液力耦合器的工作原理

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11.2 液力耦合器的特性
• 当 s 0 时，泵轮和涡轮中的液体因离心压力相等而无相 对流动，工作液体对称地分布在工作轮的外缘，如图117a。当 s 增加，因泵轮和涡轮中的离心力不均衡，于是 液体产生循环流动。涡轮内液体的向心流动到达b点时， 流速已下降到零，环流从b点开始由向心流动变为离心流 动，并由c点进入泵轮，如图11-7b。如果 s 再增加到某 值 s l 时，由于涡轮液流的向心流动更强，使液流可流到 它的内缘，并在 R B1 处进入泵轮，如图11-7c。这是一种临 界状态，在此状态之前液体循环流动是小循环。
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11.2 液力耦合器的特性
图11-5 液力耦合器的通用特性
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11.2 液力耦合器的特性
11.2.4 液力耦合器的输入特性
•
M M B f (nB ) 性。当 D 、
的关系称为输入特性，也叫负荷特 一定时，由原始特性知，给定 i 为 某一值，就有对应的 值，在以 nB 作自变量代 2 入转矩公式 M D5nB ，可以得到一条 M f (nB ) i 给定一系列不同值时，就可以做出 曲线；同理， 一系列这样的曲线，这就是液力耦合器的输入特 性线，如图11-6。
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11.3 液力耦合器的类型和结构
表11-1 液力耦合器类型与代号
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11.3 液力耦合器的类型和结构
• 我国的液力耦合器已 形成不同型号的几个 系列，如YOXD限矩型 及YOTC调速型。图 11-8为YOXD型液力耦 合器的功率图谱。
图11-8 YOXD限矩型液力耦 合器功率图谱
1．静压泄液式液力耦合器
• 图11-10是静压泄液式液力耦合器结构图及外特性图。为 了减小液力耦合器的过载系数，提高过载保护性能，在高 传动比时有较高的力矩系数和效率，因此，在结构上与普 通型液力耦合器有所不同。它的主要特点是泵轮2﹑涡轮3 对称布置，并且有挡板5和侧辅腔4。挡板装在涡轮出口处， 起导流和节流作用。
第11章 液力耦合器
第11章 液力耦合器
11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 液力耦合器的工作原理 液力耦合器的特性 液力耦合器的类型和结构 液力耦合器与内燃机的共同工作 液力耦合器的选择
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11.1 液力耦合器的工作原理
液力耦合器是利用液体的动能而进行能量传递的一种 液力传动装置。它是由泵轮1﹑涡轮2﹑外壳3组成的，如 图11-1所示，其结构简图见图9-2a。
图11-4 液力耦合器的原始特性曲线
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11.2 液力耦合器的特性
11.2.3 液力耦合器的通用特性
• 通用特性是在 D ﹑ 一定时，当不同 nB 的时的 M f (nT ) nT i 特性。它可由原始特性线及式（11-8）﹑ n B 的关系绘 制出它的通用曲线。取 nB n B ，当取不同的若干个 nT 时， 值，这样就能绘制出 M、 、 就有若干个相对应的 i 、 n n B n n B n ， B、 B 时的 M f (nT )曲线。同理，取 B … 就可以得出多条 nB 取不同值时的 M f (nT ) 曲线。将这些 曲线绘在同一坐标图上，就成了液力耦合器的通用特性图， 这些特性线覆盖一个平面区域，如图11-5。为了能了解任 一工况时的效率，一般还在通用特性图上绘出等效率线， 如图中 、 。
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MT M B
11.2 液力耦合器的特性
• 液力耦合器的特性是指它的主要性能参数如传动 i ﹑转 力矩 M ﹑泵轮转速 nB﹑涡轮转速 n﹑传动比 T 差率 s和效率 等之间的关系。 nT i （11-4) nB nB nT (11-5) s 1 i nB
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11.2 液力耦合器的特性
• 当 s sl 后，因涡轮转速更低，液流的向心流动比离 心流动大，所以液流会沿着涡轮内缘而进入泵轮，并 紧贴泵轮外环内壁面流动，形成大循环，如图11-7d， 小循环过度到大循环的临界转差率为 s l 。在临界状 态，泵轮中液流平均流线的入口半径 R B1 产生突变， 使传递力矩突然升高，影响运转的平稳性。采取措施 有两个，一是在涡轮中心部位增设挡板；二是使涡轮 诸叶片与其壳体构成的流动出口半径不相等，缓解临 界状态的突变程度。 • 相对充液量 q 不同，临界转差率 s l 也不同，一般是 q 越大，s l 越小。
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11.1 液力耦合器的工作原理
图11-2
液力耦合器的速度三角形
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11.1 液力耦合器的工作原理
• 液力耦合器工作轮叶片和液体的相互作用所产生 的力矩与液力变矩器的作用原理一样。在理想条 件下，液力耦合器的力矩方程为
• 泵轮：
MB
Q
g
(v B 2u rB 2 v B1u rB1 )
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11.1 液力耦合器的工作原理
• 液力耦合器与液力变矩器工作原理相似。图11-2是液体在 泵轮和涡轮进出口处的速度三角形，右边是泵轮B的速度 三角形，左边是涡轮T的速度三角形。液力耦合器工作轮 叶片出口处相对速度W2 都垂直于圆周速度 u2，因此出口 速度三角形为直角三角形，出口绝对速度的圆周分速度就 是 u2 ，出口轴面分速度就是W2。工作轮入口处的速度三 角形不是直角三角形，原因是液流进入叶片时相对速度W1 和圆周速度 u 1不垂直，这时的液流角和叶片角不相等，产 生了液流冲击损失。因一般情况下，液力耦合器的传动 比 i nT 1 ，因此 u B 2 u T 1，u B1 uT 2 。另外，泵轮和 nB 涡轮进口绝对速度与前一工作轮的出口绝对速度相等， v B1 vT 2 。 即 vT 1 v B 2 ，
g
（11-2）
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11.1 液力耦合器的工作原理
• 将式（11-1）与式（11-2）相加，有
（11-3） • 上面推导过程中应用了如下速度和半径关系（参 看图11-2）： vB1u vT 2u uT 2 ， vT1u vB 2u u B 2， rT 2 rB1 ，rB 2 rT 1 • 式（11-3）说明，在不计各种损失情况下，泵轮 作用于工作液体的力矩与涡轮作用与液体的力矩 大小相等方向相反，或者说泵轮的输入力矩等于 涡轮的输出力矩，力矩方向相同。今后为了分析 M T 统称为传动力矩 M 。 方便，把 M B 、
M T nT nT i 1 s M B nB nB
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(11-6)
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11.2 液力耦合器的特性
11.2.1 液力耦合器的外特性
都为常数时， M f1 (nT ) ﹑ f 2 (nT ) 的关系 • 当 nB ﹑ 称为液力耦合器的外特性，其特性图线如图11-3。 图中横坐标也可用 i ﹑s 来表示。 • 外特性由实验求得。因 i ，所以当 i 与 用相 是从坐标原点起始与坐标轴成 45 同比例尺时， 急速下降，这是 的直线。但当 i 0.99 ~ 0.995 时， 由于此时的传动力矩很小，而磨擦损失的力矩所 1。 占比例显著增加的缘故。所以当 i 1 时，
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11.2 液力耦合器的特性
图11-7 液力耦合器部分充液时的液流循环情况
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11.3 液力耦合器的类型和结构
11.3.1 液力耦合器的类型
• 液力耦合器按其应用特性可分为三个基本类型，即普通型、 限矩型、调速型及两个派生类型：液力耦合器传动装置与 液力减速器。根GB/T5837-93“液力耦合器型式与基本参 数”国标规定，型号如下。
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11.2 液力耦合器的特性
图11-3 液力耦合器的外特性
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11.2 液力耦合器的特性
• 图中，I点为零矩工况，此时，发动机带动耦合器 0 、功率P≈0；II i 1﹑ M 0 ﹑nB nT ﹑ 空转， 点为设计工况，该工况点一般在接近液力耦合器 可能达到的实际最高效率点，此时的效率用 表 示，即 = 0.96~0.975 。通常用过载系数来评 价液力耦合器的过载能力： • M max GZ （11-7) M
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11.3 液力耦合器的类型和结构
1—泵轮； 2—涡轮；
3—外壳皮带轮
。
图11-9 普通液力耦合器
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11.3 液力耦合器的类型和结构
(二) 限矩型液力耦合器
• 常见的限矩型液力耦合器有静压泄液式、动压泄液式和复 合泄液式三种基本结构。前两种在建设机械中用的较为广 泛。
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11.2 液力耦合器的特性
11.2.2 液力耦合器的原始特性
• 把液力耦合器的转矩系数 与传动比 i ，效率 与 f1 (i) ﹑ i 之间的关系称为它的原始特性，即 f 2 (i)。
• 对于同一系列彼此相似的液力耦合器，象液力变 矩器一样，可以根据相似原理推导出它的力矩方 程：
2 M M B MT D5nB
(11-8)
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11.2 液力耦合器的特性
• 式中D为液力耦合器的有 效直径。ห้องสมุดไป่ตู้论证明，是 随而变化的函数。对于 同系列彼此相似的液力 耦合器，不论大小是否 相同，它们的原始特性 曲线都是一样的，所以 也叫做类型特性，它是 通过实验或外特性曲线 并利用公式换算出来的， 如图11-4。

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11.2 液力耦合器的特性
式中 • M max —— i 0 时的传动力矩； • M ——设计工况时的传动力矩。 • Ⅲ点是零速工况，即 i（或 nT）为零时的工况，这 M M max 、 是车辆起步或制动时的工况。此时， i 0 、P 0 功率，此工况下耦合器传递的功 率转变为热能而消耗掉了。 • 液力耦合器的正常工作范围应在Ⅰ～Ⅱ两工况之 间，而Ⅱ～Ⅲ工况之间是超载工作范围。
Q
g
(u B 2 rB 2 uT 2 rT 2 )
Q (B 2 T 2 ) 2g
g Q (T 2 B 2 ) 2g
（11-1）
• 涡轮： M T Q (vT 2u rT 2 vT 1u rT 1 ) Q (uT 2 rT 2 u B 2 rB 2 )
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11.3 液力耦合器的类型和结构
11.3.2 液力耦合器的结构 （一）普通型液力耦合器
• 普通型液力耦合器是最简单的一种耦合器，它是 由泵轮1、涡轮2、外壳皮带轮3主要元件构成，如 图11-9 所示。它的工作腔体容积大，效率高 * * （ =0.96～0.98， 是最高效率），传动力矩 可达6～7倍的额定力矩。但因过载系数大，过载 保护性能很差，所以一般用于隔离震动﹑缓减启 动冲击或作离合器使用。
1—泵轮；2—涡轮； 3—壳体； 4—主轴。
图11-1 液力耦合器主要构件
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11.1 液力耦合器的工作原理
• 在泵轮和涡轮环状壳体内，沿径向均匀地分布着 很多叶片。泵轮1与盆状的壳体3固定，组成耦合 器的外壳，壳内充满工作液体。涡轮置于壳体内， 其端面与泵轮端面相对，有一定间隙且同轴线放 置。泵轮与输入轴相连，涡轮与输出轴相连。目 前使用最广泛的是无内环液力耦合器。 • 泵轮和涡轮及壳体所围成的空间，形成一个封闭 的液体循环流道，该流道就叫工作腔或循环圆， 此圆最大直径叫做液力耦合器的有效直径，用D表 示。因工作液体在循环圆内作圆周运动，又随两 工作轮一起绕轴线转动，因而工作液体在液力耦 合器中是作圆周螺旋运动。
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11.2 液力耦合器的特性
11.2.5 部分充液特性
• 液力耦合器在使用中，一般并不将工作液体完全 充满，充液量和工作腔容积的比值 q 叫做相对充 液量。充液量改变，其外特性也将发生变化。 • 液力耦合器在部分充液时，环流具有自由表面。 环流的分布和形状随转差率s(或者说）而变化。