第三章液力传动2019ppt课件

1、第三章第三章 液液 力力 传传 动动学习重点：液力变矩器的工作原理及特性液力传动液力传动通过工作液体在循环流动中的液体动能变化来传递通过工作液体在循环流动中的液体动能变化来传递动力，这种传动叫做液力传动。动力，这种传动叫做液力传动。液力传动装置部件）液力传动装置部件）液力变矩器：既能传递转矩又能改变转矩大小。液力变矩器：既能传递转矩又能改变转矩大小。 液力偶合器：传递转矩，输出转矩与输入转矩相等。液力偶合器：传递转矩，输出转矩与输入转矩相等。 液力传动原理简图液力传动原理简图第一节第一节 液力偶合器液力偶合器一、液力偶合结构如下图）一、液力偶合结构如下图） （液力联轴（液力联轴器）器）简图主动

2、部分主动部分从动部分从动部分工作液体工作液体输入轴3-4mm 壳体涡轮泵轮输出轴q主动部分：泵轮盆形轮，具有一定曲度的径主动部分：泵轮盆形轮，具有一定曲度的径向叶片）；偶合器外壳接发动机曲轴接盘）向叶片）；偶合器外壳接发动机曲轴接盘）q从动部分：涡轮、从动轴同样涡轮径向排列从动部分：涡轮、从动轴同样涡轮径向排列着许多有定曲度的工作叶片着许多有定曲度的工作叶片r r泵泵r r涡，两轮相向涡，两轮相向安装在密封的外壳内，有安装在密封的外壳内，有 mmmm的间隙）的间隙）q工作液体：工作液体：二、工作原理及特性二、工作原理及特性工作泵轮由发动机带动旋转工作泵轮由发动机带动旋转叶片带动工作液作牵连叶片

3、带动工作液作牵连运动运动在离心力作用下在离心力作用下工作液由泵轮叶片内缘流向工作液由泵轮叶片内缘流向外缘外缘同时由于同时由于r r泵泵r r涡，涡，F Fmw2rmw2r， nBnBnTnT；所以泵轮外；所以泵轮外缘压力涡轮外缘压力，从而在压力差的作用下，液缘压力涡轮外缘压力，从而在压力差的作用下，液体要从泵轮外缘流向涡轮外缘；体要从泵轮外缘流向涡轮外缘；循环圆：工作液体既有随工作轮的圆周运动牵连），循环圆：工作液体既有随工作轮的圆周运动牵连），又有在液压差的作用下的相对运动从泵轮到涡轮），又有在液压差的作用下的相对运动从泵轮到涡轮），一般其液流在泵轮、涡轮间断面呈圆形，称之为循环一般其液流在

4、泵轮、涡轮间断面呈圆形，称之为循环圆注意循环圆的方向判断）圆注意循环圆的方向判断）1 1、动力传递过程：、动力传递过程：泵轮机械能泵轮机械能工作液动能工作液动能通过循环液通过循环液涡轮机械涡轮机械能能输出轴输出轴2 2、 传动特点传动特点只能传递扭矩，不能改变扭矩大小；即只能传递扭矩，不能改变扭矩大小；即MBMBMTMT为为什么？进行受力分析，取工作液为研究对象，用动什么？进行受力分析，取工作液为研究对象，用动量矩定理）量矩定理）3 3、传动条件、传动条件工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动；即有压力差工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动；即有压力差或写为或写为nBnBnTnT）4、偶合器循环流量变化

5、曲线5、液力偶合器的传动效率iinMnMNNbbTT1入出（）、起步平稳变刚性连结为柔性连结，衰减（）、起步平稳变刚性连结为柔性连结，衰减了发动机传给传动系的振动，也减小了传动系对发了发动机传给传动系的振动，也减小了传动系对发动机的影响）动机的影响）（）、防止发动机过载熄火（）、防止发动机过载熄火（）、减少了换档次数（）、减少了换档次数（）、二者间允许有很大的转速差（）、二者间允许有很大的转速差三、作用三、作用第二节第二节 液力变矩器液力变矩器一、构造一、构造三个工作轮w最简单的液力变矩器是由三个工作轮组成最简单的液力变矩器是由三个工作轮组成的，与偶合器相比，多了一套固定不动的的，与偶合器相比

6、，多了一套固定不动的导轮。工作轮由高强度的轻合金如铝合导轮。工作轮由高强度的轻合金如铝合金铸成，由内外环及内外环间的叶片构金铸成，由内外环及内外环间的叶片构成，三个工作轮相互御接，形成工作液的成，三个工作轮相互御接，形成工作液的环流通道，即环形内腔。环流通道，即环形内腔。w主动泵轮与发动机曲轴相连，从动涡轮与主动泵轮与发动机曲轴相连，从动涡轮与输出轴相连；导轮固定在套管上。输出轴相连；导轮固定在套管上。液力变矩器简图液力变矩器简图 假定发动机负荷及转速不变，即泵轮假定发动机负荷及转速不变，即泵轮nbnb、MbMb为常数；为常数；沿循环圆展开各工作轮，如下图：沿循环圆展开各工作轮，如下图：二、液

7、力变矩器的变矩原理二、液力变矩器的变矩原理n取工作液体为研究对象，对其进行受力分析：取工作液体为研究对象，对其进行受力分析：n泵轮由发动机带动，给液体转矩记为泵轮由发动机带动，给液体转矩记为MbMb；液；液体由泵轮叶片带动作圆周运动，同时又沿着叶体由泵轮叶片带动作圆周运动，同时又沿着叶片由内沿流向外沿，即作相对运动；最后以绝片由内沿流向外沿，即作相对运动；最后以绝对速度对速度u u冲向涡轮叶片；涡轮叶片给液体以阻冲向涡轮叶片；涡轮叶片给液体以阻力矩力矩, , 记为记为Mw Mw ；液流方向发生变化，同理；液流方向发生变化，同理以绝对速度以绝对速度u u冲向导轮；导轮固定不动，其叶冲向导轮；导轮

8、固定不动，其叶片给液流一阻力矩，记为片给液流一阻力矩，记为Md Md ；液流改变方向；液流改变方向后，液流沿叶片以速度后，液流沿叶片以速度u u冲向泵轮叶片入口，冲向泵轮叶片入口，液体完成一个循环。也就是说，液流又回到了液体完成一个循环。也就是说，液流又回到了起点。起点。w由动量矩定理可知，液体循环一周，动量矩由动量矩定理可知，液体循环一周，动量矩没有变化，因此液体所受外力矩之和应为零，没有变化，因此液体所受外力矩之和应为零，即：（取逆时针方向为正）即：（取逆时针方向为正）wMwMw MbMb Md Md 即：即：Mw Mw MbMb Md Md w由作用力与反作用力定理可得，三个工作轮由作用

9、力与反作用力定理可得，三个工作轮上的转矩关系式为：上的转矩关系式为：wMwMw MbMb MdMd液力变矩器的转矩方液力变矩器的转矩方程程（）、机械起步前（）、机械起步前 涡轮的转速为，液流沿涡轮叶片直接以涡轮的转速为，液流沿涡轮叶片直接以u u冲冲向导轮叶片工作面，且与叶片角度较大，液流向导轮叶片工作面，且与叶片角度较大，液流方向改变很大，即导轮给液流以较大的阻力矩，方向改变很大，即导轮给液流以较大的阻力矩，即即MdMd较大且为正，所以起步工况液力变矩器为较大且为正，所以起步工况液力变矩器为增扭过程，使得涡轮输出转矩增扭过程，使得涡轮输出转矩MwMwMbMb，MwMw MbMb MdMd3

10、3、 讨论讨论MdMd方向及大小方向及大小unw0，nB 0， nw nB导轮固定）；导轮固定）； uMw=MB+MD ；起步之前起步之前（）、机械加速行驶（）、机械加速行驶 当当MwMw增加到足以克服起步阻力时，涡轮由开始加增加到足以克服起步阻力时，涡轮由开始加速，随着涡轮转速的逐渐增加，速，随着涡轮转速的逐渐增加，u u逐渐向左偏移，逐渐向左偏移，即即u u与导轮叶片的角度逐渐变小，也就是与导轮叶片的角度逐渐变小，也就是MdMd在逐渐在逐渐变小。当涡轮转速达某一值时，变小。当涡轮转速达某一值时，u u正好与导轮出口正好与导轮出口方向平行，液流不改变方向直接冲出导轮，即此时方向平行，液流不改

11、变方向直接冲出导轮，即此时MdMd，则，则MwMw MbMb此时相当于液力偶合器）此时相当于液力偶合器）u当当nw0.85nB 时导轮固定），时导轮固定），Mw=MB液流的方向与导轮叶液流的方向与导轮叶片平行时，变矩器由片平行时，变矩器由变矩变为偶合工况变矩变为偶合工况起步后中间状态起步后中间状态（）、机械继续加速（）、机械继续加速 液流速度液流速度u u方向继续向左偏，液流冲击导轮方向继续向左偏，液流冲击导轮叶子背面，形成背压，叶子背面，形成背压，MdMd方向相反，为负。那么方向相反，为负。那么MwMw MbMb MdMd（）、当（）、当nwnwnbnb时时（涡轮速度增加到等于泵轮转速时），

12、液流没有循（涡轮速度增加到等于泵轮转速时），液流没有循环运动，液力变矩器不能传递动力。环运动，液力变矩器不能传递动力。MwMw高速运行高速运行uMw=MB （ MD ）u当当nwnB 时，液力变矩器失去传递动力的能时，液力变矩器失去传递动力的能力力（K K不是一个常数，实际上不是一个常数，实际上运用运用 段段 ）112nnnnib出入nni 12MMMMKbw1K（机械传动比为：（机械传动比为： ） 1 1、液力变矩器的传动比、液力变矩器的传动比2 2、变矩系数、变矩系数三、液力变矩器性能参数三、液力变矩器性能参数 （对偶合器：k=1、 ）iiKnMnMNNbbww入出3、变矩器效率、变矩器效

13、率4、泵轮扭矩与涡轮扭矩的计算方程、泵轮扭矩与涡轮扭矩的计算方程52DnMBBB5252DnDnKKMMBTBBBT四、液力变矩器的特性四、液力变矩器的特性w（一）、液力变矩器的输出特性外特性）（一）、液力变矩器的输出特性外特性）当当nB=nB=常数时常数时 的关系。的关系。)();();(321TTTTBnfnfMnfM当当MB=MB=常数时常数时 的关系。的关系。)();();(321TTTTBnfnfMnfn 以以nwnw为横坐标，为纵坐标，（为横坐标，为纵坐标，（MbMb、nbnb为常数），可绘出为常数），可绘出工作特性图如下：工作特性图如下： w=nbn从图中可知：从图中可知：（）、

14、当（）、当nwnwnw1nw1时，时，MwMw MbMb Md Md 为增扭过程为增扭过程（）、当（）、当nwnwnw1nw1时，时，MwMw Mb MdMb Md 为偶合为偶合工况工况（）、当（）、当nwnwnw1nw1时，时，MwMw MbMb Md Md 为减扭过程，为减扭过程，实际上已不用此段实际上已不用此段（）、当（）、当nwnwnbnb时，时，MwMw，不起传动作用，不起传动作用（二）、原始特性的关系曲线)();();(321ififKifB（是由输出特性及公式（是由输出特性及公式计算而得），几何相似计算而得），几何相似的同类型变矩器其原始的同类型变矩器其原始特性是一样的。特性是一

15、样的。（三）、变矩器的基本性能1、经济性能、经济性能评价参数：评价参数：（1最高效率的大小最高效率的大小（2高效工作区的大高效工作区的大小小*%80%75或；G2、变矩性能评价参数：评价参数：（1起步或制动工况的起步或制动工况的（2偶合工况偶合工况0K)(1MCMii；iKCi3、透穿性能w变矩器涡轮轴上负荷变化时透过变矩器而变矩器涡轮轴上负荷变化时透过变矩器而影响泵轮发动机扭矩和转速的能力。影响泵轮发动机扭矩和转速的能力。w（起动工况与偶合工况的泵轮力矩系数之（起动工况与偶合工况的泵轮力矩系数之比）比）BCBT0透穿类型透穿类型（非透穿性：（非透穿性：不随不随i的变的变化，化，T恒等于；即当

16、恒等于；即当n1不变时，不变时，不随的变化而变化。不随的变化而变化。（正透穿性：（正透穿性：随随i的减小的减小而增大；即随的增大而而增大；即随的增大而增大增大n1不变）。不变）。（负透穿性：（负透穿性：随随i的减小的减小而减小；即随的增大而而减小；即随的增大而减小减小n1不变）。不变）。（混合透穿特性：具有两种（混合透穿特性：具有两种特性，此时特性，此时 m1max1时为负透为正透为不透16 . 12 . 11；透穿性的决定因素透穿性的决定因素（取决于工作腔内和（取决于工作腔内和 工作轮的布置方式工作轮的布置方式（涡轮的型式（涡轮的型式（泵轮叶片出口角的（泵轮叶片出口角的大小等大小等（四变矩器

17、的输入特性w为变矩器输入扭矩与输入转速之间关系的特性曲线。为变矩器输入扭矩与输入转速之间关系的特性曲线。 （即发动机的负荷特性）（即发动机的负荷特性）)(BBnfM52DnMBBB)(ifB五、综合式液力变矩器五、综合式液力变矩器 1、构造、构造 在简单三元件变在简单三元件变矩器的基础上，矩器的基础上，只在导轮上加装只在导轮上加装一个单向离合器一个单向离合器自由轮、超越自由轮、超越离合器），自由离合器），自由轮的内圈固定在轮的内圈固定在导管上固定不导管上固定不动），外圈与导动），外圈与导轮连结。轮连结。单向离合器2、原理、原理w（）、当液体冲击叶片正面时（）、当液体冲击叶片正面时, ,d d，

18、自由轮，自由轮内外圈刚好楔紧，导轮固定不动，以变矩器工作。内外圈刚好楔紧，导轮固定不动，以变矩器工作。w（）、当液流冲击导轮叶片的背面时，（）、当液流冲击导轮叶片的背面时，d d，自由轮外圈相对内圈自由转动，即导轮自由转动，自由轮外圈相对内圈自由转动，即导轮自由转动，相当于偶合器工作。相当于偶合器工作。偶液、特性曲线如图：w当nwnw1时，d，偶液 当当nwnw1时，时，d，nbw=n变偶特性曲线、优点、优点能提高变矩器在大传动比范围内的传动效率能提高变矩器在大传动比范围内的传动效率变w=nnbnbw=n变偶第三节第三节 液力变矩器的类型及应用液力变矩器的类型及应用一、液力变矩器的类型一、液力

19、变矩器的类型、按各工作轮在循环圆中、按各工作轮在循环圆中的排列顺序分的排列顺序分（）、正转变（）、正转变矩器矩器由循环圆方向看，导轮在泵由循环圆方向看，导轮在泵轮之前；轮之前；涡轮旋转方向与泵轮一致涡轮旋转方向与泵轮一致（）、反转型变矩（）、反转型变矩器器a a、转向相反、转向相反 导轮在涡轮之前，导轮在涡轮之前，导轮叶片作用改变了涡轮的液流导轮叶片作用改变了涡轮的液流方向，涡轮反向旋转，与泵轮转方向，涡轮反向旋转，与泵轮转向相反。向相反。b b、透穿性大、透穿性大 涡轮在泵轮前，外涡轮在泵轮前，外载荷的变化对泵轮的进口液流影载荷的变化对泵轮的进口液流影响较大，即响较大，即w w对对b b影响

20、大影响大c c、传动效率低、传动效率低 液流方向在泵轮入口随涡轮载荷变化而液流方向在泵轮入口随涡轮载荷变化而急剧变化，效率低。急剧变化，效率低。d d、一般机械不采用，多用在船舶上作倒档机构、一般机械不采用，多用在船舶上作倒档机构2 2、按布置在泵轮与导轮或导轮与导轮之、按布置在泵轮与导轮或导轮与导轮之间的刚性连接在一起的涡轮数分间的刚性连接在一起的涡轮数分单级、二级、三级等型式各涡轮之间刚单级、二级、三级等型式各涡轮之间刚性相连如图：性相连如图：1919。若涡轮数为多个，但每个涡轮并不安装在若涡轮数为多个，但每个涡轮并不安装在其它两个工作轮之间，则仍为单级多涡轮其它两个工作轮之间，则仍为单级

21、多涡轮变矩器，按涡轮个数，称为双涡轮或三涡变矩器，按涡轮个数，称为双涡轮或三涡轮等液力变矩器。轮等液力变矩器。多级液力变矩器多级液力变矩器 多级液力变矩器的优缺点：（）、与低级变矩器相比，可以在小传动比时提高变矩系数多个涡轮作用的结果）（）、高效率范围扩大，从而扩大了工作范围（3）、最高效率值低于单级多级变矩器的应用：多级变矩器的应用：Caterpillar推土机等推土机等3 3、按工作轮不同的配合方式所具有的不同工、按工作轮不同的配合方式所具有的不同工作状态的数目作状态的数目 分单相、二相、三相等型式分单相、二相、三相等型式 工作轮相互配合作用的变换是借助于自由工作轮相互配合作用的变换是借助

22、于自由轮机构、离合器、制动器等来实现的，借助轮机构、离合器、制动器等来实现的，借助于这些机构使一些工作轮在一定工况下改变于这些机构使一些工作轮在一定工况下改变作用从而改变变矩器的工作状态及特性。作用从而改变变矩器的工作状态及特性。（）、单级二相液力变矩器综合式）（）、单级二相液力变矩器综合式） 借助自由轮改变导轮的功能固定和自由旋借助自由轮改变导轮的功能固定和自由旋转）；使变矩器有变矩器和偶合器的特性转）；使变矩器有变矩器和偶合器的特性注：在液流作用下，自动改变的）注：在液流作用下，自动改变的）（）、单级三相液力变矩器（）、单级三相液力变矩器 如图：如图：2727构造：两个导轮，各自通过自由轮

23、固定在壳体上构造：两个导轮，各自通过自由轮固定在壳体上特性：由两个变矩器特性和一个偶合器特性组成特性：由两个变矩器特性和一个偶合器特性组成原理：原理：I I在在i1i1段时，即段时，即Ii1Ii1时，导轮、不动，以时，导轮、不动，以变矩器工作变矩器工作I1IImI1IIm时，导轮自由旋转，不动，以变矩时，导轮自由旋转，不动，以变矩器工作器工作ImI1ImI1时，、都自由旋转，以偶合器工作时，、都自由旋转，以偶合器工作优点：提高了变矩系数，消除了高传动比时的低效优点：提高了变矩系数，消除了高传动比时的低效率区域，加宽了高效范围。率区域，加宽了高效范围。应用：主要用在推土机、装载机、汽车等应用：主

24、要用在推土机、装载机、汽车等4 4、按涡轮在循环圆中的位置、按涡轮在循环圆中的位置（向心涡轮式（向心涡轮式如下图：涡轮中液流入口半径如下图：涡轮中液流入口半径 出口半径，在涡轮出口半径，在涡轮中液流由周边流向中心，与离心力方向相反，泵轮出口液流中液流由周边流向中心，与离心力方向相反，泵轮出口液流阻力增加，涡轮转速变化直接影响到泵轮，阻力增加，涡轮转速变化直接影响到泵轮，b b随随MwMw增大而增大而增大，因而，向心涡轮式正透性大。增大，因而，向心涡轮式正透性大。（轴流涡轮式（轴流涡轮式如下图：如下图： ，在涡轮中液流轴向流动，离心力与，在涡轮中液流轴向流动，离心力与流向垂直，对泵轮影响不大，因

25、而，轴流式的正透性不大。流向垂直，对泵轮影响不大，因而，轴流式的正透性不大。22rr 22rr （离心涡轮式（离心涡轮式如下图：如下图： ，在涡轮中液流流向与离心力的，在涡轮中液流流向与离心力的方向相同，具有较小的正透性以上三种形式中，向心涡方向相同，具有较小的正透性以上三种形式中，向心涡轮式的综合性能好，工程机械上广泛使用。轮式的综合性能好，工程机械上广泛使用。22rr 5、带闭锁离合器的液力变矩器、带闭锁离合器的液力变矩器（a a图图（构造（构造在涡轮和泵轮之间装上磨在涡轮和泵轮之间装上磨擦离合器擦离合器（原理（原理 时，分开，楔时，分开，楔紧，以变矩器工作紧，以变矩器工作时，松开，接时，

26、松开，接合，合， ，导轮自，导轮自由旋转，从而提高了在大由旋转，从而提高了在大传动比范围的传动效率传动比范围的传动效率21nn miimii（b b图图（构造（构造（原理（原理当松开，接合，楔紧当松开，接合，楔紧传递动力，以变矩器工作传递动力，以变矩器工作当接合，松开，松开，当接合，松开，松开，实现直接传动。各工作轮静实现直接传动。各工作轮静止不动，避免了风损。止不动，避免了风损。 二、液力机械变矩器二、液力机械变矩器（一构成（一构成由液力变矩器和二个自由度的机械元件组成；它把功率由液力变矩器和二个自由度的机械元件组成；它把功率分流传递，然后又总合到输出轴上。分流传递，然后又总合到输出轴上。（

27、二分类（二分类内功率分流液力变矩器：功率分流在变矩器内部完成的内功率分流液力变矩器：功率分流在变矩器内部完成的外功率分流液力变矩器：功率分流在变矩器外部完成的外功率分流液力变矩器：功率分流在变矩器外部完成的、强制导轮反转的液力机械、强制导轮反转的液力机械变矩器变矩器构造：个涡轮，为二级的变构造：个涡轮，为二级的变矩器；一个行星排；二个制动矩器；一个行星排；二个制动器；器；（三内功率分流液力变矩器（三内功率分流液力变矩器工作原理：工作原理：（在机械起步和大负载作业时（在机械起步和大负载作业时Ii1II1II1）：）：2 2、 双涡轮液力机械变矩器双涡轮液力机械变矩器（构造：（构造：如图如图 36

28、 36 特性曲线如图所示，为二相单级。特性曲线如图所示，为二相单级。（原理：（原理：当当Ii1Ii1时，楔紧在传动轴上时，楔紧在传动轴上n10n8n10i1Ii1时，松开时，松开n10n8n10n8只有涡轮、齿只有涡轮、齿轮、这条路线传递动力轮、这条路线传递动力（优点：在小传动比范围重载），和效（优点：在小传动比范围重载），和效率提高较大。能适应于工程机械的工况需求。率提高较大。能适应于工程机械的工况需求。（应用：目前国产轮胎式装载机全用的是此（应用：目前国产轮胎式装载机全用的是此变矩器变矩器（四）、外功率分流液力机械变矩器（四）、外功率分流液力机械变矩器一部分功率经变矩器传递，另一部分功率由机械元件在一部分功率经变矩器传递，另一部分功率由机械元件在变矩器外传递，最后汇总到从动轴上。如图变矩器外传递，最后汇总到从动轴上。如图3030的几的几种传动方案种传动方案第四节 液力变矩器和发动机的组合一、共同工作输入特性一、共同工作输入特性二、共同工作输出特性二、共同工作输出特性三、发动机与变矩器的匹配三、发动机与变矩器的匹配、全功率匹配、全功率匹配变矩器按发动机的全部功率来选择。变矩器按发动机的全部功率来选择。该方式存在的问