第三章 液力变矩器

液力变矩器变矩性能分析

工作轮叶片入口处1的速度矩是前一个工作轮叶片 出口2条件造成的 .

分析：
3.涡轮进口处速度矩比出口处速度矩大，所以液流流经涡轮后速度矩减小，也 就是其旋转程度减小。由上式可知：该速度矩减小值=泵轮和导轮中速度矩的 增加值

变矩器工作过程实质 :
（1）原动机的能量通过泵轮传给液体，使液体旋 转，速度矩增加； （2）具有一定旋转速度的液流进入涡轮后带动涡 轮旋转，由于受到涡轮叶片的“阻碍”（实际是 负荷的阻碍），液流旋转程度被迫减小，速度矩 减小，其减小值正比于输出矩（阻力矩）； (3)导轮的作用是帮助泵轮增加液流旋转，即增大 泵轮进口处的速度矩 ; (4)导轮中液流遵循能量方程，导轮不增大或减小 液体的能量，仅改变液流方向。导轮中液流所具 有的能量是：泵轮的输入能量，在涡轮带动工作 机负载工作消耗能量后“剩下”的。
无因次特性又称为原始特性曲线，同一系列所有变矩器的无因次特性曲线都是 一样的，有了无因次特性曲线，就可以作该系列的任一变矩器的输出特性曲线， 而不需要每一个都去做实验。


对于汽车，通常以为泵轮的转矩为常数的条件为试验条件进行 测量。 对于工程机械，通常以泵轮的转速为常数条件试验条件进行测 量。
MT
，
=
M T M B M D

变矩器的自适应性能 :能够根据外界负荷的 大小，自动改变其速度和力矩值，并具有稳 定工作的能力。
涡轮输出特性 M T f nT 曲线，应该是一条 随增大，而单值下降的曲线.

P2 M T nT Ki P1 M B nB



如果输入功率 M B nB和效率 一定，因 n 为M B nB M T nT ，所以 M T nT为常数，那么，T 随阻力矩的增大而减小，随 M T 的减小而 增大。
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正透穿型变矩器与汽油机特性配合很合理 。因为： 1）因为起动工况i=i0时，共同工作使原动机在力矩 最大点工作，同时，在该点的变矩系数也是最大 值，那么涡轮力矩也可达到最大，因为
2） i0工况也是机器工作机的由静止起动的工况， 负载的惯性阻力矩最大，需要涡轮有最大的驱动 力矩. 3) 变矩器的最高效率工况与原动机最低油耗工况 为同一工况，这样，使整个机器在最经济工况下 运行。
负透穿型变矩器

这类变矩器的泵轮力矩系数 随增大而增大， 其无因次特性如图3-20所示，其的特征为： 这种变矩器与原动机共同工作情况如图3-18 所示，刚巧相反，当工况i值大时，抛物线 陡，起动工况i0的抛物线最平坦。由于其效 果与正透穿型相反，故称负透穿型。

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复杂透穿型变矩器

除以上三类之外，还有复杂透穿型，在某一工 况范围内为正透穿，另一工况范围内为负透穿， 称为复杂透穿型变矩器。

曲线分析：
况下具有最大值。
（1）零速工况：又称为“起动工况”，涡轮力矩和变矩系数都在该工
（2）偶合器工况：泵轮力矩曲线与涡轮力矩曲线的交点。


对于变矩器的外特性，也可用相似原理来研 究。当一系列变矩器满足几何相似、运动相 似和动力相似条件，可以写出相似原理表达 式。 “无因次特性” ：

无因次特性反映着一系列几何相似变矩器的 共同外特性。



柴油机的功率:飞轮→弹性连接板→泵轮盖→ 泵轮，将机械能转变为流经泵轮的液体能量。 液体驱动涡轮的功率：涡轮套→（花键）涡 轮轴。涡轮两侧弹性挡圈防止涡轮轴向移动。 整个功率输入部件的支承：左端通过供液泵 驱动盘的轴端伸入柴油机飞轮的中心孔，承 受径向负荷。另外又通过弹性连接板与飞轮 连接。 右端：通过泵轮套经径向球轴承支承在导轮 座上。




（1）调节循环圆流量 ： 一般是靠调节循 环圆内的充液量或在循环圆内加节流挡板。 加节流挡板实际上是在循环圆流道上增加 节流损失，使特性变坏。 （2）调节泵轮或导轮叶片安装角 调节导轮叶片安装角的方法用得更多。因为 导轮是不转动的，在结构上易于实现。 （3）双泵轮调节 ： 图3-24上给有一种双泵轮可控制变矩器的控 制部分的工作原理。变矩器装有两个泵轮， 一个是主泵轮BI，一个是辅助泵轮BII。
穿透性





定义：变矩器输出轴负荷对输入特性的影响程 度叫做变矩器的穿透性． 度量方法： 表示的意义 分类： １．不透性 能可靠地防止发动机熄火 ２．正透性 高速、低速下都能满足需要，适 用于工程机械。 ３．负透性 对机械传动不利，只有在机械启 动要求比较平稳时才考虑。
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3.3 变矩器的分类


外负载转矩变化时，其工作点也要发生改变， 外负荷增大时，涡轮转速减小；负荷减小时， 涡轮转速增大。所以液力变矩器能随负荷变 化自动调整工作速度，这就是液力变矩器很 重要的一个特点——自动适应性。 涡轮转速的变化是无级变速，对负荷变化剧 烈的工程机械、军用车辆、起重运输机及汽 车和内燃机车传动非常有利，可充分利用发 动机功率，提高生产率，增大作业能力，减 少换档，防止发动机熄火。
按涡轮的型式分类



1. 向心涡轮变矩器 循环圆如图3-21（a）所示 . 正透穿 2. 轴流涡轮变矩器 循环圆如图3-21（b）所示 .接近非透穿 3.离心涡轮变矩器 循环圆如图3-21（c）所示。具有负透穿的 无因次特性.
按循环圆中各叶轮的衔接序分类


1.泵轮—涡轮—导轮—泵轮型 记作“B—T—D—B”，绝大多数变矩器为此型。 2.泵轮—导轮—涡轮—泵轮型 记作“B—D—T—B”,由于位于涡轮前面的导轮叶 片，改变了进入涡轮的液流方向，使损失增大， 效率低 。此外由于涡轮位于泵轮之前，涡轮的转 速使其出口速度矩的改变，直接影响泵轮入口， 使泵轮力矩有很大的改变，所以透穿性特别强， 只适用于特殊的场合。 工程机械绝大多数使用泵轮—涡轮—导轮—泵轮 型变矩器
3.2 液力变矩器的工作原理及特性 曲线

液力变矩器的变矩原理
M B qV ( VB 2 rB 2 VB1rB1 )
M T qV ( VT 2 rT 2 VT 1rT 1 )
M D qV ( VD 2 rD 2 VD1rD1 )
由于工作轮之间，液体不受外力的作用，故外力矩 M B MT M D 0 M T M B M D M 也就是 0 或 。 液体作用于涡轮上的力矩为，则



这种变矩器多应用装载机和铲运机 。 在没有铲举作业而行走时，称为运输工况 。 运输工况曲线 。 在有铲举作业而行走时，称为铲举工况 。 特性如图上的铲举工况 。 工况匹配：MyB抛物线在两种工况中都通过 转折点 。 运输工况：使BI和BII锁在一起工作，即以 特性。 铲举工况：只用BI工作．即 特性。
按循环圆中涡轮叶片的级数分类


级一般是指涡轮元件插在其它工作轮元件之 间的个数。三个以上的常称为多级。 图3-22a)为单级式；图3-22e)为双级式；图 3-22f)所示为三级； 1.单级涡轮变矩器 在零速变矩系数K0(在i0工况)和最大效率 两个指标上有矛盾，即K0大后， 就小些，反之亦然。某些场合要求起动 变矩系数很大，但又不可过低，单级变矩器 很难满足这种要求。


单级液力变矩器只有一组涡轮叶栅，按照液 力变矩器可能的工作状态数（叶轮组合工作 的数目），可分为单相、两相和三相三类。 其工作状态的变换是借助于单向离合器或其 它机械方法，如离合器制动器等来实现。 2.多级涡轮变矩器 涡轮有两圈以上叶片 ,在循环圆中看，有两 个涡轮叶片流道，但实际上它们都是装在同 一个涡轮工作轮上的，图3-23（a）是一个 两级变矩器，图上可见循环圆内各工作轮叶 片流道的衔接序是



液力变矩器的特性曲线

什么是液力变矩器的特性曲线 ？ 液力变矩器的特性曲线有： 1.输出特性曲线（外特性曲线） 2.原始（类型）特性曲线 3.输入特性曲线 4.通用特性曲线 5.液力变矩器系列型谱

变矩器特性理论分析 :
输出特性曲线——外特性曲线
输出特性是指液力变矩器各参数与涡轮转速之间的关系； 它们是由试验和计算得出来的。
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其无因次特性中的 示于图323(b)。这种两级变矩器有较大的零速变矩 系数，其曲线形状偏离规整的抛物线较大， 而向纵坐标轴倾歪，其低于单级变矩器，这 是因为叶片流道多，使液流的各种能量损失 增加的缘故。多级变矩器结构复杂，制造成 本高，所以都在三级以下。
按控制功能分类
1.不可控制的变矩器 无法施加人为控制来改变其无因次特性的变矩器 , 也称为不可调式变矩器。 2.可控制的变矩器 通过施加人为控制，使其无因次特性改变，称为可 调式变矩器。 (a)外部调节:在液力变矩器输入轴前，利用可以改变 输入转速的装置（如滑差离合器），对液力变矩 器的泵轮转速进行调节，相应地改变液力变矩器 的外特性。 (b)内部调节:调节液力变矩器的循环圆流量，调节液 力变矩器的叶轮或导轮的叶片安装角，双泵轮调 节。

按泵轮力矩系数的特征分类 : 1.非透穿型变矩器
其无因次特性如图3-15所示 。
原动机与变矩器共同工作输入特性上只能有一 根抛物线。(无论负载阻力矩如何变化，都不 能影响原动机工况，称为不可透穿，这是变矩 器无因次形成的，所以称这种变矩器是非透穿 型的。这种变矩器如果能与原动机最大功率工 况配合工作，就可以使变矩器可以充分吸收原 动机的最大功率，图3-16就是这种例子。
输入特性曲线


输入特性曲线也称为负荷抛物线。输入特性 是指输入轴(泵轮轴)的力矩与它的转速之间 的关系。因泵轮的力矩又是加给发动机的负 荷，故也称为发动机的负荷特性。 输入特性曲线为一条通过坐标原点的抛物线。
变矩器特性曲线上的３个典型工况



１．制动工况：（起动工况），此时涡轮力矩 数值最大，工作机最大牵引力按此数值进行计 算。 ２．最高效率工况：对应着最高效率时的工况。 ３．偶合器工况：此时涡轮力矩与泵轮力矩相 等，变矩系数等于１。 还需引入工作变矩系数来评价变矩器的特性， 工作变矩系数相应于机器主要运转工况所允许 的最低效率值。工程机械通常取75％，汽车取 80％。
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动瞬态液动力矩 的作用 。 从低速升高至稳态平衡工况的过程中，泵轮轴是 加速转动的 。
惯性力矩

正透穿型变矩器
其无因次特性如图3-17所示 。 正透穿型变矩器与汽油机共同工作的输入特性

由于外界阻力矩特性改变，原动机的工况受其影 响而改变，即外界阻力矩透过变矩器影响原动机 工况，故称为可透穿型。这类（正透穿型）和下 一类(负透穿型)变矩器，在不同工况下吸收原动机 功率不同。
第三章 液力变矩器
3.1 液力变矩器的结构简图及主要参数
图3-1 液力变矩器的结构示意图
1-发动机曲轴；2-变矩器壳；3-涡轮；4-泵轮；5-导轮； 6-导轮固定套筒；7-从动轴；8-起动齿圈
图3-2 导轮作用原理图
二、液力变矩器的主要参数


主要结构参数 :循环圆的最大外径D 循环圆的最小内径Do 主要性能参数 :功率P、力矩Ｍ、泵轮转速 、 涡轮转速、转速比、效率 、变矩系数、循环 圆流量、工作轮能头、穿透系数、高效区范围.
功率输出部件的支承

功率输出部件的支承：左端向心球轴承，轴承 的内圈固定在涡轮套上，不与轴肩接触，留有 间隙，轴承的外圈支承在泵轮盖的轴承座内， 外圈用供油泵驱动盘压紧，不能轴向移动，但 整个涡轮轴和涡轮套可一起在轴向有微小的移 动，涡轮轴受热伸长不会被卡死。 右端涡轮轴经向心球轴承支承在导轮座内，外 圈的左侧是密封托，外圈的右侧是一个挡圈， 外圈无法轴向移动。内圈经锁紧螺母，紧靠在 密封圈上。防止涡轮轴向移动。

导轮叶片旋转使角度不同时的无因次特 性。
3.4 典型变矩器结构


YB 355—2型变矩器是装载机用变矩器，它的 有效直径为355mm，其结构见图3-27。 图3-27为该变矩器的结构，它是单级变速器， 由离心泵轮15，向心涡轮4，轴流导轮8组成， 各叶轮均为扭曲叶片。
图3-27 YB355-2型向心 涡轮变矩器 1—变矩器外壳；2—弹 性连接板；3—泵轮盖； 4—涡轮；5—涡轮套； 6—衬套；7—供油泵驱 动盘；8—导轮；9—供 油泵驱动轴；10—涡轮 轴；11—导轮座；12— 橡胶油封；13泵轮套； 14—变矩器体；15—泵 轮