液力传动概述

9.1 液力传动概述

9.1.1液力传动概念

工程机械的动力装置大多为内燃机（柴油机或汽油机）。内燃机工作时，最大稳定工作转速与最小稳定工作转速之比约为 1.5～2.8；内燃机曲轴上的最大转矩与最小转矩之比约为1.06～1.25。工程机械的行驶或工作速度的变化，以及行驶阻力或工作负载的变化远远超过内燃机的工作要求。因此，如果在传动系统中加入液力传动，将会大大改善工作机构的工作性能。所以，在很多机械尤其是建设机械中广泛地采用液力传动。

液力传动——（动液传动）基于工程流体力学的动量矩原理，利用液体动能而做功的传动（如离心泵、液力变矩器）。液力传动是以液体为工作介质的叶片式传动机械。它装置在动力机械（如蒸汽机、内燃机、电动机等）和工作机械（如水泵、风机、螺旋桨、机车和汽车的转轴等）之间，是动力机和工作机的联接传动装置，起着联接和改变扭矩的作用。

液力传动是液体传动的另一分支，它是由几个叶轮而组成的一种非刚性连接的传动装置。这种装置起着把机械能转换为液体的动能，再将液体的动能转换成机械能的能量传递作用。液力传动实际上就是一组离心泵—涡轮机系统，离心泵作为主动部件带动液体旋转，从泵流出的高速液体拖动涡轮机旋转，讲液体动能转换为机械能，实现能量传递。首台液力传动装置是十九世纪初由德国费丁格尔(Fottinger)教授研制出来并应用于大吨位船舶上。图9-1是液力传动原理图。

图9-1 液力传动装置

1—发动机2—离心泵叶轮3—导管4—水槽5—泵的螺壳6—吸水管7—涡轮螺壳8—导轮9—涡轮叶轮10—排水管11—螺旋桨12—液力变矩器模型

液力传动的输入轴与输出轴之间只靠液体为工作介质联系，构件间不直接接触，是一种非刚性传动。液力传动的优点是：能吸收冲击和振动，过载保护性好，甚至在输出轴卡住时动力机仍能运转而不受损伤，带载荷起动容易，能实现自动变速和无级调速等。因此它能提高整个传动装置的动力性能。

液力传动开始应用于船舶内燃机与螺旋桨间的传动。20世纪30年代后很快在车辆（各种汽车、履带车辆和机车）、工程机械、起重运输机械、钻探设备、大型鼓风机、泵和其他冲击大、惯性大的传动装置上广泛应用。

离心泵叶轮2在发动机1的驱动下，使工作液体的速度和压力增加，并借助于导管3经导轮8冲击涡轮9，此时液体释放能量给涡轮，涡轮带动螺旋桨转动，实现能量传递，这就是液力变矩器。它可使输入力矩和输出力矩不等；如果无导轮，就成为液力偶合器。图示方式的液力传动，由于导管较长等原因，能量损失大，一般效率只有70％。实际上所使用的液力变矩器是将各元件综合在一起而创制的完全新的结构形式（取消进出水管、集水槽，以具有新的几何形状的泵轮和涡轮代替离心机和水轮机，并使泵轮和涡轮尽可能接近，构成一个共同的工作液体的循环圆），如图中12。

叶轮将动力机（内燃机、电动机、涡轮机等）输入的转速、力矩加以转换，经输出轴带动机器的工作部分。液体与装在输入轴、输出轴、壳体上的各叶轮相互作用，产生动量矩的变化，从而达到传递能量的目的。液力传动与靠液体压力能来传递能量的液压传动在原理、结构和性能上都有很大差别。液力传动的输入轴与输出轴之间只靠液体为工作介质联系，构件间不直接接触，是一种非刚性传动。

目前，液力传动元件主要有液力元件和液力机械两大类。液力元件有液力偶合器和液力变矩器；液力机械元件是液力元件与机械传动元件组合而成的。

根据使用场合的要求，液力传动可以是单独使用的液力变矩器或液力耦合器;也可以与齿轮变速器联合使用,或与具有功率分流的行星齿轮差速器(见行星齿轮传动)联合使用。与行星齿轮差速器联合组成的常称为液力-机械传动。传动效率在额定工况附近较高：耦合器约为96～98.5％，变矩器约为85～92％。偏离额定工况时效率有较大的下降。

1、液力偶合器由图9-2 a可知，它是由泵轮B（离心泵）和涡轮T（液动机）组成的。泵轮与主动轴相连，涡轮与从动轴相接。如果不计机械损失，则液力偶合器的输入力矩与

输出力矩相等，而输入与输出轴转速不相等。因工作介质是液体，所以B、T之间属非刚性连接。

2、液力变矩器图9-2 b是液力变矩器结构简图。它是由泵轮B、涡轮T及导轮D主要件构成。B与主动轴连接，T与从动轴相连接，导轮（可装在泵轮的出口或入口处）则与壳体固定在一起不能转动。当液力变矩器工作时，因导轮D对液体的作用，而使液力变矩器输入力矩与输出力矩不相等。当传动比小时，输出力矩大，输出转速低；反之，输出力矩小而转速高。它可以随着负载的变化自动增大或减小输出力矩与转速。因此说，液力变矩器是一个无极力矩变换器。液力变矩器主要用于工程机械、石油机械和内燃机车，主要与内燃机匹配应用。

泵轮、涡轮、导轮常用B、T、D分别表示，而且有关参数角标也用这些符号标注。

9.1.2液力传动术语

1、轴面液力元件过旋转轴线的剖切面，也叫轴截面或子午面，如图9-3。

2、循环圆液力元件中液体循环流动工作腔的轴面叫做循环圆，如图9-3所示。它有一定的几何形状，能表示出各工作轮排列顺序、位置及液体循环流动的方向。

3、有效直径循环圆（工作腔）的最大直径称为液力元件的有效直径，用D表示。

4、平均流线指在工作论中的一条假想流线，该流线上液流的动力学效果与整个叶轮中的所有液流产生的动力学效果一样，该假想流线就是平均流线。

5、工作轮进、出口半径工作轮叶片进出口边与平均流线的交点到轴线的长

度。

6、外环和内环。限定循环圆流道的工作轮外侧壁面及内侧壁面分别为外环及内环。

9.1.3液力传动的工作液体

液力传动用的工作液体应满足如下要求：

1、适宜的粘度：为减少摩擦损失，希望液体的粘度小，但润滑性能、密封性能会降低。所以粘度要适当，一般用油在100时，绝对粘度5～８ｍ2／ｓ为宜。

2、粘温性好：即要求液体粘度受温度的影响要小。

3、不易产生泡沫、老化和沉淀。

4、酸值要低、抗氧化性高。

5、具有较高的闪点和较低的凝固点。液力元件工作时，油温常在80～100℃，甚至可达160℃，因此要求闪点不低于180℃；凝固点要低于-20℃，以利于在低温环境时液力元件的起动。

6、要有较大的重度重度大，液力元件传动的力矩也大。

7、润滑性能好。

国内外液力传动所用液体品种繁多，国内多采用6号、8号液力传动油，也常用22号油代替。液力传动油是以22号油为基础油，再加入抗磨、抗氧化、增粘、防锈、抗泡沫、