大型养路机械液气压传动技术 课件 07液力传动

单元七液力传动液力传动是与液压传动完全不同的一种传动方式，它是以液体为工作介质，它虽然也是以液体为工作介质，却是以液体的动能来实现能量传递或控制的方式，即将液体的动能转变为机械能。液力传动的理论基础是液力传动流体力学，其核心为力矩方程式。学习项目一液力传动概述一、液力传动的工作原理液力传动是利用液体的动能，通过液力传动装置中叶轮内动量矩的变化，进行能量转换和传递的技术。液力传动的结构包括：1）泵轮：能量输入部件，以“B”表示2）涡轮：能量输出部件，以“T”表示3）导轮：液体导流部件，以“D”表示液力传动装置只有泵轮和涡轮组成，为液力偶合器。如果液力传动装置有泵轮、涡轮和导轮（可以装在泵轮的出口处或入口处）组成，为液力变矩器。二、液力传动的结构形式三、液力传动的特点——优点1）自动变矩，根据外载荷的变化输出的转矩随之改变；2）吸收振动，延长机器的使用寿命；3）具有良好的通过性能，能以任意小的速度通过；4）简化操作，减轻驾驶员的劳动强度；5）提高舒适性，车辆可以平稳起步并在较大范围内无级变速，吸收或消除冲击与振动。1）传动效率较低，液力变矩器的最高效率一般为85%~92%；2）体积、质量比机械传动略大，结构复杂、制造精度要求高、成本高。

液力传动的优点是突出的。随着工业技术的发展使液力传动性能提高，缺点改善，它将具有更加广泛的发展前景。三、液力传动的特点——缺点学习项目二液力传动中的流体力学

基本知识一、液体在叶轮中运动的假设条件1）运动的液体为理想液体2）叶轮叶片无限多，且形状相同，厚度无限小3）各流束上液流的运动速度相等4）叶片系统对液体的作用相当于对中间流束的作用任取一工作轮，假定工作轮流道充满工作液体，当工作轮以角速度作顺时针旋转时，工作轮流道内液体的任一质点x的运动将由两种运动组成。一种是由工作轮带动液体质点一起旋转的圆周运动，也叫牵连运动。其运动速度以表示，称为液体的圆周速度，其方向为圆周的切线方向。一种是液体质点沿工作轮中叶片形成的流道流动，即相对于叶片的相对运动。其运动速度以表示，称为液体的相对速度。其方向为叶片骨线的切线方向。将两种速度合成，即可得到液体质点在工作轮中的绝对速度。二、液体在叶轮中的运动二、液体在叶轮中的运动三、力矩方程式力矩方程式表明了液体流经叶轮时，工作液体与叶轮叶片相互作用的力矩关系。学习项目三液力偶合器一、液力偶合器的结构和工作原理主要工作机构：两个工作轮，即泵轮和涡轮泵轮1与发动机曲轴相连接，是耦合器的主动部分；涡轮3与输出轴相连接，是耦合器的从动部分，两轮之间有3-4mm间隙。一、液力偶合器的结构和工作原理当泵轮旋转时，其中的工作液体被叶片带动旋转（绕泵轴作圆周运动）并在离心力的作用下力图从叶片的内缘向外缘流动；故造成叶片外缘（泵出口处）的压力较高（高于大气压），而内缘（泵轮中心）压力较低（低于大气压）。其压力差的大小取决于泵轮的半径与转速。此时，如果充满工作液体的涡轮仍处于静止状态，则涡轮外缘与中心的压力都相等，为一个大气压。这样涡轮外缘的压力低于泵轮外缘的压力，而涡轮中心的压力则高于泵轮中心的压力。由于两个面对面的工作轮是同为一个外壳所封闭着，所以此时，被泵轮甩到外缘的工作液体就朝着涡轮外缘冲去，顺着涡轮叶片向其中心流，然后再返回到泵轮中心。由于泵轮不停地旋转，返回到泵轮中心的工作液体又被泵轮叶片再次甩到外缘。工作液体就这样循环地流动。泵轮内的工作液体除了径向流动（沿循环圆环流）外，还要随着泵轮的旋转绕轴线作圆周运动。两者合成的绝对运动则斜对着涡轮，冲击其叶片，然后顺着涡轮叶片再流回泵轮中心。斜向冲击涡轮叶片的液流遇到静止的涡轮，其圆周速度将顿时被迫下降到趋于零，从而对涡轮叶片造成一个沿涡轮圆周方向的冲击力，此力对涡轮产生一个与泵轮同向旋转的力矩，于是涡轮开始旋转，通过从动轴向外输出力矩和转速。

液力耦合器实现传动的必要条件是：工作液体在泵轮和涡轮之间循环流动。即液力偶合器在正常工作时泵轮转速总是大于涡轮转速。

液力偶合器只能起传递力矩的作用。一、液力偶合器的结构和工作原理二、液力偶合器的特性输出力矩（阻力矩）随涡轮转速的减小而增大。这是由于当nB一定时，若nT减小，则nB与nT之转速差增大，而使传递力矩增大。当外载荷过大时，涡轮便被阻止不动，即nT=0。这时附加到发动机轴上的力矩M0叫做制动力矩，M0由液力偶合器的结构形式和尺寸决定，与外载荷无关。因此加到发动机轴上的载荷不能超过M0学习项目四液力变矩器一、液力变矩器的一般结构主要元件：泵轮、涡轮、导轮导轮固定不动，通过导轮固定座与液力变矩器壳体连接。各叶轮的内外环构成相互衔接的封闭空腔，形成工作液流的环流通道。工作液就在环流通道内循环流动。此封闭的环流通道称为循环圆。泵轮——变矩器动力输入装置一、液力变矩器的一般结构涡轮——变矩器动力输出元件一、液力变矩器的一般结构导轮——变矩器增扭装置，位于泵轮和涡轮之间一、液力变矩器的一般结构工作液力循环流向

液流自泵轮内环——泵轮外环——涡轮外环——涡轮内环——导轮——泵轮内环一、液力变矩器的一般结构在液力变矩器的工作过程中，液流自泵轮冲向涡轮时使涡轮受一力矩，其大小与方向都和发动机传给泵轮的力矩相同。液流自涡轮冲向导轮时也使导轮受一力矩，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出转矩不同于泵轮输入的转矩。因此涡轮所受的总力矩为泵轮力矩与导轮反作用力矩的向量和二、液力变矩器的工作原理——变矩原理液力变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转速和转矩不变的情况下，随着涡轮转速的不同而改变涡轮上的转矩数值，即涡轮上的转矩能随着工程机械行驶阻力的增加，涡轮转速的降低而自动地增加。二、液力变矩器的工作原理——自动适应性★工况Ⅰ（起步）：工作液体在泵轮叶片的带动下，以一定数值的绝对速度沿图中箭头1的方向冲向涡轮叶片。但因涡轮叶片静止不动，所以液流经涡轮叶片时的圆周速度为零，液流的绝对速度和相对速度大小相等，方向相同。此时，导轮所受力矩值最大，所以涡轮的力矩也为最大。★工况Ⅱ：工程机械起步后，涡轮转速逐渐增加。液流在涡轮出口处圆周速度也从零开始增加。由于流量为常数，所以，液流的相对速度不变。液流冲击导轮的绝对速度将随着圆周速度的增加而逐渐向左倾斜，使导轮上所受力矩逐渐减小。即工作液流冲击导轮叶片的角度随着涡轮转速增加而逐渐减小，导轮的作用力矩随之减小，故涡轮力矩也随之减小。二、液力变矩器的工作原理——自动适应性★工况Ⅲ：当涡轮负荷减小而涡轮转速增大到某一数值时，从涡轮流出的工作液体正好沿导轮的出口方向冲向导轮时，由于液体经导轮的方向不变，对导轮的冲击角度为零（没有冲击作用），此时导轮反作用力矩为零，于是涡轮转矩与泵轮力矩相等。★工况Ⅳ：当涡轮负荷继续减小，涡轮转速继续增大时，则工作液流绝对速度的方向继续向左下倾斜，这时工作液流已冲击到导轮叶片的背面，导轮反作用力矩已成负值，与泵轮力矩方向相反。涡轮力矩反而小于泵轮力矩。即液力变矩器输出力矩反而小于输入力矩。二、液力变矩器的工作原理——自动适应性★工况Ⅴ：当涡轮转速增加到与泵轮转速相等时（工程机械下坡），工作液流在循环圆中的循环流动停止，变矩器不再进行力矩的传递，此时涡轮力矩等于零。分析结论：涡轮轴的力矩主要与其转速有关。而涡轮转速又是随着阻力矩改变而自动变化的。当机械行使阻力增加、行使速度降低时，驱动力矩可以随之自动增大，以维持机械在某一较低的速度下稳定行驶。液力变矩器具有这一性能对于行使阻力变化比较大的履带式和轮式工程机械非常适合，通常称为液力变矩器的自动适应性。二、液力变矩器的工作原理——自动适应性学习项目五综合式液力变矩器由图中可见，液力偶合器的效率是一条上升的直线，而液力变矩器的效率则是一条曲线。当涡轮转速在零到

的范围内变化时，液力变矩器的效率始终大于液力偶合器的效率

。而在涡轮转速大于

的范围内，液力偶合器的效率又始终大于液力变矩器的效率

。液力变矩器之所以能够在

时转变为偶合器工况工作，主要是在结构上借助于一个单向离合器使导轮只能向一个方向转动。当

时，即

时，导轮被单向离合器锁紧在壳体上不能转动，此时综合式变矩器是以变矩器工况工作。如果

时，即

时，出涡轮入导轮的液流冲击导轮叶片背面，单向离合器释放而使导轮与壳体之间脱开，于是导轮就被液流冲转，不起应有的作用。此时综合式变矩器就转入偶合器工况工作。学习项目八液力变矩器的使用和维护正确使用液力变矩器是保证液力变矩器正常工作、发挥效能的前提条件。正确地使用液力变矩器