液力变矩器

变矩器工作原理
变矩器工作原理
变矩器结构
变矩器外特性
原始特性
用于表示一系列不同转速、不同尺寸 而力学相似的变矩器的基本性能
相似理论
几何相似 运动相似 动力相似
原始特性
η=f(i) k=f(i) 耦合器工 况转换
λ B=f(i)
k－变矩特性
百度文库
η－效率 λB－转矩系数 i＝nT/nB
转矩系数
η=f(i) k=f(i) 耦合器工 况转换
λ B=f(i)
k－变矩特性
η－效率 λB－转矩系数 i＝nT/nB
定义
元件：与液流发生作用的一组叶片所形 成的工作轮称为元件。 级：安置在泵轮与导轮或导轮与导轮之 间刚性相连的涡轮数。 相：变矩器的工作状态。
液力变矩器分类
根据工作轮在循环圆中排列的顺序分为 B(泵轮)—T(涡轮)—D(导轮)型和B—D— T型两类液力变矩器。 在B—T—D型液力变矩器中，涡轮的旋 转方向一般为正向(与泵轮同向旋转)，称 正转液力变矩器。 在B—D—T型液力变矩器中，易使涡轮 和泵轮的旋转方向相反，常用作反转液 力变矩器。
透穿性能
正透穿性 涡轮轴转速升高，泵轮转矩下降。 当汽车行驶阻力减小时，涡轮轴转速升 高，泵轮轴转矩下降，符合车辆使用要 求，能充分利用发动机性能。
透穿性能
反透穿性 涡轮轴转速升高，泵轮转矩增加。当外 界负荷减小时，泵轮负荷增大，需要加 大油门，车辆动力性和经济性变差。 混合透穿性 部分正透穿，部分反透穿。
液力变矩器分类
根据液力变矩器中涡轮的列数或刚性联 接在一起的涡轮的数目，液力变矩器分 为单级、两级、三级和多级 。 根据单级液力变矩器中导轮的数目，液 力变矩器分为单导轮和双导轮。 根据液力变矩器中泵轮的数目，液力变 矩器分为单泵轮和双泵轮。
液力变矩器分类
根据液力变矩器中各工作轮的组合和工作状态 不同，液力变矩器可能实现的本质不同，液力 传动可分为：单相、两相及多相。 根据液力变矩器中涡轮的形式不同，可分为轴 流涡轮式、离心涡轮式和向心涡轮式液力变矩 器。 根据液力变矩器的泵轮和涡轮能否闭锁成一体 工作可分为闭锁式和非闭锁式。 根据液力变矩器的特性是否可以控制，液力变 矩器分为可调和不可调两种。
液力变矩器分类
车辆常用B—T—D型液力变矩器，具有 多种透穿性能。 向心涡轮式
三元件单级两相液力变矩器
液力变矩器和发动机的共同工作
液力变矩器对发动机负荷分布特性（输 入特性）和车辆主要使用性能（输出特 性）有很大的影响。 共同工作是研究输入系统、共同工作的 范围和稳定性、输出特性。
液力变矩器和发动机的共同工作
液力变矩器
变矩器工作原理
液力变矩器
液力变矩器展开图
液力变矩器工作原理
液力变矩器工作原理
液力变矩器工作原理
作用于液体的外力矩有来自泵轮的主动力矩 MB，它通过叶片作用于液体；涡轮的阻力矩 MT，它通过叶片作用于液体，导轮的反作用力 矩MD。，它通过叶片作用于液体。 当整个循环圆中的液体处于稳定运动状态时 (无加、减速运动)，根据力学原理，则作用于 液体的外力矩之和等于零，即： MB＋MT＋MD＝0
液力变矩器特点
液力元件的主要构件——工作轮之间无 机械联系，没有机械磨损，使用可靠， 寿延长，保养简单。 液力传动具有良好的稳定的低速性 能．可以提高车辆在软路面如泥泞地、 沙地、雪地和其它非硬土壤路面的通过 性。
液力变矩器特点
由于液力传动具有良好的自动适应性， 车辆起步平稳，加速迅速、均匀，乘员 舒适。可以少换档或不换档，提高车辆 的平均行驶速度。 车辆应用液力传动，可以减少档数，减 轻驾驶员的疲劳和提高安全行驶能力 。
绘制共同工作输入特性曲线
根据给定的转速比i，由液力变矩器原始 特性曲线的转矩系数λB曲线分别定出转 矩系数值 。
绘制共同工作输入特性曲线
根据所确定的不同i时的转矩系数值及液力变短 器的有效直径D，应用液力变矩器泵轮的转矩计 算公式 ：
计算并绘制液力变矩器泵轮的负荷抛物线当λB 随i的变化规律不同时，即液力变矩器的透穿性 不同时，将得到一条或一组分布负荷抛物线。
共同工作输出特性曲线
共同工作输出特性曲线
发动机与变矩器的共同工作范围
发动机与液力变矩器共同工作的匹配
发动机与液力变距器共同工作是否匹配恰当， 对车辆的牵引性能，经济性能以及作业的生产 率有决定性影响。 根据如何使车辆获得最高生产率和最低燃料消 耗量来考虑匹配。用涡轮轴上的最大平均输出 功率或在一定的工作范围内最大功率输出系 数，作为生产率高低的评价标准，而以最低的 单位燃料消耗系数作为经济性的评价标准。
反转工况
反转工况：液力变矩器起制动作用，有 时也叫制动工况（第二象限） 在运输车辆和工程机械中，液力变矩器 的反转工况发生在爬坡倒滑的情况下， 此时驱动轮传来的转矩大于由泵轮在起 动工况时传至涡轮的转矩。迫使涡轮反 转，液力变矩器实际上起着制动器的作 用。
反传工况
在运输车辆和工程机械中，液力变矩器 的反传工况可能发生在下坡前进档行驶 和拖车起动发动机的情况下。涡轮转速 超过泵轮转速，而且转矩由驱动轮传至 涡轮，即涡轮变为主动部分，泵轮变为 被动部分。发动机可能产生制动转矩阻 止车辆下坡时的加速行驶。（第四象限）
共同工作输入特性曲线
发动机和液力变矩器泵轮的关系 共同工作范围由变矩器泵轮最大、最小 转矩和发动机外特性曲线所构成的区域 该区域的大小与变矩器的透穿性相关
不同透穿性对共同工作输入的影响
a：不透穿 b、正透穿 c、负透穿 d、混合透穿
发动机和变矩器的匹配
由发动机和液力变矩器共同工作的输入特性 来评价两者的匹配是否合理时，单从共同工 作范围的面积大小来看是不够的，还必须了 解共同工作范围在发动机全部工作范围中的 位置，也就是在发动机外特性和部分特性的 哪一区段。 最理想的匹配就是希望共同工作所利用的发 动机工作区段，应能满足车辆和工程机械的 工作需要，同时还能兼顾到下列几个方面：
效率性能（经济性能） 变矩器在传递能量过程中的效率变化。 评价指标： 1、最高效率点的效率值 2、高效率区范围的宽度
变矩器性能和评价指标
透穿性能 液力变矩器涡轮轴上转矩和转速变化 时，是否影响泵轮轴上转矩和转速的能 力。 液力变矩器与发动机匹配的关键性指标。
透穿性能
透穿性能
透穿性能
非透穿性 涡轮轴变化时，泵轮轴的转矩和转速基 本无变化。 变矩器和发动机共同工作时，不管外界 负荷如何变化，发动机工作在同一工况 下。 与工程机械柴油机匹配使用
绘制共同工作输入特性曲线
将发动机的净转矩外特性与液力变矩器的负荷 抛物线，以相同曲坐标比例绘制在一起，即得 发动机与液力变矩器共同工作的输入特性。 负荷抛物线与发动机转矩外特性的一系列交点 就是最大油门开度时。发动机与液力变矩器共 同工作的稳定点。由最小转矩系数和最大转矩 系数所确定的两条负荷抛物线所截取的转矩外 特性的曲线部分，即为处于发动机外特性下工 作，两者共同工作的范围。
液力变矩器的缺点
液力传动系统的效率比机械传动系统 低，经济性差。 需要增加一些为液力传动所必需的附加 设备，如供油冷却系统，体积和重量比 机械传动大，结构复杂，造价高。 由于液力元件的输入和输出构件之间没 有刚性联系，因此不能利用发动机的惯 性来制动，也不能用牵引的办法来起动 发动机。
λB－转矩系数 λB ＝Ts/ρsgn2BSD5S 通常λB仅是i的函数，即： λB ＝f（i）
变矩器性能和评价指标
自动适应性 变矩器能够根据外界负荷的大小，自动 改变转速和转矩值，使系统处于稳定工 作的能力。 变矩性能 变矩器在一定范围内按一定规律无级改 变由泵轮轴传至涡轮轴的力矩的能力。
自动适应性
液力变矩器特点
使传动系统获得自动地、无级地变速和 变矩能力，使车辆具有自动适应能力。 在困难和复杂路面行驶时，可以防止发 动机过载或突然熄火。
液力变矩器特点
液力元件具有减振作用，可以衰减发动机曲轴 的扭转振动，大大地降低行走部分传来的或传 动系统中产生的动负荷。提高发动机和传动部 件的使用寿命。 试验表明，通过液力变矩器后，扭转振动的振 幅可降到50％以下。重型载重汽车对比试验表 明，最大负荷降低18．5％，发动机使用寿命 延长47％，齿轮变速器寿命延长400％，差速 器寿命延长93％。
发动机和变矩器的匹配
在液力变矩器的整个工作范围内，应能充分 利用发动机的最大有效功率。 为使车辆具有良好的燃料经济性，希望共同 工作的整个范围能够在发动机的比燃料消耗 量最低位的工况附近。使车辆的燃料消耗量 较小。 为车辆在起步情况和最大载荷的作业情况下 能够获得最大的输出转矩，希望液力变矩器 在低转速比时的负荷抛物线(特别是i＝0时的 负荷抛物线)能通过发动机的最大转矩点。
透穿性能
液力变矩器的全外特性曲线
液力变矩器全外特性
在使用中，牵引工况并不是液力变矩器 的唯一工作状况，例如在运输车辆或工 程机械中，可能出现涡轮的旋转方向与 牵引工况相反的反转工况，此时转速比i 为负值；也可能出现涡轮转矩改变方向 的反传工况。
液力变矩器全外特性
液力变矩器全部可能工况，即牵引工 况，反转工况和反传工况时的外特性曲 线和原始特性曲线称作液力变矩器的全 部特性曲线。
各种透穿性变矩器的比较
如果非透穿，正透穿和负透穿的液力变 矩器在高效区的转速比的比值相同的 话，那么液力变矩器和发动机共同工作 时所获得的高效率工作范围以正透穿的 液力变矩器为最大，不透穿的液力变矩 器居中，负透穿的液力变矩器为最小。
共同工作输出特性
共同工作的输出特性，是指发动机与液 力变矩器共同工作时，输出转矩MT，输 入功率NT，每小时燃料消耗量GT和比燃 料消耗量geT和发动机(泵轮)转速nB等与 涡轮轴转速nT之间的关系。 当发动机与液力变矩器组合后，其输出 特性与发动机特性完全不同了，形成一 种新的动力装置。
涡轮是液力变矩器与外界负荷联接的一个 机体，因此涡轮轴的转矩随其转速nT变化 的性能，也就代表了液力变矩器的输出特 性。对于具有良好自动适应性的液力变矩 器，一般都要求涡轮的转矩能够随着转速 nT的下降而增大，即涡轮输出特性应该是 一条随nT增大，而MT单值下降的曲线。
自动适应性
变矩器性能和评价指标
发动机与液力变矩器共同工作的输入特 性是指不同的液力变矩器速比i时，液力 变矩器与发动机共同工作的转矩和转速 的变化特征。 是研究发动机和液力变矩器匹配的基 础，也是研究发动机与液力变矩器共同 工作输出特性的基础。
共同工作输入特性曲线
绘制共同工作输入特性曲线
在绘制共同工作的输入特性曲线时首先应该有 液力变矩器的原始特性和发动机的净转矩外特 性等曲线。 在液力变矩器的原始特性曲线图上，给定若干 个液力变矩器的工况(即转速比i)。对于普通的 单级液力变矩器，可选择起动工况的i＝0；高 效区的转速比(n等于75—80％)i1、i2；最高效 率i和最大转速比工况(空载工况)i max等。对综 合式液力变矩器，应增加由液力变矩器转入偶 合器工作时的转速比iM。
液力变矩器的全外特性曲线
不论是涡轮反转的反转工况或反传工况时的制 动工况，传至泵轮和涡轮的机械能都消耗在液 力变矩器的工作液体中，并且转变为热能。在 这些工况下，液力变矩器工作油的温升很高。 在反传工况时，叶片的工作性能很差。例如在 牵引工况下，液力变矩器的变矩比 k＝2－5； 而在反传工况下变矩比可能低于1。 液力传动车辆，用发动机进行制功和用拖车起 动发动机时，要比机械传动车辆困难得多。
变矩器评价指标
几种典型工况是起动工况，最高效率工况，高 效区工况和偶合器的工况。在这些工况下获得 的具体评价参数是： 起动工况i＝0，η＝0。在此工况下能够作为 评价的参数是起动变矩比k。 最高效率工况 ：ηmax 高效区工况：限定在此区域内工作的效率值η 高于75—80％。 偶合器工况：k＝1
原始特性
共同工作输出特性
发动机和液力变矩器共同工作的输出特 性是进行运输车辆和工程机械牵引计算 的基础。 为使车辆获得良好的牵引性能和经济 性，希望共同工作的输出特性具有以下 特点。
共同工作输出特性
共同工作输出特性在高效区工作范围或整个工 作范围内，应保证获得最高的平均输出功率。 在共同工作的高效区范围或整个工作范围，应 有较低的平均油耗量。 高效区工作范围应较宽。 在起动工况下的起动转矩越大越好。 当发动机功率一定时，共同工作输出特性的好 坏取决于发动机调速器的型式、变矩器的尺寸 和原始特性以及共同工作的输入特性。