第9章液压与液力传动

1、图图8-2 8-2 轮式装载机液力机械式传动系统图轮式装载机液力机械式传动系统图1-1-轮胎；轮胎；2-2-脚制动器；脚制动器；3-3-前驱动桥；前驱动桥；4-4-变速箱；变速箱；5-5-转向油泵；转向油泵；6-6-工作工作油泵；油泵；7-7-变速油泵；变速油泵；8-8-液力变矩器；液力变矩器；9-9-柴油机；柴油机；10-10-后驱动桥后驱动桥液力机械式传动系统组成液力机械式传动系统组成液力变矩器液力变矩器第九章第九章 液压与液力传动液压与液力传动液力传动的优点：液力传动的优点：（1 1）使发动机空载起动，并减少起动时的冲击和振）使发动机空载起动，并减少起动时的冲击和振动；动；（2 2）能自

2、动适应外阻力的变化；）能自动适应外阻力的变化；（3 3）防止动力过载损坏，提高了机械的使用寿命；）防止动力过载损坏，提高了机械的使用寿命；（4 4）简化了机械的操纵，变矩器本身就相当于一个）简化了机械的操纵，变矩器本身就相当于一个无级变速箱。无级变速箱。液力传动的缺点：液力传动的缺点： 效率较低，结构复杂，使机械的经济性低，成本高。效率较低，结构复杂，使机械的经济性低，成本高。液力传动的分类液力传动的分类： 液力偶合器和液力变矩器。液力偶合器和液力变矩器。 液力偶合器也称为液力偶合器也称为液力连轴节液力连轴节。它是利用液体。它是利用液体的动能来传递转矩的液力传动的动能来传递转矩的液力传动, ,

3、即通过液体在循环流即通过液体在循环流动过程中，利用液体动能的变化来传递动力。动过程中，利用液体动能的变化来传递动力。一、概述一、概述液力偶合器液力偶合器二、液力偶合器的组成和结构二、液力偶合器的组成和结构 两个直径相同的工作轮，由两个直径相同的工作轮，由发动机曲轴驱动的为泵轮，与发动机曲轴驱动的为泵轮，与输出轴装在一起的为涡轮。叶输出轴装在一起的为涡轮。叶轮内部装有许多半圆形的径向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叶片，在各叶片之间充满工作液。液。 液力偶合器简图液力偶合器简图1-泵轮壳；泵轮壳； 2-涡轮；涡轮； 3-泵轮；泵轮； 4-输入轴；输入轴； 5-输出轴输出轴 ；

4、6、7-尾端切去一块的叶片尾端切去一块的叶片 泵泵轮轮涡轮涡轮输出轴输出轴输入轴输入轴涡轮涡轮泵泵轮轮三、液力偶合器的工作原理三、液力偶合器的工作原理涡轮转动后的油液螺旋形路线涡轮转动后的油液螺旋形路线 涡轮和泵轮转速相同时涡轮和泵轮转速相同时的油液流动路线的油液流动路线 随着涡轮转速越来越高，螺旋线拉长，直到循环圆流动停止随着涡轮转速越来越高，螺旋线拉长，直到循环圆流动停止图图9-17 9-17 不同涡轮转速时液力偶合器中工作油液流动路线不同涡轮转速时液力偶合器中工作油液流动路线n n1 1- -泵轮转速；泵轮转速；n n2 2- -涡轮涡轮转速转速泵轮泵轮泵轮泵轮涡轮涡轮涡轮涡轮涡轮涡轮涡

5、轮涡轮四、液力偶合器的特性参数四、液力偶合器的特性参数1、液力偶合器的力矩、液力偶合器的力矩 液力偶合器不能改变力矩，只能将输入轴上液力偶合器不能改变力矩，只能将输入轴上的力矩等量的传给输出轴。的力矩等量的传给输出轴。涡轮力矩与泵轮力矩相同涡轮力矩与泵轮力矩相同: : T T1 1=T=T2 22.效率12/PPinnnTnTPP12112212效率等于涡轮轴的输出功率与泵轮效率等于涡轮轴的输出功率与泵轮轴的输入功率之比。轴的输入功率之比。1001图图9-18 液力偶合器的效率特性液力偶合器的效率特性 偶合器的效率偶合器的效率等于传动比等于传动比,当泵轮转当泵轮转速为常数时则效率与涡轮转速成正

6、比，速为常数时则效率与涡轮转速成正比，即偶合器效率为一过坐标原点的即偶合器效率为一过坐标原点的45斜斜线。当传动比越大，即当涡轮转速越高，线。当传动比越大，即当涡轮转速越高，则偶合器效率越高。当涡轮停止不转时，则偶合器效率越高。当涡轮停止不转时，这时传动比为零，效率也为零。例如车这时传动比为零，效率也为零。例如车辆起步时，传动比和效率就等于零；因辆起步时，传动比和效率就等于零；因为这时涡轮没有对外输出功率。而输给为这时涡轮没有对外输出功率。而输给偶合器的功率全部损耗掉了偶合器的功率全部损耗掉了(损失在液损失在液体摩擦和冲击上体摩擦和冲击上)。其结果是引起油液。其结果是引起油液发热，温度升高。当

7、传动比大于发热，温度升高。当传动比大于0.985时，涡轮轴的负荷已很小或接近于零，时，涡轮轴的负荷已很小或接近于零，这时，效率突然降落下来变为零，这就这时，效率突然降落下来变为零，这就是说偶合器的效率永远小于是说偶合器的效率永远小于1。液力变矩器液力变矩器一、功用与特点一、功用与特点 1.功用：功用： 靠靠液体介质液体介质在在主动元件主动元件和和从动元件从动元件之间之间循环循环流动流动过程中过程中动能的变化动能的变化来来传递动力传递动力,它能满足大型它能满足大型工程机械作业所要求的牵引特性。工程机械作业所要求的牵引特性。 2. 特点：特点： 使工程机械具有自动、无级变速、变矩能力，使工程机械具

8、有自动、无级变速、变矩能力，提高了工程机械自动适应外载荷变化的能力。提高了工程机械自动适应外载荷变化的能力。二、液力变矩器的组成及工作原理二、液力变矩器的组成及工作原理液力变矩器结构组成液力变矩器结构组成从动元件从动元件与输出轴相连与输出轴相连主动元件主动元件与变矩器外壳相连与变矩器外壳相连固定在不动的固定在不动的变速器外壳上变速器外壳上 液力变矩器结构液力变矩器结构 泵轮与变矩器壳体连成一体，其内部径向装有许泵轮与变矩器壳体连成一体，其内部径向装有许多扭曲的叶片，叶片内缘则装有让变矩器油液平滑流多扭曲的叶片，叶片内缘则装有让变矩器油液平滑流过的导环。变矩器壳体与曲轴后端的驱动盘相连接。过的导

9、环。变矩器壳体与曲轴后端的驱动盘相连接。 泵轮：泵轮：涡轮上装有许多叶片。但涡轮叶片的扭曲方向涡轮上装有许多叶片。但涡轮叶片的扭曲方向与泵轮叶片的扭曲的方向相反。涡轮中心有花键孔与泵轮叶片的扭曲的方向相反。涡轮中心有花键孔与变速箱输入轴相连。泵轮叶片与涡轮叶片相对安与变速箱输入轴相连。泵轮叶片与涡轮叶片相对安置，中间有置，中间有3 34mm4mm的间隙。的间隙。 涡涡 轮轮 导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向自由轮安装在导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向自由轮安装在与变速箱壳体连接的导管轴上。它也是由许多扭曲叶与变速箱壳体连接的导管轴上。它也是由许多扭曲叶片组成。片组成。 导导 轮轮液力变矩器涡流

10、与环流液力变矩器涡流与环流 当油液冲击涡轮叶片时，油液沿着涡轮叶片由外当油液冲击涡轮叶片时，油液沿着涡轮叶片由外向内流动，然后流出冲击导轮叶片，再沿着导轮叶向内流动，然后流出冲击导轮叶片，再沿着导轮叶片流动，回到泵轮进入下一个循环。片流动，回到泵轮进入下一个循环。 当发动机曲轴带动泵轮旋转时，泵轮带动油当发动机曲轴带动泵轮旋转时，泵轮带动油液一起旋转，在离心力的作用下，液一起旋转，在离心力的作用下，油液油液从泵轮叶从泵轮叶片的内缘向外缘流动。片的内缘向外缘流动。把从泵轮、涡轮、导轮又到泵轮的液体流动叫把从泵轮、涡轮、导轮又到泵轮的液体流动叫涡流。涡流。 油液在进行涡流的同时，又绕曲轴中心线旋转

11、，油液在进行涡流的同时，又绕曲轴中心线旋转，我们把液体绕轴线旋转的流动，称为我们把液体绕轴线旋转的流动，称为环流环流。 由于由于导轮导轮的作用，的作用，变矩器不仅能传递转矩变矩器不仅能传递转矩，而且能，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速( (反映着机反映着机械行驶速度械行驶速度) )不同而不同而改变涡轮输出的转矩数值改变涡轮输出的转矩数值。 2、液力变矩器的液力变矩器的工作原理工作原理 因此，变矩器不仅能传递转矩，而且能改因此，变矩器不仅能传递转矩，而且能改变涡轮输出的转矩数值。变涡轮输出的转矩数值。 变矩器之所以能起变矩器之所以能起变矩作用变矩

12、作用，是由于在，是由于在循环流动的过程中，循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。同于泵轮输入的转矩。 涡轮的总转矩涡轮的总转矩等于等于泵轮转矩泵轮转矩和和导轮反作导轮反作用转矩用转矩之和。之和。变矩器的工作原理变矩器的工作原理泵轮泵轮涡轮涡轮导轮导轮起步工况起步工况M Mw w= M= Mb b+ M+ Md d涡轮转矩涡轮转矩MwMw大于泵轮的大于泵轮的转矩转矩M Mb b即即液力变液力变矩器起了增矩器起了增大转矩的作大转矩的作用用。设设泵轮、涡轮和导轮对液流的作用转矩泵轮、涡轮和导轮对

13、液流的作用转矩分别为分别为M Mb b、M Mw w和和M Md d。泵轮泵轮涡轮涡轮导轮导轮起步并开始加速起步并开始加速当涡轮转当涡轮转速增大到某速增大到某一数值，导一数值，导轮转矩轮转矩M Md d为为零，零，于是于是涡涡轮转矩与泵轮转矩与泵轮转矩相等轮转矩相等，即即M Mb b=M=Mw w。 涡轮转速涡轮转速 n nw w 从零逐渐增加。从零逐渐增加。使使导轮上所受转矩值逐渐减导轮上所受转矩值逐渐减小。小。若涡轮转速若涡轮转速 n nw w 继续增大继续增大，涡轮转矩为前两者转矩之涡轮转矩为前两者转矩之差差(M(Mw w=M=Mb b-M-Md d) )，即变矩器输出转矩反而比输入转矩

14、小。，即变矩器输出转矩反而比输入转矩小。高速运行高速运行当涡轮转速当涡轮转速n nw w与泵轮转速与泵轮转速n nb b相等时相等时，工，工作液在循环作液在循环圆中的流动圆中的流动停止，将停止，将不不能传递动力能传递动力。 三三 、液力变矩器特性参数、液力变矩器特性参数1. 变矩比、传动比、传动效率变矩比、传动比、传动效率KinMnMPPnniMMK1122121212三元件变矩器外特性曲线三元件变矩器外特性曲线 随着涡轮转速的提高，涡随着涡轮转速的提高，涡轮力矩逐渐减小；反之，当外轮力矩逐渐减小；反之，当外阻力增大使涡轮转速下降时，阻力增大使涡轮转速下降时，则涡轮力矩增大；这就是变矩则涡轮力

15、矩增大；这就是变矩器的器的自动适应外阻力变化的无自动适应外阻力变化的无级变速功能（自动适应性）。级变速功能（自动适应性）。 当涡轮转速为当涡轮转速为0时，涡轮力时，涡轮力矩最大，这正矩最大，这正满足车辆起动时满足车辆起动时的需要的需要。 涡轮转速变化时，泵轮力涡轮转速变化时，泵轮力矩变化是不大的矩变化是不大的（对发动机的（对发动机的影响很小）。影响很小）。 变矩器的效率只有一个最变矩器的效率只有一个最大值，这时变矩器损失最小，大值，这时变矩器损失最小，称为称为最佳工况最佳工况。 涡轮转速涡轮转速涡轮力矩涡轮力矩泵轮力矩泵轮力矩变矩器的效率变矩器的效率2、液力变矩器的外特性曲线、液力变矩器的外特

16、性曲线1.1.按各工作轮在循环圆中的排列顺序分为按各工作轮在循环圆中的排列顺序分为 正转变矩器和反转变矩器正转变矩器和反转变矩器 四、液力变矩器的类型四、液力变矩器的类型（a a） (b)(b)图图9-25 9-25 正转型和反转型变矩器简图正转型和反转型变矩器简图(a)(a)正转（正转（123123）型；）型；(b)(b)反转（反转（132132）型）型1-1-泵轮；泵轮；2-2-涡轮；涡轮；3-3-导轮导轮泵轮泵轮泵轮泵轮涡轮涡轮涡轮涡轮导轮导轮导轮导轮两两 相相三三 级级单单 级级泵轮泵轮涡轮涡轮导轮导轮泵轮泵轮涡轮涡轮涡轮涡轮导轮导轮泵轮泵轮涡轮涡轮导轮导轮涡轮涡轮涡轮涡轮2. 单级和

17、多级液力变矩器（按照涡轮数母）单级和多级液力变矩器（按照涡轮数母） 液力变矩器可分为单级、二级和三级液力变矩器。液力变矩器可分为单级、二级和三级液力变矩器。 图图9-26 9-26 多级液力变矩器简图多级液力变矩器简图 （a a）二级液力变矩器；）二级液力变矩器； (b)(b)三级液力变矩器三级液力变矩器 1-1-泵轮；泵轮；2 21 1- -第一列涡轮翼栅；第一列涡轮翼栅；2 2- -第二列涡轮翼栅；第二列涡轮翼栅；2 2- -第三列第三列涡轮翼栅；涡轮翼栅；3-3-导轮；导轮；3 31 1- -第一列导轮翼栅；第一列导轮翼栅；3 3- -第二列导轮翼栅第二列导轮翼栅2 21 12 22 2

18、3 31 13 33.单相和多相式液力变矩器单相和多相式液力变矩器 按液力变矩器在工作时可组成几个工况可按液力变矩器在工作时可组成几个工况可分为单相、二相、三相和四相等液力变矩器。分为单相、二相、三相和四相等液力变矩器。 (a)(a)液力变矩器简图；液力变矩器简图；(b)(b)不同工况导轮入口油液来流方向；不同工况导轮入口油液来流方向；(c)(c)液力变矩器特性曲线液力变矩器特性曲线图图9-27 9-27 单级二相液力变矩器单级二相液力变矩器1-泵轮；泵轮；2-涡轮；涡轮；3-导轮；导轮；4-主动轴；主动轴；5-壳体；壳体；6-从动轴；从动轴；7-单向离合器；单向离合器；8 9 10 11-分

19、别相应于不同传动比时，液流作用于导轮叶片入口处的方向分别相应于不同传动比时，液流作用于导轮叶片入口处的方向 二、液力偶合器的组成和结构二、液力偶合器的组成和结构 作用是只允许导轮单向作用是只允许导轮单向旋转，不允许其逆转。旋转，不允许其逆转。 变矩器外特性曲线变矩器外特性曲线涡轮转速涡轮转速涡轮力矩涡轮力矩泵轮力矩泵轮力矩变矩器的效率变矩器的效率1001液力偶合器的效率特性液力偶合器的效率特性为什么要使用单向离合器？为什么要使用单向离合器？为什么要使用单向离合器？为什么要使用单向离合器？ (a) (a)液力变矩器简图；液力变矩器简图；(b)(b)不同工况导轮入口液流来流方向；不同工况导轮入口液

20、流来流方向；(c)(c)液力变矩器特性曲线液力变矩器特性曲线图图9-28 9-28 单级三相液力变矩器单级三相液力变矩器1-1-泵轮；泵轮；2-2-涡轮；涡轮；3 3- -第一导轮；第一导轮；3 3- -第二导轮；第二导轮；4-4-主动轴；主动轴；5-5-壳体；壳体；6-6-从动轴；从动轴；7 7、8-8-单向离合器；单向离合器；、1）三元件综合式液力变矩器三元件综合式液力变矩器即由泵轮、涡轮和导轮三个主要元件组成。 几种典型的液力变矩器几种典型的液力变矩器接盘接盘涡轮轴涡轮轴涡轮涡轮输出齿轮输出齿轮油液油液进口进口油油泵泵齿齿轮轮 泵轮泵轮旋转旋转壳体壳体导轮导轮变矩器壳体变矩器壳体油液出口

21、油液出口支支承承轴轴2）四元件综合式液力变矩器四元件综合式液力变矩器四元件综合式液力变矩器比三元件液力变矩器多了一个导轮，两个导轮分别装在各自的单向离合器上。 四元件综合式液力变矩器的特性是四元件综合式液力变矩器的特性是两个变矩器特性两个变矩器特性和和一个耦合器一个耦合器特性的综合。特性的综合。在传动比在传动比i i1 1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，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。在传动比以保证在低传动比工况下获得大的变矩系数。在传动比i i1 1i iK K区段，第一导轮脱开，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。当传动比为动比为i iK K11时，变矩器转入耦合器工况，效率按线性规律增长。时，变矩器转入耦合器工况，效率按线性规律增长。CL7CL7自行式铲运机液力变矩器自行式铲运机液力变矩器1-1-连接盘；连接盘；2-2-变矩器外壳；变矩器外壳；3-3-滚动滚动轴承；轴承；4-4-驱动盘；驱动盘；5-5-涡轮轴；涡轮轴；6-6-滚滚动轴承；动轴承；7-7-驱动销；驱动销；8-8-