液压与液力传动

《液压与液力传动》液力部分教案（2006－2007学年第一学期）

授课教师：刘辉

机械与车辆工程学院

第一章绪论

（一）教学内容

液力传动的定义、发展与应用、液力传动特点和液力元件设计方法

（二）教学目标

1．了解液力传动和液力元件的定义

2．了解液力传动的发展和应用

3．分析液力传动的特点

4．了解液力元件的设计方法

（三）教学重点

1．液力传动的特点

2．液力元件的设计方法

（四）教学难点

1．液力传动在车辆上应用的优缺点

2．液力元件的一元束流理论设计方法

（五）教学方法

以课堂讲授为主，穿插提问和启发等互动教学方式；

（六）教学媒体

1．课件

2．板书

（七）教学安排

一、液力传动的定义

所有的动力机械一般都是由原动机、传动机构和工作机三部分组成。原动机一般为电动机、内燃机（汽油机、柴油机）、蒸汽机等。传动机构有电力传动、机械传动、及流体传动等。

流体传动又可分为气压、液压、液力、液粘传动。

液压传动：液体的压能传递动力（静液传动）

气压传动：气体的压能传递动力

液力传动：液体的动能传递动力（动液传动）

液粘传动：液体的油膜剪切力传递动力

液力传动—主要依靠工作液体的动能的变化来传递或变换能量的液体元件称为液力元件，在传动系统中若有一个以上环节是采用液力元件来传递动力，则这种传动称为液力传动。

二、液力传动的发展与应用

德国菲丁格尔研制出第一台液力变矩器，并于1908年应用于船舶工业。

19世纪三十年代应用到汽车上，二战用于军车。

20世纪50年代，应用于工程机械和机车上

应用领域：军车、坦克、装甲车

工程机械：装载机、起重机。

民车：公共汽车、高级轿车（舒适性）

航空：B-1战略轰炸机。

三、液力传动特点

1．优点：

1）使传动系统获得自动、无级变速和变矩能力，使车辆具有自动适应能力。车辆起步平稳。

2）具有减振、降低动负荷作用，可提高发动机、传动系统的寿命。提高了乘员的舒适性。

3）具有良好的稳定的低速性能，提高了车辆通过性。

2．缺点：

1）与机械传动相比，效率较低，经济性要差些。

2）需要增加一些附加设备，如供油冷却系统等，体积和重量略大，结构较复杂，造价要高。

3）不能利用发动机制动来制动车辆，不能用牵引的办法来启动发动机。

四、设计方法

1.一元束流理论：液体无粘性、流体质点运动轨迹与叶片滑线重合。中间

平均流线，任一工作轮出口流动状况与入口无关。

2.二元流动理论：认为流动在过旋转轴轴心的一组轴平面内进行，每一平

面内速度和压强分布相同，流动是两个空间坐标的函数。

3.三元流动理论：准二维理论、流线曲率法、三维不稳定粘性流动等理论。

用于分析。

4.束流理论及其假设

认为液流通过工作轮流道中的流动是单元流动（即束流理论），其假设为：1）在工作轮中的液流是无限多单元液流（束流）组合而成的。而且这些单位液流对工作轮的旋转轴是对称的。因此，在工作轮中液流相应的质点的运动轨

v均相同。

迹相同，而且假设同一过流断面上的各点的轴面速度

mx

2）工作轮内的叶片数目为无限多，叶片的厚度为无限薄；在这种情况下，液体质点的运动轨迹与叶片的形状和方向一致。

3）液体流过工作轮时，液流与叶片间的相互作用，可以用具有平均值的中间流线（或称设计流线）的流动状况来代表（见图中的点划线1-2）。这样，整个工作轮中液体的流动，就可以用对中间流线的研究来代替。

4）任一工作轮入口处的液体流动状况，完全取决于前一工作轮出口的流动状况。

5）工作轮入口处液体流动状况的变化，不影响工作轮出口处液体的流动情况。

第二章液力传动基础知识

（一）教学内容

液体在工作轮中的运动及速度三角形、动量矩定理和各工作轮转矩、工作液体与工作轮的能量变换

（二）教学目标

1．了解液体在工作轮中的运动

2．绘制和分析速度三角形含义

3．运用动量矩定理推导工作轮转矩

4．掌握欧拉方程的推导

（三）教学重点

1．各工作轮的速度三角形意义

2．各工作轮转矩的表达式

（四）教学难点

1．动量矩定理的运用

2．工作轮与工作液体的能量变化过程

3．欧拉方程的推导以及各项物理意义

（五）教学方法

以课堂讲授为主，穿插提问和启发等互动教学方式；

（六）教学媒体

1．课件

2．板书

（七）教学安排

§2-1 液体在旋转工作轮中运动及速度三角形

一、液体在旋转工作轮中的流动——牵连运动和相对运动

在研究液体在旋转工作轮中的流动情况时，常常要应用速度三角形的概念。

任取一工作轮，假定工作轮的流道充满着工作液体，当工作轮以

角速度 作顺时针方向旋转时，则工作轮流道内液体的任一质点的运动将由两

种运动组成：

一种是由工作轮带动液体质点一起旋转的旋转运动，也叫做牵连运动，其运动速度以x u 表示；另一种运动是液体质点沿工作轮中的叶片形成的流道流动时，相对于叶片的相对运动，其运动速度以x w 表示。

二、速度三角形

将两种运动速度按向量合成的原则相加，即可得到液体质点X 在工作轮中流动时的绝对运动速度x v 。在速度合成过程中，由x x x v w u ,,三个速度所形成的三角形（见图2-1 b ），叫做液体质点在工作轮中运动情况的速度三角形。

在速度三角形中，α角为绝对速度x v 与牵连速度x u 的正向间的夹角；β角为相对速度x w 与牵连速度x u 的正向间的夹角。

在液力传动中，为了研究工作轮中液体流动的需要，常将液体质点X 的绝对速度x v ，向轴面（过工作轮轴心线的剖面）和与轴面垂直的圆周运动方向分解成两个分速度mx v 和ux v ，其中mx v 叫做轴面分速度；ux v 叫做圆周分速度。mx v 与ux v 是互相垂直的。

三、各个速度的大小和方向的确定

速度三角形中各个速度的大小、方向以及相互间的关系如下。

牵连速度x u 其方向为液体质点圆周切线方向，其数值x u 等于

x x x R n R u 60

2πω== 式中 ω——工作轮的角速度；

n ——工作轮的转速（转/分）；

x R ——自工作轮中心至任意液体质点的半径。

轴面分速度mx v 在工作轮轴面内，假设液流是等速流，则mx v 的数值等于