16-隔離環(huán) 17-軸承 18-單向離合器外環(huán)齒輪 19-軸承,CL7自行式鏟運(yùn)機(jī)變矩器,國產(chǎn)CL7自行式鏟運(yùn)機(jī)是單機(jī)四相元件，它的結(jié)構(gòu)有兩個特點(diǎn)：1、具有兩個導(dǎo)輪，這兩個導(dǎo)論通過單向離合器與固定的殼體相連，根據(jù)不同的工況實(shí)現(xiàn)兩個導(dǎo)輪固定；或一個導(dǎo)輪固定，另一個導(dǎo)輪空轉(zhuǎn)；以及兩個導(dǎo)輪都空轉(zhuǎn)等三種工作狀態(tài)，故稱三相。2、帶有自動鎖緊離合器，可以和泵輪和渦輪剛性連接起來變成機(jī)械傳動。,單向離合器示意圖,1-滾子2-銷3-彈簧4-內(nèi)圈5-限位塊6-鉚釘7-檔圈8-第一導(dǎo)輪9-外圈,單向離合器（又稱自由輪機(jī)構(gòu)或超越離合器）有多種形式，但其功能和工作原理都是相同的，它的功能如下 （1）單向傳動：將動力從主動件單方向傳給從動件，并可根據(jù)主動件和從動件轉(zhuǎn)速的不同自動的接合或分離。 （2）單向鎖定：能將某一元件單向鎖定，并可根據(jù)兩元件受力的不同自動的鎖定或分離。,CAT988B 裝載機(jī)液 力變矩器,