液力变矩器的特性分析及其应用研究-论文

　设计与计算　液力变矩器的特性分析及其应用研究

浙江金华职业技术学院　杜巧连

[摘要]本文通过对液力变矩器的特性分析,阐明了在车辆传动系中采用液力变矩器的优越性。同时对液力变矩器的应用进行了研究。

叙词:　液力变矩器　特性　分析　应用研究

1　引言

自从汽车在传动系中使用了液力变矩器之后,克服了采用手动换档机械变速器存在的操纵复杂、车辆行驶平稳性差、机件寿命短及不能充分利用发动机功率等缺点,具有了起步平稳、操作简化、机件使用寿命长、能实现无级变速等优越性,满足了人们对乘坐舒适性、行车安全性的要求。因此,液力变矩器在各种车辆上得到了广泛的应用。在美国,液力变矩器在轿车上的应用率已达90%,在市内公共汽车上的应用率则几乎达100%。而我国国产公共汽车还普遍采用手动换档机械变速器。本文拟通过对液力变矩器的特性分析,阐明在车辆传动系中使用液力变矩器的优越性。

2　液力变矩器的工作原理

液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮构成,3个工作轮装在一个密封的壳体内,泵轮与液力变矩器壳体固定在一起,并与发动机的飞轮同步转动。涡轮与输出轴相连,输出转矩。导轮浮动于泵轮和涡轮之间,并保持一定的轴向间隙。液力变矩器安装在发动机的飞轮曲轴上,其作用与采用手动变速的汽车离合器相似。液力变矩器利用液力传动的原理,将发动机的机械能转变为液体的动能,再把这种动能转变为机械能。液力变矩器工作时密闭的壳体内充满有一定压强的油液,当发动机带动泵轮旋转时,泵轮叶片使液压油运动,高速运动的油液顺着泵轮叶片作用于涡轮叶片上,从而推动涡轮转动。高速旋转的泵轮由于离心力的作用,泵轮叶片内端的液体压强小于导轮叶片的液体压强,于是流过涡轮叶片的油液又作用于导轮叶片上,油液经过导轮叶片后又进入了泵轮叶片,这样油液在泵轮叶片、涡轮叶片、导轮叶片间形成环流。当油液从泵轮流向涡轮的时候,油液把泵轮的力矩传递给涡轮,在油液从涡轮流向导轮的过程中,导轮给予液体一定的反作用力矩,这个反作用力矩也同时作用在涡轮上。在发动机转速一定的情况下,涡轮力矩随着涡轮转速变化,涡轮转速越低,涡轮所能传递的转矩越大。可见,液力变矩器不仅能传递发动机的转矩,还能在泵轮转速不变的情况下,随着反映汽车速度的涡轮转速变化,自动改变涡轮的输出转矩实现无级变速。

3　液力变矩器的特性分析

液力变矩器能适应行驶阻力的变化,自动地、连续地改变输出轴的转矩和转速。在泵轮转速n b和转矩M b 不变的条件下,可将液力变矩器的传动效率Z及涡轮转矩M W随涡轮转速n W而变化的规律用图1

表示出来。

图1

图中,n1表示当变矩器的变矩系数k=M W/M b=1时的涡轮转速。由图可知,当n W0,所以M W>M b;当n W=n1时,M d=0,所以M W=M b;当n W>n1时,M d<0,所以M W

年第期21 20001

设计与计算

增大,车速便自动降低,涡轮的输出转矩相应增大,以适应汽车的工况。因此,液力变矩器是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变车速的无级变速器。这一性能,为液力变矩器的自动适应性。该性能对行驶阻力变化比较大的轮式及履带式车辆是非常适合的。

4　液力变矩器的应用研究

4.1

　组成自动液力机械变速器

图2

图2所示为液力变矩器效率Z 和变矩系数k 随传动比i 变化的曲线,由图可知,液力变矩器存在变矩系数和效率之间的矛盾,为了照顾效率不致太低,变矩系数不能做得太大。在轿车上变矩系数一般是2.1左右;在公共汽车和重型自卸汽车上,变矩系数一般是不大于3～4。很明显,这个数值不能满足汽车的使用要求,故通常在液力变矩器之后,往往再串联一个齿轮变速器,组成液力机械变速器以满足汽车的使用要求。加之液力机械变速器容易与电子系统接口形成自动液力机械变速器,这样大大简化了操纵,提高了车辆行驶安全性。特别是在20世纪70年代后,由于变矩器结构的改进和电子控制技术的发展,使长期以来存在的采用自动液力变速器传动效率低的问题得到了很大的改善,使自动液力机械变速器具有了较好的综合性能,其在车辆上的应用也越来越广泛。据统计,1992年美国国内行驶的轿车中有80%采用了自动液力变速器,1993年日本生产的轿车中有75%装上了自动液力变速器,轿车配用自动液力变速器已成为一种潮流。4.2　可闭锁的液力变矩器

因液力变矩器的涡轮与泵轮之间存在转速差和液力损失,液力变矩器的传动效率不如机械变速器高。为了充分利用汽车发动机的功率,尽力减少变矩器的功率损失,可采用带锁止离合器的液力变矩器,锁止离合器的分离与接合可由液压油控制。如美国Allison 公司生

产的MT —640型自动液力变速器是装于公共汽车及公路运输车辆上的自动液力变速器。这种自动液力变速器由一个可闭锁的液力变矩器、3个行星排的变速机构和控制系统3部分组成。当汽车在良好路面行驶,达到一定的速度时,电控装置通过液压装置,可使锁止离合器接合,这时液力变矩器的泵轮和涡轮由离合器结合成一体成为机械传动,液力变矩器成为一个整体输送动力后,不再起变矩的作用,只相当于一个刚性联轴器,从而避免了液力变矩器的损失,提高了传动系统的效率,即提高了汽车的动力性和经济性。当汽车起步或在较差路面行驶时,行驶阻力增大,控制装置又可使锁止离合器分离,液力变矩器停止闭锁状态,恢复了变矩器的正常功能,以充分发挥液力变矩器能自动适应行驶阻力变化的优点。4.3　液力变矩器与发动机的匹配

液力变矩器作为一种传动装置有其独特的性能,当

其应用于汽车传动系时,其与发动机匹配是否得当,直接影响汽车的动力性和经济性。因此在使用液力变矩器时,要按照发动机的特性来选择液力变矩器,使液力变矩器与发动机匹配合理。匹配的原则是:(1)液力变矩器的工作范围应在高效率的区域之内,即Z ≥0.75的区间;(2)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,以满足车辆动力性和经济性的要求。只有液力变矩器和发动机匹配合理,才能使采用液力变矩器的汽车节省燃料和降低污染。

5　结论

(1)液力变矩器能适应行驶阻力的变化,其往往与齿轮变速器串联组成液力机械变速器应用于车辆上,加之液力机械变速器容易与电子系统接口形成自动变速器,大大简化了操纵,提高了安全性。

(2)液力变矩器具有增矩作用,并能以很低的车速稳定行驶。有利于提高车辆在差路面上行驶的通过性和爬坡能力。

(3)液力变矩器能很好地与发动机协同工作,使发动机能经常在经济、少排污的工况下工作,从而节省燃料和降低污染。

()液力变矩器的工作介质是液体,具有缓冲作用。

汽车研究与开发

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