第二章 液力传动装置
合集下载
液力传动装置
㈢ 导轮
导轮位于涡轮工作液的出口和泵轮工作液进口之间 （见图），通过单向离合器安装于固定在变速器壳体上 的导轮轴上。
㈣ 单向离合器的结构
单向离合器的内圈和外圈之间放置若干楔块。内圈与 导轮轴用槽键连接，而导轮轴与变速器机油泵盖连接， 因为机油泵盖固定在变速器壳体上，所以单向离合器内 圈不能工能转动。外圈与导轮连接并同步旋转。
㈤ 单向离合器的工作过程
按照A图方向所示，内圈固定， 外圈逆时针转动，摩擦力会推动楔 块逆转而倾斜，因为，内与外圈之 间的距离B﹥C距离,所以外圈逆转. 如果,按B图方向所示,外圈顺时 针转动,楔块顺时针转动而立起.因
为A﹥B的距离,楔块顶住外圈使其 不能顺时针转动.
㈥ 导轮的作用
液力变矩器中涡轮叶片呈曲线形能提供最有效的转 矩来传递。但是，涡轮 排出的工作液流动的方向与输 入的工作液流动的方向相反；当涡轮转速较低或停止 时，工作液从涡轮回流至泵轮时会冲击泵轮叶片的前 部，以阻止泵轮旋转，增加了发动机的运转阻力。 而导轮的叶片能使工作液流动的方向再次反向，使 工作液回流至泵轮的中心部位，推动泵轮叶片的反表 面，以促使泵轮的转速增加和转矩。所以，来自发动 机的转矩与涡轮回流的转矩合成后传递至涡轮。
● 液力偶合器的工作过程
在发动机驱动偶合器时，泵轮中的工作液按泵轮的 同样方向回转。随着泵轮转速升高，离心力使工作液 沿着泵轮叶片从泵轮中心向外侧流动，当泵轮转速达 到一定值时，工作液从泵轮外缘向外喷出。 从泵轮喷出的工作液进入涡轮叶片，涡轮叶片受到工 作液的冲击力﹙F1﹚和反作用力﹙F2﹚，其合力 ﹙F3﹚即为推动涡轮与泵轮同旋转的力。 在工作液冲击涡轮叶片释放能量后，沿着涡轮叶片流 入涡轮中心，涡轮的曲线表面使工作液改变方向回流 到泵轮中心部位，开始下一个工作循环。
第二章液力传动装置
亦即液力偶合器只传递扭矩，而不改变扭矩的大 小。
第三节、液力变矩器
一、液力变矩器的结构：由壳体、泵轮、涡轮和导轮组成； 二、液力变矩器和液力偶合器结构上的区别： 1、泵轮和涡轮叶片的形状设计能将工作液流动的扰动降到最
小，减少能量的损失； 2、增加了导轮——具有增大转矩的作用。 三、结构形式：组装式（可拆）和焊接式（不可拆）。
五、液力偶合器的优势与不足
1、优势 （1）泵轮和涡轮允许存在转速差，发动机可以在传动系不断开 时保持运转； （2）ATF作为传动介质，能保证汽车起步和加速的稳定性； （3）能够缓冲和衰减传动系的扭转振动，防止传动系过载；
2、不足 液力偶合器只传递转矩，而不能改变转矩的大小。
六、液力偶合器的效率
因为液压油在循环流动过程中，除了泵轮和涡轮之 间的作用力之外，没有受到任何其它附加外力，而 且泵轮与涡轮之间存在滑动，使涡轮的转速稍低于 泵轮的转速，形成偶合器的传动效率小于1，因此输 出转矩始终不会超出输入转矩。
第二章 液力传动装置
第一节、液力传动装置介 绍
二、液压(流)传动 1、定义：利用液体传输功率称为液压(流)传动。 2、形式：（1）液压传动----通过液流的压力传输
功率，如马达。 （2）液力传动----通过液流的动能传输 功率，如液力偶合器，液力变矩器。
3、按其工作原理的不同分
液体传动
容积式液压传动：以液体的压力能传递动力，称为液压 传动。
（3）推动涡轮转动后，ATF顺涡轮叶片从外缘到内缘，再返 回到泵轮的内缘。
ATF的旋转运动
涡流：ATF经泵轮到涡轮再回到泵轮的循环圆运动（相对运动） 环流：ATF随同工作轮绕轴线的圆周运动（牵连运动）
ATF的绝对运动：涡流与环流的合成运动 ——首尾相接的环形螺旋线。
第三节、液力变矩器
一、液力变矩器的结构：由壳体、泵轮、涡轮和导轮组成； 二、液力变矩器和液力偶合器结构上的区别： 1、泵轮和涡轮叶片的形状设计能将工作液流动的扰动降到最
小，减少能量的损失； 2、增加了导轮——具有增大转矩的作用。 三、结构形式：组装式（可拆）和焊接式（不可拆）。
五、液力偶合器的优势与不足
1、优势 （1）泵轮和涡轮允许存在转速差，发动机可以在传动系不断开 时保持运转； （2）ATF作为传动介质，能保证汽车起步和加速的稳定性； （3）能够缓冲和衰减传动系的扭转振动，防止传动系过载；
2、不足 液力偶合器只传递转矩，而不能改变转矩的大小。
六、液力偶合器的效率
因为液压油在循环流动过程中，除了泵轮和涡轮之 间的作用力之外，没有受到任何其它附加外力，而 且泵轮与涡轮之间存在滑动，使涡轮的转速稍低于 泵轮的转速，形成偶合器的传动效率小于1，因此输 出转矩始终不会超出输入转矩。
第二章 液力传动装置
第一节、液力传动装置介 绍
二、液压(流)传动 1、定义：利用液体传输功率称为液压(流)传动。 2、形式：（1）液压传动----通过液流的压力传输
功率，如马达。 （2）液力传动----通过液流的动能传输 功率，如液力偶合器，液力变矩器。
3、按其工作原理的不同分
液体传动
容积式液压传动：以液体的压力能传递动力，称为液压 传动。
（3）推动涡轮转动后，ATF顺涡轮叶片从外缘到内缘，再返 回到泵轮的内缘。
ATF的旋转运动
涡流：ATF经泵轮到涡轮再回到泵轮的循环圆运动（相对运动） 环流：ATF随同工作轮绕轴线的圆周运动（牵连运动）
ATF的绝对运动：涡流与环流的合成运动 ——首尾相接的环形螺旋线。
《液力传动》PPT课件
扭矩Mω为
M q
式中 q- ω离合器的控制油压。
即
M k q
2、滑差Δn
Δn=n1-n2
式中 n1 – ω离合器输入轴转速； n2 – ω离合器输出轴转速。
3、传动比i21
I21=n2/n1
4、功率损失Ns
Ns=N1-N2
式中 N1 - ω离合器输入功率； N2 - ω离合器输出功率。
当Δn=0即n1=n2，Ns=0，相当于ω离合器完全分离。 当Δn在某一值时，Ns为最大值Nsmax，求解过程为
N1 3
14
3
9
N
f12
0.148N f12
第六节 液力变矩器的补偿系统
一、液力变矩器的补偿系统的作用 1、补偿工作液体的漏损。 2、防止液力变矩器产生汽蚀。
3、强制冷却工作液体。
二、液力变矩器的汽蚀现象
1、汽蚀现象的产生
图2-39所示为泵轮叶片两侧 的压力分布情况。
2、汽蚀现象
A、 由于泵轮叶片两侧压力的变化，工作液在循环 概 过程中产生汽化现象，这些汽泡在凝结时，体积骤 念：然减小，形成真空，汽泡周围的液体，就以极高的
M1
11
D5 11
n12
12
D5 12
n12
当滑差离合器部分接合，泵轮12的转速nx介于零与n1 之间，也就是说滑差离合器4的主从动盘间产生滑移，而 滑移程度取决于滑差离合器压紧力的大小，此时变矩器传 递的扭矩为：
M1
11
D5 11
n12
12
D5 12
nx2
1、经滑差离合器（亦称ω离合器）传递到二号泵轮12的
从图2-32可以清楚地看出第一、第二涡轮通过与之相连 的轴及上面的齿轮把动力输入变速箱的情况。
最新工程机械底盘构造-第二章_液力耦合器和液课件PPT
1-泵轮2-涡轮3-导轮4-工作轮内环5-涡轮槽
二、液力变矩器和偶合器的相 异点
和偶合器相比，变矩器在结构上多了一 个导轮。由于导轮的作用使变矩器不仅 能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的 情况下，随着涡轮转速的不同（反映工 作机械运行时的阻力），而改变涡论输 出力矩，这就是变矩器与偶合器的不同 点。
为T2,则T2=-T`2 固有 T2=T`1+T`3
上式说明油液加给涡轮的力矩T2等于泵轮与导轮 对油液的力矩之和。从而实现了变矩功能。
四、液力变矩器的工作轮原理图
下面结合图进一步说明涡轮力矩变化过程，当变 矩器输出力矩经传动系产生的牵引力足以克服机械启 动阻力时则机械启动便加速行驶同时涡轮转速n2也逐 渐增加，这时液流在涡轮出口处不仅有沿叶片相对速 度W还有沿圆周的方向的牵引速度U。因此冲向导轮 的叶片的绝对速度V应是二者合成速度；因假设泵轮 转速不变，液流在涡轮出口处相对速度不变，但因涡 轮的转速在变化故牵引速度U也在变化。有图可见冲 向导轮绝对速度V将随着牵引速度U增加而逐渐向左倾 斜使导轮所受力矩逐渐减小，故涡轮的力矩也逐渐减 小。
第三节 液力变矩器的结构参数
特性参数 变矩比 K＝T2/T1 传动比 i＝n2/n1 传动效率
ŋ＝P2/P1 ＝ T2 n2 /T1 n1 ＝Ki
三元件变矩器外特性
第四节 液力变矩器的类型和典型结构
123型和132型变矩器简图 1-泵轮 2-涡轮 3-导轮
1、单级单相液力变矩器
所谓单级指变矩器只有一个涡 轮，单相则指只有一个变矩器 的工况。
液力变矩器工作轮原理图
a)当n1=常数，n2=0时；b)当n1=常数，n2逐渐增加时
液力变矩器的类型和典型结构
一、液力变矩器的种类较多，由于结构的 不同其输出特性差异很大，按照插在其他 工作轮翼栅烈数，液里变矩器可分为单级、 二级、三级，翼栅是一组按一定规律排列 在一起的叶片，有两翼栅得涡轮称为二级， 三级翼栅得涡轮称为三级各列涡轮翼栅彼 此刚性连接，并和从动轴相连。
二、液力变矩器和偶合器的相 异点
和偶合器相比，变矩器在结构上多了一 个导轮。由于导轮的作用使变矩器不仅 能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的 情况下，随着涡轮转速的不同（反映工 作机械运行时的阻力），而改变涡论输 出力矩，这就是变矩器与偶合器的不同 点。
为T2,则T2=-T`2 固有 T2=T`1+T`3
上式说明油液加给涡轮的力矩T2等于泵轮与导轮 对油液的力矩之和。从而实现了变矩功能。
四、液力变矩器的工作轮原理图
下面结合图进一步说明涡轮力矩变化过程，当变 矩器输出力矩经传动系产生的牵引力足以克服机械启 动阻力时则机械启动便加速行驶同时涡轮转速n2也逐 渐增加，这时液流在涡轮出口处不仅有沿叶片相对速 度W还有沿圆周的方向的牵引速度U。因此冲向导轮 的叶片的绝对速度V应是二者合成速度；因假设泵轮 转速不变，液流在涡轮出口处相对速度不变，但因涡 轮的转速在变化故牵引速度U也在变化。有图可见冲 向导轮绝对速度V将随着牵引速度U增加而逐渐向左倾 斜使导轮所受力矩逐渐减小，故涡轮的力矩也逐渐减 小。
第三节 液力变矩器的结构参数
特性参数 变矩比 K＝T2/T1 传动比 i＝n2/n1 传动效率
ŋ＝P2/P1 ＝ T2 n2 /T1 n1 ＝Ki
三元件变矩器外特性
第四节 液力变矩器的类型和典型结构
123型和132型变矩器简图 1-泵轮 2-涡轮 3-导轮
1、单级单相液力变矩器
所谓单级指变矩器只有一个涡 轮，单相则指只有一个变矩器 的工况。
液力变矩器工作轮原理图
a)当n1=常数，n2=0时；b)当n1=常数，n2逐渐增加时
液力变矩器的类型和典型结构
一、液力变矩器的种类较多，由于结构的 不同其输出特性差异很大，按照插在其他 工作轮翼栅烈数，液里变矩器可分为单级、 二级、三级，翼栅是一组按一定规律排列 在一起的叶片，有两翼栅得涡轮称为二级， 三级翼栅得涡轮称为三级各列涡轮翼栅彼 此刚性连接，并和从动轴相连。
液力传动装置
离合器的位置；配齿计算；进行轴、齿轮、轴承等零件的强度、刚度、 寿命计算以及结构设计，最后绘制总图。
确定离合器的布置位置 换档离合器布置时，可以放在传动简图的不同位置上，而与传动比 无关。但它影响到变速器的结构和尺寸、离合器参数及换档性能。 在确定离合器的位置时，应注意限制离合器片的最大相对转速，为
给定模数 m 7，由离合器尺寸决定轴中心距A=255～265，的变化
率3％各，档进允行许配±齿2。％，12、34 的变化率允许±1．5％，23的变化率允许为
图1 定轴变速器传动简图 1——输入轴 2——高低档轴 3——变速档轴 4——输出轴 z——齿轮
前——前进档离合器 倒——倒退档离合器 （2，4）——2、4档离合器 (1,3)——1、3档离合器
1.494
i
' R
3
i R i3
0.83
②令后行星机构I档为直接传动，则 i1 1，由此得
iF
iF' 1 i1
3.5
iR
iR' 1 i1
2.9
i2
iF' 2 iFቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.8 3.5
0.514
i3
iF' 3 iF
1 3.5
0.286
③根据计算的各传动比 iF 、iR 、 i1、i2 、i3 ，查阅有关单排、双排
ib' ib 2%
（4）
ib
由于传动比有改变，使相邻速比q 也有变化，如一、二档相邻速比 q12
其变化率 12为
q12
ib1 ib 2
（5）
12 =
确定离合器的布置位置 换档离合器布置时，可以放在传动简图的不同位置上，而与传动比 无关。但它影响到变速器的结构和尺寸、离合器参数及换档性能。 在确定离合器的位置时，应注意限制离合器片的最大相对转速，为
给定模数 m 7，由离合器尺寸决定轴中心距A=255～265，的变化
率3％各，档进允行许配±齿2。％，12、34 的变化率允许±1．5％，23的变化率允许为
图1 定轴变速器传动简图 1——输入轴 2——高低档轴 3——变速档轴 4——输出轴 z——齿轮
前——前进档离合器 倒——倒退档离合器 （2，4）——2、4档离合器 (1,3)——1、3档离合器
1.494
i
' R
3
i R i3
0.83
②令后行星机构I档为直接传动，则 i1 1，由此得
iF
iF' 1 i1
3.5
iR
iR' 1 i1
2.9
i2
iF' 2 iFቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.8 3.5
0.514
i3
iF' 3 iF
1 3.5
0.286
③根据计算的各传动比 iF 、iR 、 i1、i2 、i3 ，查阅有关单排、双排
ib' ib 2%
（4）
ib
由于传动比有改变，使相邻速比q 也有变化，如一、二档相邻速比 q12
其变化率 12为
q12
ib1 ib 2
（5）
12 =
液力传动
扭矩。这样，变扭器既满足了柴油机输出扭矩基本不变要求，又
满足了机车低速扭矩大（牵引力大），高速扭矩小（牵引力小） 的要求。 因此，变扭器可以作为传动装置装在柴油机和机车动轮之间。 变扭器外特性曲线
四、传动装置的功能 1.满足机车牵引特性的要求。即机车低速时牵引力大，随 着机车运行速度的增加，牵引力逐渐减小。 2.保证机车在所要求的持续速度范围内均保持恒功率。
（2）操作复杂。机械换向过程包括司机一系列的观察和操 作。首先将主控制手把置于零位，使柴油机空转，液力元件排
空，用空气制动机将机车停稳，然后搬动换向手把进行换向。
如出现“齿顶齿”现象，则需通过部分充油或拨齿机构转动换 向 齿轮，使换向离合器顺利结合。 （3）换向时间长。因机械换向动作复杂，整个过程延续时
2.液力换向的特点 与机械换向相比，有以下特点
（1）换向迅速，容易实现自动化，操纵也很简单。因液力换
向是靠前向变扭器或后向变扭器的充排油来实现机车换向的，在 机车运行过程中即可换向，无需停车换向，因此换向迅速；由于 是液力的方式来换向，使得机车从一个方向的牵引工况到减速、 停车，直至进入另一个方向的牵引工况，无需进行复杂的操作，
也就是说机车牵引力大时速度低，牵引力小时速度快，机车的这
种性能称为机车的牵引特性，俗称“牛马特性”。 机车牵引特性曲线
二、柴油机的外特性 柴油机的外特性主要是指其扭矩特性，即柴油机的输出扭矩 (M)与柴油机转速(n)的关系曲线。 柴油机的特性曲线 实验证明： 1.柴油机只能在柴油机的最小转速(nmin)与最大转速(nmax)之 间正常工作（指柴油机带载荷工作）。柴油机的工作转速超过最
不能充分发挥柴油机的功率。
三、液力变扭器的特性
目前，国产液力传动内燃机车都采用三轮变扭器，即变扭器
液力传动
偶合器的穿透性
• 透穿性是指当涡轮力矩变化时对泵轮力 矩的影响程度，就是负载变化时对原动 机影响的程度，如果负载变化对原动机 力矩不产生影响，称其为不可透的，反 之则为可透的；由于偶合器的Mb=Mr， 显然为可透穿的。
液力偶合器的分类及定充液量偶 合器的结构特点
偶合器有以下几种分类方法， (1)按其内外环结构可分为有内环偶合器和无内环偶合器。 (2)按充液量可分为定充液量偶合器和变充液量偶合器。定充 液量偶合器是指偶合器总的充液量不变，但在偶合器工作 时，其工作腔中的充液量是随工况不同而自动变化的，变 充液量偶合器又称之为调速型偶合器，它是根据负载的变 化规律，人为地调节工作腔中的充液量，外观上反映为负 载转速的变化，因此称之为调速型偶合器。 (3）按功能不同又可将定充液量偶合器分为普通型、牵引型和 限矩型(又称安全型)三种。另外，定充液量偶合器还可作为 制动器使用。 (4）按叶片安装角可分为径向直叶片及前倾或后倾叶片偶合器。
偶合器还有两个特殊的工况点
• 一个特殊工况点是零速工况点，称制 动工况点，该点的涡轮转速为零．即 im=0。此时有功率Pw=0；Pb>0．这时的 涡轮是作为一个固定的流道成为流体流 动的阻力而只起到消耗能量作用的。这 将使工作腔中流体的温度迅速升高。所 以这一工况不能持续太长时间。 • 另一特殊工况点是零矩工况，此时i=1， Pw=0；Pb=0。
变矩原理（车辆在中速时）
变矩原理（车辆在高速时）
变 矩 器 特 性 曲 线
变矩器特性曲线
液力变矩器的外特性曲线
液力变矩器的外特性
• 由变矩器测试实验台可测得变矩器的外特性，其特性
是在nB=常数的条件下测得的不同nT时的MT、MB、η 值。其特点： 1）在某一工况下，Mt=Mb，该工况点称之为偶合器工况 点，即在该点变矩系数K=1。 2）变矩器的高效区。 3）Mt曲线为一近似于等功率的递降曲线。 4）可透性。我们把启动工况与偶合器工况泵轮力矩之比， 称为透穿系数。
第二章 传动系统概述
Gs f
KFvT2 3.62
Pk min 车辆最大行使速度时的切线牵引力：
Gs 车辆使用重量；
f 滚动阻力系数；
K 车辆的流线型系数;
F 车辆的迎风面积;
vT 车辆的最大行使速度。
18
二、传动系统总传动比的分配
传动系统的总传动比确定以后，把总传动 比合理分配到变速箱、主传动和轮边减速 器三个部件当中。
内燃机启动时，要求车辆无负荷，内燃机空载启 动。
9
传动系统传动比确定
一、传动系统总传动比的确定 （1）总传动比 1、机械传动系统 轮胎式车辆的理论速度按下式计算
vT
2rk
nk
60 1000
(k
m/
h)
10
将发动机转速和驱动轮转速之比带入并整 理得
i
0.377rk
ne vT
最低档传动比: i L
rk
P
MT max 液力变矩器最大输出转矩；
M0 发动机驱动辅助装置消耗的转矩；
rk 驱动链轮节圆半径；
L 前进最低档的效率。
17
2、液力机械传动系统最高档总传动比的校核
当车辆以最大速度行使时，所需功率为：
NT
P v k min T max
270H
Pk min
i ik io i f ik 变速箱传动比； io 主传动传动比； if 轮边减速器传动比。
19
一般情况，首先确定if,然后确定io，最后确 定计算ik。
注意： （1）if值尽量取大，但不能影响整机宽度，
且使得轮边传动或最终传动装置结构上能 够包容
20
液力传动装置工作原理及其在轨道交通上的应用
MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺1 前言轨道交通（Rail Transit）是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统，具有运量大、速度快、班次密、安全舒适、准点率高、全天候、运费低和节能环保等优点，一般包括国家铁路系统、城际轨道交通和城市轨道交通等。
我国对轨道交通建设的重视力度较多，截止2023年末，全国城市轨道交通运营里程突破1万公里，为各地民众出行提供了便利。
从技术角度出发，尽管电力机车是未来核心发展方向，但液力传动装置凭借其自身特点，在轨道交通中仍有一定的应用空间[1]。
分析其工作原理、在轨道交通上的应用情况以及可行的优化思路，具有一定的现实意义。
2 液力传动装置以及其工作原理2.1 液力传动装置液力传动装置是一种发现、应用时间较长的传动装置，被认为是液体传动的一种具体形式，一般以若干终端部件组成非刚性连接结构为转换设施，将来自动力系统的动能转换为机械能。
与液压传动不同，液力传动依赖的是液体的动能实现能量转换和传递，而非液体压力[2]。
一般液力传动装置的结构见图1：图1 液力传动装置的结构泵轮输入轴密封输出轴轴承涡轮按图1所示，液力传动装置的机构可拆解为输出部分、输入部分、轴承和泵轮等工作单元。
按照其功能属性的差别，应大致分为液力耦合器、液力变矩器和液力机械元件三大类。
传动元件可分为液力机械、液力元件，液力元件可分为液力变矩器、液力耦合器，液力机械装置由机械传动装置、液力传动装置组成共同形成，具有变矩性能方面的优势，也能借助液体发挥动能转换作用[3]。
作为工作系统的核心，液力传动装置包括用以输送能量的泵轮、用以输出能量的涡轮以及用以实现液体导流的导轮三个部分。
泵轮能够将动力系统提供的动能传输至液力传动装置处，实现机械能和动能的转换。
涡轮将液体蕴含的能量以动能实现输出，导轮对液体的流向进行引导，提升其对作业单元的冲击效果避免能量的非必要损失[4]。
液力传动
可以减轻驾驶员的劳动强度，提高汽车行驶的机动
性、安全性和越野性。
因此，现在越来越多的轿车甚至货车都装有
自动变速器。
4.1 自动变速器的总体构造
电子控制自动变速系统的组成：
1.液力变矩器 1.变速系统： 2.齿轮变速机构 3.换挡执行机构 1.液压传动装置（油泵、传动液ATF）
电 控 自 动 变 速 系 统
3 汽车采用液力传动的优缺点
3.1 液力传动的优点
①使汽车具有良好的自动适应性
采用液力变矩器的汽车，在困难和复杂的路面上行驶，行驶 阻力增大时，液力变矩器能使汽车自动地增大驱动力，同时自动 地降低行驶速度，以克服增大的行驶阻力；反之，当行驶阻力减 小时，汽车又能自动地减小驱动力和提高汽车行驶速度，保证发
寿命。
试验表明：采用液力传动后，发动机使用寿命可提高 85 ％，变速器使用寿命可提高１～２倍，传动轴、驱动半轴寿 命可提高85％。
③提高汽车的通过性和具有良好的低
速稳定性。
装有液力变矩器的汽车可以在泥泞地、沙地、雪 地等软路面以及非硬土路面行驶，能提高车辆的通过性， 并具有良好的低速稳定通过加速缆绳和节气
门连接。加速踏板踩下的角度即节
气门的开度被准确地传递到自动变
速器。自动变速器根据节气门的开
度来进行换挡控制和主油路压力控
制。
六、冷却系统
液力变矩器在传递动力的过程中，因传动效 率低，从而使部分能量转换为液压油的热能，会 使液压油的温度急剧升高。油温是影响自动变速 器使用寿命的主要因素。油温过高，使油液变质， 缩短使用寿命。 保持正常的油温，从液力变矩器出来的液 压油需经冷却后回油底壳或去润滑行星齿轮机构。 油冷却器位于发动机前端水冷却器的附近。
内获得的圆周运动的能量传给涡轮，驱动涡轮旋转
液力传动装置的设计与研究
液力传动装置的设计与研究引言液力传动装置是一种常见的工程机械传动装置。
它通过利用油液的流体力学性质，将动力从动力源传输到负载，起到传递力矩和变速的作用。
本文将探讨液力传动装置的设计原理、研究成果以及未来的发展方向。
一、液力传动装置的工作原理液力传动装置主要由泵、液力涡轮机和油液回路组成。
液力泵通过供油给液力涡轮机，使其转动并传递动力。
具体而言，泵将液体由低压区域抽吸，产生动能，然后以高压方式输送至液力涡轮机。
液力涡轮机则将液体的动能转化为机械动能，进而驱动机械装置。
二、液力传动装置的优势与应用范围1. 优势液力传动装置具有如下几个优势：(1) 负载均衡：液力传动装置可以根据负载的要求自动调节输出的扭矩和转速，从而实现负载均衡。
(2) 变速范围广：液力传动装置可以通过改变泵的供油量，实现宽范围的变速。
(3) 减震性能好：液力传动装置可以通过流体的柔性和液压装置的减振功能，减少震动和冲击力。
(4) 具备自润滑功能：液力传动装置中的油液起着润滑的作用，可以减少零件间的磨损。
2. 应用范围液力传动装置广泛应用于重型机械、船舶、飞机、汽车、冶金设备等领域。
它可以在高负载和恶劣工况下实现可靠的传动效果，因此被广泛应用于需要大扭矩和可靠性的领域。
三、液力传动装置的研究成果近年来，液力传动装置的研究成果不断涌现。
以下是其中几个重要的方面：1. 液力变速器的优化设计传统液力变速器的能效相对较低，因此研究人员提出了一些优化设计方法。
例如，通过改善传动系统的泵、涡轮机和导流器的结构设计，可以提高变速器的整体效率。
2. 液力换挡器的自动化控制换档过程对于液力传动装置而言是一项重要任务。
研究人员借鉴自动变速器的控制理念，提出了一些自动化控制策略，使换档过程更加平稳和可靠。
3. 液力传动装置的节能技术能源节约是现代工程的重要问题。
研究人员通过改进液力传动装置的液压系统，改变油液的流动方式以及增加能源回收装置等方法，实现了液力传动装置的节能效果。
2.2 液力传动装置
【课题】2．2 液力传动装置
【教学目标】
知识目标：
（1）了解液力变矩器和液力耦合器的工作原理；
（2）掌握液力变矩器和液力耦合器的结构组成和作用。
能力目标：
通过液力传动装置的学习，培养学生对自动挡汽车基本知识的掌握。
情感目标：通过学习液力传动装置，.增长学生对液力传动装置应用的认识，从而提高对自动变速器的学习兴趣。
【教学重点】
液力变矩器和液力耦合器的结构组成和作用。
【教学难点】
液力变矩器和液力耦合器的工作原理。
【教学设计】
（1）通过液力传动导入液力传动装置；
（2）引导学生理解液力耦合器和液力变矩器的区别和各自特点；
（3）针对液力耦合器的工作原理和特点，分析学习液力变矩器的特点和工作原理，进而学习液力传动装置知识；
（4）通过课后练习，巩固知识．
（5）依照学生的认知规律，顺应学生的学习思路展开，自然地层层推进教学．
【教学备品】
教学课件和实物
【课时安排】
4课时．(90分钟)
【教学过程】。
液力传动装置工作原理及应用
液力传动装置特性是液力耦合器或变矩器可根据涡轮上外 载荷的大小自动、无级地进行变速、变矩的性能，变矩器泵轮 转速和涡轮转速，速比、变矩比与变矩器泵轮外形之间关系如
165
NO.01 2021
道路与交通
车时代 AUTO TIME
下，可见泵轮转矩系数与泵轮直径五次方成反比，与泵轮转速 平方成反比，在变矩系数一定的额条件下，与速比成反比。
铁路施工车辆如轨道车、作业车等为运用液力传动工程车
力传动装置共同工作输出特性如图7。
最成熟的液力传动自轮运转设备，其配备的动力传动系统基本
由以上柴油机与液力传动装置共同工作输出特性结合某型 一致，全路配备约20000余台相同的液力传动系统，截至目前在
接触网检修作业车辆主要技术参数可得出车辆速度-牵引力曲 全路装机运用约10年的周期，充分证明了液力传动系统的可
图3 复合型（变矩器+耦合器）液力传动装置传动原理图
i = nT nB …………
公式（3.1）
( ) η = - TT × nT TB × nB …………
公式（3.2）
λB = - TB (ρ × g × n2B × D5) = Ki ………… 公式（3.3）
上式中：i为速比；K为变矩系数；D为变矩器直径；ρ为液
柴油机作为动力输入源，液力传动装置作为动力接受单元， h、80km/h、64km/h、45km/h，并且在上述各坡道下均可满足
要使得整个动力系统发挥最佳动力，需将柴油机原始外特性和 起步。
液力传动装置原始特性进行匹配，从而得到柴油机与液力传动 5 运用情况
装置共同工作输出特性。HDX型接触网检修作业车柴油机与液
50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 150.00 160.00 速度（km/h）
165
NO.01 2021
道路与交通
车时代 AUTO TIME
下，可见泵轮转矩系数与泵轮直径五次方成反比，与泵轮转速 平方成反比，在变矩系数一定的额条件下，与速比成反比。
铁路施工车辆如轨道车、作业车等为运用液力传动工程车
力传动装置共同工作输出特性如图7。
最成熟的液力传动自轮运转设备，其配备的动力传动系统基本
由以上柴油机与液力传动装置共同工作输出特性结合某型 一致，全路配备约20000余台相同的液力传动系统，截至目前在
接触网检修作业车辆主要技术参数可得出车辆速度-牵引力曲 全路装机运用约10年的周期，充分证明了液力传动系统的可
图3 复合型（变矩器+耦合器）液力传动装置传动原理图
i = nT nB …………
公式（3.1）
( ) η = - TT × nT TB × nB …………
公式（3.2）
λB = - TB (ρ × g × n2B × D5) = Ki ………… 公式（3.3）
上式中：i为速比；K为变矩系数；D为变矩器直径；ρ为液
柴油机作为动力输入源，液力传动装置作为动力接受单元， h、80km/h、64km/h、45km/h，并且在上述各坡道下均可满足
要使得整个动力系统发挥最佳动力，需将柴油机原始外特性和 起步。
液力传动装置原始特性进行匹配，从而得到柴油机与液力传动 5 运用情况
装置共同工作输出特性。HDX型接触网检修作业车柴油机与液
50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 150.00 160.00 速度（km/h）
液力-第2章 液力传动基础知识
11
（10）相对速度：液体质点相对于液流的运行速度，以 “w”表示。 （11）牵连速度：液体质点与叶轮一起旋转时，此点所 在位置的叶轮圆周速度，以“u”表示。 （12）绝对速度：液体质点相对于固定坐标系的运动速 度，以“v”表示。 1）轴面分速度：液体质点的绝对速度在轴面上的速度 分量，以“ vm ”表示。 2）圆周分速度：液体质点的绝对速度在圆周切线方向 上的速度分量，以“ vu ”表示。 （13）循环流量：单位时间内流过流道某一过流断面的 12 工作液体容积，以“Q”表示。
2.2 础
2.2.1
液力传动的流体力学基
液体在叶轮中运动的几点假设
（1）运动的液体是理想液体，液流是连续的，不可压缩 的和无粘性的。
（2）叶轮的叶片数目无穷多，形状相同，厚度无限薄。 （3）以平均流线来代表整个叶轮叶片流道内液体运动的 平均物理现象。 （4）叶轮进口的液流状态只取决于前一叶轮出口的液流 状态。
p1
2
（2-7）
（2-7）式即为实际液体在静止流道中流动时能量守恒定律 的数学表达式，也称为液体做绝对运动的伯努利方程。 17
液体在旋转的叶轮中流动时（见图2-6），必须把上述的伯
努利方程转化为相对运动的伯努利方程。其表达式为
2 2 w12 u1 p2 w2 u2 Z1 Z2 h 2g 2g 2g 2g
v2M u2M w2M v2mM v2uM v2S u2S w2S v2mS v2uS
DM nBM DM nTM 常数 DSnBS DSnTS
（2-24）
根据相似原理还可以推导出相似的液力元件在流量、能量、 功率和力矩方面的四个相似定律。 （1）第一相似定律。它表示边界条件相似（即几何相似） 的液力元件，在等倾角工况下流量Q和有效直径D、泵轮转 29 nB 速 之间的关系。
2 液力传动装置
变矩器起动时，从泵轮喷射出的自动变 速器油ATF流入静止的涡轮中形成环流。当泵 轮转速增高时，环流作用使涡轮的扭矩增大， 涡轮开始缓慢地旋转，并逐渐加快，缩小了 泵轮的转速差而提高了传动效率。此时是没 有导轮的情况，相当于液力偶合器。当在泵 轮和涡轮中安装了导轮后，当涡轮转动时， 从涡轮流出的自动变速器油ATF有残留的动能， 通过导轮加在泵轮上从而增大扭矩。
它由外座圈、内座圈、滚柱和不锈钢叠 片弹簧组成。外座圈与导轮以铆钉或花键相 连，内座圈与固定套管以花键相连，固定套 管固定在自动变速器壳体上，因此内座圈是 固定不动的。外座圈的内表面有若干偏心的 圆弧面，叠片将滚柱压向内、外座圈之间滚 道比较狭窄的一端，从而将内外两座圈楔紧。 当涡轮转速较低，由于涡轮与泵轮相对安装， 油液按顺时针方向从涡轮流出冲击导轮叶片 的正面，力图使导轮按顺时针方向（虚线箭 头所指）转动。此时，滚柱被楔紧在滚
由上述可知，在两轮中的液压油，除 了随两轮沿其轴线转动外，还在循环圆内 沿叶片作循环运动，如图２－４a所示,这 两种运动的合成形成了一条首尾相接的环 形螺旋线，如图２－４b所示。
图2-4液力偶合器工作示意图 1-泵轮；2-涡轮
作环流运动的液压油不断地把能量从 泵轮传给涡轮。液压油将能量从泵轮传给 涡轮的关键在于液压油作环流运动，而产 生环流运动的条件是泵轮与涡轮之间存在 转速差。转速差越大，液压油传递的扭矩 越大。若两者转速相同，离心力相同，压 力差等于零，循环圆的流动停止，此时液 力偶合器不能起传递力矩的作用。
液力变矩器效率ηb与液力偶合器效率 η0随传动比I变化的规律如图２－8所示， 图中还作出变矩系数Ｋ随传动比变化的曲 线。由图知，在传动比I<iＫ=1（变矩系数 Ｋ＝１时的传动比）范围内，液力变矩器 的效率高于液力偶合器，当I＞iＫ=1， ηb下降而η0却继续增高。综合式液力变矩 器即在低速时按液力变矩器特性工作，而 当传动比达到ik时，转为按液力偶合器特 性工作，从而扩大了 高效率的范围，如图 2-8上实线所示。
液力传动装置
今天我们讲一讲液力传动装置。
它是用涡轮和叶轮组合，再利用流体的动能传递动力的装置。
基本上都是用液力变矩器，不过也有液体联轴器，但是不能使扭矩倍增。
液力传动装置如下图所示：
实物图：
装配效果图：
结构图：
扭矩特性如下图所示：
转速特性如下图所示：
在液力变矩器的壳体内充满工作的流体，其外还有驱动用泵轮、从动涡轮和固定导轮。
提供动能的是泵轮，如下图所示：
液力变矩器的第i叶片传递给流体的转矩如下图所示：
上述公式的符号的意义如下图所示：
现在，使用较广泛的就是三元件单级两相式液力变矩器，如下图所示：
在三元件单级两相式液力变矩器中有如下图所示的关系：
下图所示为汽车中最常使用的液力传动装置的转矩变换特性曲线：
下图所示为液力传动装置的理论发热量的例子，效率的曲线和它相反。
为了减少因为传动时液体发生滑移所造成的损失，一般情况下会加装锁止装置。
这样输入轴的转矩可以直接传递到输出轴。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、液力偶合器工作原理
1、工作原理：以ATF作为传动介质，利用液体在 主、从动元件之间循环流动过程中动能的变化来 传递动力。当发动机运转时，曲轴带动液力偶合 器的壳体和泵轮旋转，泵轮叶片内的液压油在泵 轮的带动下随泵轮一同旋转。在离心力的作用下， 液压油从泵轮叶片内缘被甩向外缘，并从外缘冲 向涡轮叶片，使涡轮在液压油的冲击作用下旋转； 冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动， 返回到泵轮的内缘，被泵轮再次甩向外缘。 能量传递的线路 发动机飞轮——液力耦合器外壳——泵轮——ATF—— 涡轮——齿轮机构输入轴
第三节、液力变矩器
一、液力变矩器的结构：由壳体、泵轮、涡轮和导轮组成； 二、液力变矩器和液力偶合器结构上的区别： 1、泵轮和涡轮叶片的形状设计能将工作液流动的扰动降到最 小，减少能量的损失； 2、增加了导轮——具有增大转矩的作用。 三、结构形式：组装式（可拆）和焊接式（不可拆）。
泵 轮
涡轮
导轮
2．涡轮
(1)涡轮同样也是有许多曲面叶
片的圆盘，其叶片的曲线方 向不同于泵轮的叶片。
(2)涡轮通过花键与变速器的输
入轴相啮合，涡轮的叶片与 泵轮的叶片相对而设，相互 间保持非常片的小圆 盘，位于泵轮和涡轮之 间。它安装于导轮轴上， 通过单向离合器固定于 变速器壳体上。 （2)导轮上的单向离合器 可以锁住导轮以防止反 向转动。这样，导轮根 据工作液冲击叶片的方 向进行旋转或锁住。
一、当液力变矩器进入高速偶合工作时，理论上涡轮的输出转 矩应该等于泵轮的输入转矩，但在实际运行过程中，由于ATF 的摩擦和冲击会引起部分能量的损失，泵轮和涡轮间一般存在 4%—5%的转速差，因此传动效率不能达到100%。 二、改善措施：增设锁止离合器。 三、锁止离合器在液压自动操纵系统的控制下，可以在适当 的时机进行锁止切换，一般在转矩比K=1时的偶合点切换成 动力直接传递方式，把泵轮和涡轮机械旳连接成一体，从而 提高液力变矩器在中高速行驶时的传动效率。
1、泵轮：将发动机的机械能转变为自动 变速器油的动能； 2、涡轮：将自动变速器油的动能转变为 涡轮轴上的机械能； 3、导轮：改变自动变速器油的流动方向， 从而达到增矩的作用 ( 增加涡轮的输出力 矩)。
1．泵轮
(1) 泵轮在变矩器壳体内，许多 曲面叶片径向安装在内。 (2) 在叶片的内缘上安装有导环， 注意 提供一通道使ATF流动畅通。 泵轮与曲轴相连，总 (3) 变矩器通过驱动端盖与曲轴 是与曲轴一起转动。 连接。当发动机运转时，将带 动泵轮一同旋转，泵轮内的 ATF 依靠离心力向外冲出。发 动机转速升高时泵轮产生的离 心力亦随着升高，由泵轮向外 喷射的 ATF 的速度也随着升高。
（3）工作状态： 导轮不转时：变矩状态。 导轮转动时：偶合状态。
4、导轮单向离合器
（1）单向离合器的作用
（2）单向离合器类型
棘轮型、滚柱型和楔块型。
楔块式单向离合器
滚柱式单向离合器
A:自由状态
B：锁紧状态
A C B A＞B＞C
3
、 1、外环
4
2、内环
3、滚柱
1 2
A:自由状态
B：锁紧状态
第二章 液力传动装置
第一节、液力传动装置介 绍
二、液压(流)传动 1、定义：利用液体传输功率称为液压(流)传动。 2、形式：（1）液压传动----通过液流的压力传输 功率，如马达。 （2）液力传动----通过液流的动能传输 功率，如液力偶合器，液力变矩器。
3、按其工作原理的不同分
液体传动
容积式液压传动：以液体的压力能传递动力，称为液压 传动。 千斤顶 各种液压阀 动力式液压传动：以液体的动能传递动力，称为液 力传动。 液力偶合器 液力变矩器
四、偶合器中液体的环流和涡流
液力偶合器工作时其内部液体发生两种流动，环流 (圆周流动) 和涡流 (循环流动)。 这两种不同的流动是相互复合而产生的，流动的产生取决于泵 轮与涡轮之间的速度差。
（1）泵轮转动，ATF从泵轮中心向四周沿叶片方向甩出，中 心压力<外缘压力; （2）涡轮外缘压力<泵轮外缘压力，ATF从泵轮流入涡轮，冲 击涡轮叶片; （3）推动涡轮转动后，ATF顺涡轮叶片从外缘到内缘，再返 回到泵轮的内缘。
四、作用与组成 1、作 用 将泵轮与涡轮刚性连接，以提高传动效率
当锁止离合器起动时，就随同泵轮及涡轮转轮一起转动。 锁止离合器的接合及脱开由变矩器中的液压油的流向决 定。
DCC 锁止离合器
锁止离合器的工作过程
五、工作条件 温度：ATF温度正常，达60度以上， 速度：约68-70km/h， 档位：3档或4档，(有些车1、2、3、4档) 制动：无行车制动。
三、液力传动装置工作原理
液力传动装置，它以液压油作为工作介 质来进行能量转换，它的能量输入部件 是泵轮，与发动机的飞轮相连接，将发 动机输出的机械能转换为工作介质的功 能，能量输出部件作为涡轮，经涡轮将 液体的动能还原成机械能输出。
第二节、液力偶合器
一、组成：由外壳、泵轮和涡轮三个基本部件组成。
二、能量转递过程
1、动力传输：将电扇A与电扇B隔开几厘米，相对放置， 然后打开电扇A，则A会在两电扇间产生流动的空气，由 电扇A产生的气流冲击电扇B的叶片，使电扇B转动。 换句话说，电扇A与B之间的动力传送是以空气为介质 而实现的。偶合器的工作原理也是如此，泵轮相当于电扇 A，涡轮相当于电扇B。只是现在是以变速器液为介质， 而不是以空气。
六、液力变矩器的工作原理
以两部电扇作为例子: 如果加上 一条输送管道，气流将穿过电扇 B(被动电扇)然后经由管道，从 电扇A后面流回电扇A(主动电扇)， 这就会加强电扇A的叶片所吹动 的气流，因为气流通过电扇B后 所剩下的能量，将增强电扇A叶 片的转动。 所以变矩器使转矩成倍放大， 正是由液体流过涡轮后，借助定 轮叶片流回泵轮而实现的。
5、总结
由此可见，液力变矩器的工作区域可分为 两个，即变矩器工作区和偶合器工作区。 转矩增大仅发生在变矩器工作区，在偶合 器工作点为界限的偶合器工作区内，仅有 转矩的传递而无转矩的增大。所以，自动 变速器车辆之所以能够启动平稳而不会引 起发动机熄火，就是因为它能够在变矩区 获得增大的转矩。
第四节、带锁止离合器的液力变 矩器
当传动比为零时，涡轮完全不旋转（如换挡 手柄在D档位而车辆被制动时），泵轮和涡 轮之间的转速差达到最大值，此时工作液的 涡流速度和转矩增大的作用也达到最大值， 既液力变矩器的最大转矩比是在失速点时， 它通常在1.7至2.5范围之间。在失速点，工 作液具有很大能量用于克服车辆起步时的静 止阻力。
4、偶合器工作点
六、锁止离合器分离状态
当车辆低速行驶时，油液流至锁止离合器片 的前端。锁止离合器片前端与后端的压力相 同，使锁止离合器分离。
a）示意图
b）动力传递路线
七、锁止离合器接合状态
当车速以中速至高速行驶时，油液流至锁止 离合器的后端。这样，锁止离合器处于接合 状态。
a）示意图
b）动力传递路线
在变矩器中，导轮 就起到空气管道的 作用。换言之，由 发动机产生的转矩， 再加上从涡轮转轮 流回的液体的转矩 驱动泵轮。就是说， 泵轮使原来传送至 涡轮转轮的输入转 矩成倍放大。
七、 液力变矩器的ATF流向
液力变矩器的ATF流向
液力变矩器的ATF流向（导轮 开始转动）
ATF的整个流动过程 B-泵轮；W-涡轮；D-导轮；F-单向离合器
（2）计算工式 转矩比=涡轮输出转矩/泵轮输入转矩 转速比=涡轮转速/泵轮转速 传动比=输入轴转速/输出轴转速
3、失速点
涡轮固定不动而泵轮仍在旋转（既传动比为 零）时的工况称为失速工况。 失速转速是涡轮处于静止时发动机所能达到 的最高转速。失速发生在汽车起步或汽车停 车时。当今大多数液力变矩器的失速转速处 于2000至3000r/min之间。一般配用较底 功率发动机的液力变矩器失速转速高，而配 用较高功率发动机的液力变矩器失速转速底。
1、液力偶合器的主动部分：是泵轮。 泵轮与外壳焊在一起，随发动机曲轴一同旋转。 2、液力偶合器的从动部分：是涡轮。 涡轮和输出轴连接在一起。 3、泵轮和涡轮相对安装， 它们统称为工作轮。 4、在泵轮和涡轮上，径向排列着许多平直 叶片，泵轮和涡轮不接触，两者之间有约3～ 4mm的间隙，液力偶合器壳体和两工作轮形成 的环状空间内充满着液压油。 5、泵轮和涡轮所包围的空间形成一个封闭 的液体循环油道，称为工作腔或循环圆。
1、优势 （1）泵轮和涡轮允许存在转速差，发动机可以在传动系不断开 时保持运转；
（2）ATF作为传动介质，能保证汽车起步和加速的稳定性；
（3）能够缓冲和衰减传动系的扭转振动，防止传动系过载； 2、不足 液力偶合器只传递转矩，而不能改变转矩的大小。
六、液力偶合器的效率
因为液压油在循环流动过程中，除了泵轮和涡轮之 间的作用力之外，没有受到任何其它附加外力，而 且泵轮与涡轮之间存在滑动，使涡轮的转速稍低于 泵轮的转速，形成偶合器的传动效率小于1，因此输 出转矩始终不会超出输入转矩。 亦即液力偶合器只传递扭矩，而不改变扭矩的大 小。
四、简介
变矩器由泵轮、涡轮转轮、 导轮、变矩器壳体组成。泵 轮由曲轴驱动，涡轮转轮与 变速器输入轴连接，导轮由 单向离合器及定轮轴与变速 器壳体固定，所有这些部件 则全部安装于变矩器壳体内。 变矩器内充满油泵提供的自 动变速器液。变速器液被泵 轮甩出，成为一股强大油流， 推动变矩器涡轮转轮转动。
五、泵轮、涡轮和导轮三个元件的功用
涡流：ATF经泵轮到涡轮再回到泵轮的循环圆运动（相对运动） ATF的旋转运动 环流：ATF随同工作轮绕轴线的圆周运动（牵连运动）
ATF的绝对运动：涡流与环流的合成运动——首尾相接的环形螺旋线。
液力偶合器实现传动的必要条件：ATF在泵轮和涡轮间有循环流动。
理论上，涡轮的转速永远小于泵轮的转速。