第第1111章章 液力耦合器液力耦合器第第11章章 液力耦合器液力耦合器11.1 11.1 液力耦合器的任务原理液力耦合器的任务原理11.2 11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性11.3 11.3 液力耦合器的类型和构造液力耦合器的类型和构造11.4 11.4 液力耦合器与内燃机的共同任务液力耦合器与内燃机的共同任务11.5 11.5 液力耦合器的选择液力耦合器的选择2024/9/27211.1 液力耦合器的任液力耦合器的任务务原理原理 液力耦合器是利用液体的动能而进展能量传送的一种液力耦合器是利用液体的动能而进展能量传送的一种液力传动安装。它是由泵轮液力传动安装。它是由泵轮11涡轮涡轮22外壳外壳3 3组成的，如组成的，如图图11-111-1所示，其构造简图见图所示，其构造简图见图9-2a9-2a。 2024/9/273图11-1 液力耦合器主要构件1泵轮；2涡轮；3壳体； 4主轴。11.1 液力耦合器的任液力耦合器的任务务原理原理在泵轮和涡轮环状壳体内，沿径向均匀地分布着在泵轮和涡轮环状壳体内，沿径向均匀地分布着很多叶片。泵轮很多叶片。泵轮1 1与盆状的壳体与盆状的壳体3 3固定，组成耦合固定，组成耦合器的外壳，壳内充溢任务液体。涡轮置于壳体内，器的外壳，壳内充溢任务液体。涡轮置于壳体内，其端面与泵轮端面相对，有一定间隙且同轴线放其端面与泵轮端面相对，有一定间隙且同轴线放置。泵轮与输入轴相连，涡轮与输出轴相连。目置。泵轮与输入轴相连，涡轮与输出轴相连。目前运用最广泛的是无内环液力耦合器。前运用最广泛的是无内环液力耦合器。泵轮和涡轮及壳体所围成的空间，构成一个封锁泵轮和涡轮及壳体所围成的空间，构成一个封锁的液体循环流道，该流道就叫任务腔或循环圆，的液体循环流道，该流道就叫任务腔或循环圆，此圆最大直径叫做液力耦合器的有效直径，用此圆最大直径叫做液力耦合器的有效直径，用D D表表示。因任务液体在循环圆内作圆周运动，又随两示。因任务液体在循环圆内作圆周运动，又随两任务轮一同绕轴线转动，因此任务液体在液力耦任务轮一同绕轴线转动，因此任务液体在液力耦合器中是作圆周螺旋运动。合器中是作圆周螺旋运动。11.1 液力耦合器的任液力耦合器的任务务原理原理 液力耦合器与液力变矩器任务原理类似。图液力耦合器与液力变矩器任务原理类似。图11-211-2是液体在是液体在泵轮和涡轮进出口处的速度三角形，右边是泵轮泵轮和涡轮进出口处的速度三角形，右边是泵轮B B的速度的速度三角形，左边是涡轮三角形，左边是涡轮T T的速度三角形。液力耦合器任务轮的速度三角形。液力耦合器任务轮叶片出口处相对速度叶片出口处相对速度W2 W2 都垂直于圆周速度都垂直于圆周速度 ，因此出口，因此出口速度三角形为直角三角形，出口绝对速度的圆周分速度就速度三角形为直角三角形，出口绝对速度的圆周分速度就是是 ，出口轴面分速度就是，出口轴面分速度就是W2W2。任务轮入口处的速度三。任务轮入口处的速度三角形不是直角三角形，缘由是液流进入叶片时相对速度角形不是直角三角形，缘由是液流进入叶片时相对速度W1W1和圆周速度和圆周速度 不垂直，这时的液流角和叶片角不相等，产不垂直，这时的液流角和叶片角不相等，产生了液流冲击损失。因普通情况下，液力耦合器的传动生了液流冲击损失。因普通情况下，液力耦合器的传动 比比 ，因此，因此 ， 。另外，泵轮。另外，泵轮和和 涡轮进口绝对速度与前一任务轮的出口绝对速度相等，涡轮进口绝对速度与前一任务轮的出口绝对速度相等，即即 ， 。 11.1 液力耦合器的任液力耦合器的任务务原理原理图11-2 液力耦合器的速度三角形11.1 液力耦合器的任液力耦合器的任务务原理原理液力耦合器任务轮叶片和液体的相互作用所产生液力耦合器任务轮叶片和液体的相互作用所产生的力矩与液力变矩器的作用原理一样。在理想条的力矩与液力变矩器的作用原理一样。在理想条件下，液力耦合器的力矩方程为件下，液力耦合器的力矩方程为泵轮：泵轮： 涡轮：涡轮： 11-111-211.1 液力耦合器的任液力耦合器的任务务原理原理将式将式11-111-1与式与式11-211-2相加，有相加，有上面推导过程中运用了如下速度和半径关系参上面推导过程中运用了如下速度和半径关系参看图看图11-211-2： ， ， ， 式式11-311-3阐明，在不计各种损失情况下，泵轮阐明，在不计各种损失情况下，泵轮作用于任务液体的力矩与涡轮作用与液体的力矩作用于任务液体的力矩与涡轮作用与液体的力矩大小相等方向相反，或者说泵轮的输入力矩等于大小相等方向相反，或者说泵轮的输入力矩等于涡轮的输出力矩，力矩方向一样。今后为了分析涡轮的输出力矩，力矩方向一样。今后为了分析方便，把方便，把 、 统称为传动力矩统称为传动力矩 。11-311.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性液力耦合器的特性是指它的主要性能参数如传动液力耦合器的特性是指它的主要性能参数如传动力矩力矩 泵轮转速泵轮转速 涡轮转速涡轮转速 传动传动比比 转差率转差率 和效率和效率 等之间的关系。等之间的关系。 11-4)(11-5)(11-6)11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性11.2.1 11.2.1 液力耦合器的外特性液力耦合器的外特性当当 都为常数时，都为常数时， 的的关系称为液力耦合器的外特性，其特性图关系称为液力耦合器的外特性，其特性图线如图线如图11-311-3。图中横坐标也可用。图中横坐标也可用 来表来表示。示。外特性由实验求得。因外特性由实验求得。因 ，所以当，所以当 与与 用一样比例尺时，用一样比例尺时， 是从坐标原点起始与坐是从坐标原点起始与坐标轴成标轴成 的直线。但当的直线。但当 时，时， 急速下降，这是由于此时的传动力矩很小，急速下降，这是由于此时的传动力矩很小，而磨擦损失的力矩所占比例显著添加的缘而磨擦损失的力矩所占比例显著添加的缘故。所以当故。所以当 时，时， 。11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性图11-3 液力耦合器的外特性11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性图中，图中，I I点为零矩工况，此时，发动机带动耦合器点为零矩工况，此时，发动机带动耦合器空转，空转， 、功率、功率P0P0；IIII点为设计工况，该工况点普通在接近液力耦合器点为设计工况，该工况点普通在接近液力耦合器能够到达的实践最高效率点，此时的效率用能够到达的实践最高效率点，此时的效率用 表表示，即示，即 = 0.960.975 = 0.960.975 。通常用过载系数来评。通常用过载系数来评价液力耦合器的过载才干：价液力耦合器的过载才干： 11-7)11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性式中式中 时的传动力矩；时的传动力矩； 设计工况时的传动力矩。设计工况时的传动力矩。点是零速工况，即点是零速工况，即 或或 为零时的工况，这是为零时的工况，这是车辆起步或制动时的工况。此时，车辆起步或制动时的工况。此时， 、 、 功率，此工况下耦合器传送的功功率，此工况下耦合器传送的功率转变为热能而耗费掉了。率转变为热能而耗费掉了。液力耦合器的正常任务范围应在液力耦合器的正常任务范围应在两工况之间，两工况之间，而而工况之间是超载任务范围。工况之间是超载任务范围。11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性11.2.2 11.2.2 液力耦合器的原始特性液力耦合器的原始特性把液力耦合器的转矩系数把液力耦合器的转矩系数 与传动比与传动比 ，效率，效率 与与 之间的关系称为它的原始之间的关系称为它的原始特性，即特性，即 。对于同一系列彼此类似的液力耦合器，象液对于同一系列彼此类似的液力耦合器，象液力变矩器一样，可以根据类似原理推导出力变矩器一样，可以根据类似原理推导出它的力矩方程：它的力矩方程： (11-8)11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性 式中式中D D为液力耦合器的有为液力耦合器的有效直径。实际证明，是效直径。实际证明，是随而变化的函数。对于随而变化的函数。对于同系列彼此类似的液力同系列彼此类似的液力耦合器，不论大小能否耦合器，不论大小能否一样，它们的原始特性一样，它们的原始特性曲线都是一样的，所以曲线都是一样的，所以也叫做类型特性，它是也叫做类型特性，它是经过实验或外特性曲线经过实验或外特性曲线并利用公式换算出来的，并利用公式换算出来的，如图如图11-411-4。 图11-4 液力耦合器的原始特性曲线11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性11.2.3 11.2.3 液力耦合器的通用特性液力耦合器的通用特性通用特性是在通用特性是在 一定时，当不同一定时，当不同 的时的的时的 特性。它可由原始特性线及式特性。它可由原始特性线及式11-811-8 的关系绘的关系绘 制出它的通用曲线。取制出它的通用曲线。取 ，当取，当取不同的假设干个不同的假设干个 时，就有假设干个时，就有假设干个相对应的相对应的 、 、 、 值，这样就能绘值，这样就能绘制出制出 时的时的 曲线。同理，取曲线。同理，取 、 ，就可以得出多条，就可以得出多条 取不同取不同值时的值时的 曲线。将这些曲线绘曲线。将这些曲线绘在同一坐标图上，就成了液力耦合器在同一坐标图上，就成了液力耦合器的通用特性图，这些特性线覆盖一个的通用特性图，这些特性线覆盖一个平面区域，如图平面区域，如图11-511-5。为了能了解任。为了能了解任一工况时的效率，普通还在通用特性一工况时的效率，普通还在通用特性图上绘出等效率线，如图中图上绘出等效率线，如图中 、 。11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性 图11-5 液力耦合器的通用特性 11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性11.2.4 11.2.4 液力耦合器的输入特性液力耦合器的输入特性 的关系称为输入特性，也叫负的关系称为输入特性，也叫负荷特性。当荷特性。当 、 一定时，由原始特性知，一定时，由原始特性知，给定给定 为某一值，就有对应的为某一值，就有对应的 值，在以值，在以 作自变量代入转矩公式作自变量代入转矩公式 ，可以，可以得到一条得到一条 曲线；同理，曲线；同理， 给定一系给定一系列不同值时，就可以做出一系列这样的曲列不同值时，就可以做出一系列这样的曲线，这就是液力耦合器的输入特性线，如线，这就是液力耦合器的输入特性线，如图图11-611-6。11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性11.2.5 11.2.5 部分充液特性部分充液特性液力耦合器在运用中，普通并不将任务液体液力耦合器在运用中，普通并不将任务液体完全充溢，充液量和任务腔容积的比值完全充溢，充液量和任务腔容积的比值 叫做相对充液量。充液量改动，其外特性叫做相对充液量。充液量改动，其外特性也将发生变化。也将发生变化。液力耦合器在部分充液时，环流具有自在外液力耦合器在部分充液时，环流具有自在外表。环流的分布和外形随转差率表。环流的分布和外形随转差率s(s(或者说或者说而变化。而变化。 11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性 当当 时，泵轮和涡轮中的液体因离心压力相等而无相时，泵轮和涡轮中的液体因离心压力相等而无相对流动，任务液体对称地分布在任务轮的外缘，如图对流动，任务液体对称地分布在任务轮的外缘，如图11-11-7a7a。当。当 添加，因泵轮和涡轮中的离心力不平衡，于是添加，因泵轮和涡轮中的离心力不平衡，于是液体产生循环流动。涡轮内液体的向心流动到达液体产生循环流动。涡轮内液体的向心流动到达b b点时，点时，流速已下降到零，环流从流速已下降到零，环流从b b点开场由向心流动变为离心流点开场由向心流动变为离心流动，并由动，并由c c点进入泵轮，如图点进入泵轮，如图11-7b11-7b。假设。假设 再添加到某再添加到某值值 时，由于涡轮液流的向心流动更强，使液流可流到时，由于涡轮液流的向心流动更强，使液流可流到它的内缘，并在它的内缘，并在 处进入泵轮，如图处进入泵轮，如图11-7c11-7c。这是一种临。这是一种临界形状，在此形状之前液体循环流动是小循环。界形状，在此形状之前液体循环流动是小循环。 11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性 当当 后，因涡轮转速更低，液流的向心流动比离后，因涡轮转速更低，液流的向心流动比离心流动大，所以液流会沿着涡轮内缘而进入泵轮，并心流动大，所以液流会沿着涡轮内缘而进入泵轮，并紧贴泵轮外环内壁面流动，构成大循环，如图紧贴泵轮外环内壁面流动，构成大循环，如图11-7d11-7d， 小循环过度到大循环的临界转差率为小循环过度到大循环的临界转差率为 。在临。在临界形状，泵轮中液流平均流线的入口半径界形状，泵轮中液流平均流线的入口半径 产生突产生突变，使传送力矩忽然升高，影响运转的平稳性。采取变，使传送力矩忽然升高，影响运转的平稳性。采取措施有两个，一是在涡轮中心部位增设挡板；二是使措施有两个，一是在涡轮中心部位增设挡板；二是使涡轮诸叶片与其壳体构成的流动出口半径不相等，缓涡轮诸叶片与其壳体构成的流动出口半径不相等，缓解临界形状的突变程度。解临界形状的突变程度。 相对充液量相对充液量 不同，临界转差率不同，临界转差率 也不同，普通是也不同，普通是 越大，越大， 越小。越小。11.2 液力耦合器的特性液力耦合器的特性图11-7 液力耦合器部分充液时的液流循环情况11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造11.3.1 11.3.1 液力耦合器的类型液力耦合器的类型液力耦合器按其运用特性可分为三个根本类液力耦合器按其运用特性可分为三个根本类型，即普通型、限矩型、调速型及两个派型，即普通型、限矩型、调速型及两个派生类型：液力耦合器传动安装与液力减速生类型：液力耦合器传动安装与液力减速器。根器。根GB/T5837-93“GB/T5837-93“液力耦合器型式与根液力耦合器型式与根本参数国标规定，型号如下。本参数国标规定，型号如下。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造表11-1 液力耦合器类型与代号11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造我国的液力耦合器已我国的液力耦合器已构成不同型号的几个构成不同型号的几个系列，如系列，如YOXDYOXD限矩型限矩型及及YOTCYOTC调速型。图调速型。图11-811-8为为YOXDYOXD型液力耦型液力耦合器的功率图谱。合器的功率图谱。图11-8 YOXD限矩型液力耦合器功率图谱11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造11.3.2 11.3.2 液力耦合器的构造液力耦合器的构造一普通型液力耦合器一普通型液力耦合器普通型液力耦合器是最简单的一种耦合器，普通型液力耦合器是最简单的一种耦合器，它是由泵轮它是由泵轮1 1、涡轮、涡轮2 2、外壳皮带轮、外壳皮带轮3 3主要元主要元件构成，如图件构成，如图11-911-9所示。它的任务腔体容所示。它的任务腔体容积大，效率高积大，效率高 =0.96 =0.960.980.98， 是最是最高效率，传动力矩可达高效率，传动力矩可达6 67 7倍的额定力倍的额定力矩。但因过载系数大，过载维护性能很差，矩。但因过载系数大，过载维护性能很差，所以普通用于隔离震动所以普通用于隔离震动缓减启动冲击或缓减启动冲击或作离合器运用。作离合器运用。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造图11-9 普通液力耦合器 1泵轮；2涡轮；3外壳皮带轮。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造 (二) 限矩型液力耦合器常见的限矩型液力耦合器有静压泄液式、动压泄液式和复合泄液式三种根本构造。前两种在建立机械中用的较为广泛。 1静压泄液式液力耦合器图11-10是静压泄液式液力耦合器构造图及外特性图。为了减小液力耦合器的过载系数，提高过载维护性能，在高传动比时有较高的力矩系数和效率，因此，在构造上与普通型液力耦合器有所不同。它的主要特点是泵轮2涡轮3对称布置，并且有挡板5和侧辅腔4。挡板装在涡轮出口处，起导流和节流作用。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造1输入轴套；2泵轮；3涡轮；4侧辅腔；5挡板；6外壳；7输出轴。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造 图11-10 静压泄液式液力耦合器a构造图；b腔型；c外特性曲线。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造这种液力耦合器是在部分充液条件下任务的。当这种液力耦合器是在部分充液条件下任务的。当转差率转差率 即即 ， 是临界转差率是临界转差率 时的传动比时，任务腔中的液流呈小循环，环时的传动比时，任务腔中的液流呈小循环，环流还不能触及挡板，所以，添加挡板后不会影响流还不能触及挡板，所以，添加挡板后不会影响耦合器在此阶段的正常任务。但是，当耦合器在此阶段的正常任务。但是，当 即即 后，任务腔中的液流呈大循环而触及挡后，任务腔中的液流呈大循环而触及挡板。因挡板的节流作用，使环流流流量减少而限板。因挡板的节流作用，使环流流流量减少而限制了传动力矩的添加。假设挡板直径较小，限矩制了传动力矩的添加。假设挡板直径较小，限矩作用不大；假设挡板直径过大，虽限矩作用明显，作用不大；假设挡板直径过大，虽限矩作用明显，但因此而带来液流在挡板处产生旋涡，使液体温但因此而带来液流在挡板处产生旋涡，使液体温度上升而效率下降的后果，不能满足任务机械在度上升而效率下降的后果，不能满足任务机械在低传动比时的要求低传动比时的要求, ,为此，需增设侧辅腔。为此，需增设侧辅腔。 11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造侧辅腔位于涡轮外侧与外壳侧辅腔位于涡轮外侧与外壳6 6之间，腔内储存的液之间，腔内储存的液体以约体以约 的转速旋转所呵斥的离心静压力的转速旋转所呵斥的离心静压力与任务腔环流的压力相平衡。当超载时，与任务腔环流的压力相平衡。当超载时， 降低降低即即s s增大，侧辅腔内的液体转速也随之降低，增大，侧辅腔内的液体转速也随之降低，致使腔内离心静压力下降。但是，这时在任务腔致使腔内离心静压力下降。但是，这时在任务腔内的环流也因内的环流也因s s的增大而使其流量的增大而使其流量能量添加，导能量添加，导致环流的压力大于侧辅腔液体的压力，迫使任务致环流的压力大于侧辅腔液体的压力，迫使任务腔的液体进入侧辅腔。这样，因任务腔的液体减腔的液体进入侧辅腔。这样，因任务腔的液体减少，使启动时及低传动比时的力矩下降，从而起少，使启动时及低传动比时的力矩下降，从而起到了过载维护作用。到了过载维护作用。 11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造 这种液力耦合器，在高速传动比时，侧辅腔存油很少，因这种液力耦合器，在高速传动比时，侧辅腔存油很少，因此传动力矩较大；而在低传动比时，侧辅腔存油较多，使此传动力矩较大；而在低传动比时，侧辅腔存油较多，使特性曲线较为平坦，较好地能满足任务机械的要求。但需特性曲线较为平坦，较好地能满足任务机械的要求。但需指出的是，由于液体出入侧辅腔跟随负载变化而反响速度指出的是，由于液体出入侧辅腔跟随负载变化而反响速度慢，所以不适于负载突变和频繁起动、制动的任务机械。慢，所以不适于负载突变和频繁起动、制动的任务机械。由于这种液力耦合器多用于车辆的传动中，所以也叫做牵由于这种液力耦合器多用于车辆的传动中，所以也叫做牵引型夜力耦合器。引型夜力耦合器。 2 2动压泄液式液力耦合器动压泄液式液力耦合器 动压泄液式液力耦合器可以抑制静压泄液式液力耦合器在动压泄液式液力耦合器可以抑制静压泄液式液力耦合器在忽然过载时难以起到过载维护作用的缺陷。图忽然过载时难以起到过载维护作用的缺陷。图11-1111-11是动是动压泄液式液力耦合器的构造和外特性图。压泄液式液力耦合器的构造和外特性图。 图11-11 动压泄液式液力耦合器a构造图；b外特性曲线。1自动半联轴器与输入轴套；2前辅腔；3后辅腔；4泵轮；5注油塞；6易熔塞；7涡轮；8涡轮轴输出轴套；9后辅腔外壳。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造图中，输入轴套图中，输入轴套1 1经过弹性联轴器及后辅腔外壳经过弹性联轴器及后辅腔外壳9 9而与泵轮而与泵轮4 4衔接在一同，涡轮衔接在一同，涡轮7 7用输出轴套用输出轴套8 8与减速与减速器或任务机械相连起来，易熔塞器或任务机械相连起来，易熔塞6 6起过热维护作用。起过热维护作用。这种液力耦合器有前辅腔这种液力耦合器有前辅腔2 2和后辅腔和后辅腔3 3，前辅腔是，前辅腔是泵轮泵轮涡轮中心部位的无叶片空腔；后辅腔是由涡轮中心部位的无叶片空腔；后辅腔是由泵轮外壁与后辅腔外壳泵轮外壁与后辅腔外壳9 9所构成。前后辅腔有小孔所构成。前后辅腔有小孔相通，后辅腔有小孔与泵轮相通，前后辅腔与泵相通，后辅腔有小孔与泵轮相通，前后辅腔与泵轮一同转动。轮一同转动。这种液力耦合器在不同的传动比时，性能也不一这种液力耦合器在不同的传动比时，性能也不一样。样。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造下面来讨论只需前辅腔时，对外特性的影响，下面来讨论只需前辅腔时，对外特性的影响， 图图11-12a 11-12a 。1 1当当 区段任务时，任务腔内的液体区段任务时，任务腔内的液体体积体积 处于小循环流动，所以液体不能进入前处于小循环流动，所以液体不能进入前辅腔内，特性线沿辅腔内，特性线沿alal变化；变化；2 2在在 区段，当区段，当 后，任务腔内液体后，任务腔内液体由小循环转变成大循环，此时就有部分液体泄注由小循环转变成大循环，此时就有部分液体泄注到前辅腔。随着的减小，泄注到前辅腔的液体就到前辅腔。随着的减小，泄注到前辅腔的液体就越来越多，直到越来越多，直到 时，把前辅腔充溢容积时，把前辅腔充溢容积为为 。由于任务腔内的充液量不断减少，使力。由于任务腔内的充液量不断减少，使力矩下降，特性线沿矩下降，特性线沿ldld变化，变化，d d点为跌落点。点为跌落点。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造3 3在在 0 0区段时，因前辅腔已充溢液体，区段时，因前辅腔已充溢液体，任务腔内的液体不再减少，此时曲线按充液量为任务腔内的液体不再减少，此时曲线按充液量为 的固有特性曲线上升到的固有特性曲线上升到e e 。这样，就构成了。这样，就构成了仅有前辅腔的限矩型液力耦合器的外特性曲线仅有前辅腔的限矩型液力耦合器的外特性曲线图中图中aldealde。液体由任务腔泄注到前辅腔是靠本身动能进展的，液体由任务腔泄注到前辅腔是靠本身动能进展的，因此，动作迅速，普通只需因此，动作迅速，普通只需0.10.10.20.2秒就可以充秒就可以充溢前辅腔，所以有较好的动态特性。溢前辅腔，所以有较好的动态特性。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造 图11-12 前后辅腔对特性的影响a前辅腔对特性的影响；b后辅腔对特性的影响。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造为了能比较接近外特性为恒力矩这样的理想特性为了能比较接近外特性为恒力矩这样的理想特性即希望在即希望在 、 、 工况时的力矩工况时的力矩 、 、 根本相等实际证明，仅仅采取改动根本相等实际证明，仅仅采取改动前辅腔容积前辅腔容积 的方法是不可行的。要使低传动比的方法是不可行的。要使低传动比区段区段 外特性曲线外特性曲线dede线较为平坦，线较为平坦，设置了后辅腔，可使已充溢前辅腔的液体经过小设置了后辅腔，可使已充溢前辅腔的液体经过小孔孔f f 图图11-12b 11-12b 流入后辅腔，从而使任务腔内的充流入后辅腔，从而使任务腔内的充液量继续减少，力矩不再升高，到达使图液量继续减少，力矩不再升高，到达使图11-12a11-12a中中ldelde线趋于平坦的目的。线趋于平坦的目的。11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造后辅腔另一作用是后辅腔另一作用是“延充，延充作用可改善启延充，延充作用可改善启动性，当发动机开场起动时涡轮还没有转动，动性，当发动机开场起动时涡轮还没有转动，任务腔液体呈成大循环，使液体充溢前辅腔后又任务腔液体呈成大循环，使液体充溢前辅腔后又经小孔经小孔f f进入后辅腔。由于任务腔充液量很少，力进入后辅腔。由于任务腔充液量很少，力矩很小，因此发动机可轻载起动。随着发动机转矩很小，因此发动机可轻载起动。随着发动机转速也即泵轮转速的升高，后辅腔内的液体因速也即泵轮转速的升高，后辅腔内的液体因构成的油环压力添加而沿小孔构成的油环压力添加而沿小孔g g进入任务腔，又使进入任务腔，又使任务腔的充液量添加，这就是任务腔的充液量添加，这就是“延充。延充。 11.3 液力耦合器的液力耦合器的类类型和构造型和构造由于延缓充液作用，使涡轮力矩添加，力矩到达由于延缓充液作用，使涡轮力矩添加，力矩到达起动力矩后图起动力矩后图11-12b11-12b中的中的 ，涡轮开场转动。，涡轮开场转动。随着随着 的添加，任务腔中的液体流进前辅腔的量的添加，任务腔中的液体流进前辅腔的量减少减少, ,而从后辅腔流入任务腔的液体增多，致使任而从后辅腔流入任务腔的液体增多，致使任务腔充液量添加，此阶段特性按务腔充液量添加，此阶段特性按 线变化；线变化； 后，后，前腹腔液体逐渐流回任务腔，特性线按前腹腔液体逐渐流回任务腔，特性线按3232线上升；线上升； 后后 是临界传动比，任务腔液体呈小循环，是临界传动比，任务腔液体呈小循环，特性线按特性线按2121线变化，和普通液力耦合器在高速传线变化，和普通液力耦合器在高速传动比阶段特性一样。图中动比阶段特性一样。图中12341234是无后腹腔时的外是无后腹腔时的外特性线；特性线； 为有后腹腔时的外特性线。显然，后为有后腹腔时的外特性线。显然，后者接近理想的平坦特性。者接近理想的平坦特性。11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务在液力传动中安装液力耦合器的目的是为了实现在液力传动中安装液力耦合器的目的是为了实现过载维护过载维护改善整机的牵引性能。内燃机与液力改善整机的牵引性能。内燃机与液力耦合器配合的好坏，会影响到整机性能，所以必耦合器配合的好坏，会影响到整机性能，所以必需了解它们共同任务的一些特性。需了解它们共同任务的一些特性。在内燃机在内燃机液力耦合器已确定的情况下，内燃机液力耦合器已确定的情况下，内燃机的特性外特性的特性外特性 部分特性部分特性 调速特性及液调速特性及液力耦合器的有效直径力耦合器的有效直径 、原始特性及任务液体的、原始特性及任务液体的重度重度 、温度都应是知的。、温度都应是知的。11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务11.4.1 11.4.1 液力耦合器与内燃机共同任务的输入液力耦合器与内燃机共同任务的输入特性特性由于内燃机是与液力耦合器直接相衔接的，由于内燃机是与液力耦合器直接相衔接的，所以内燃机的转速和液力耦合器泵轮转速所以内燃机的转速和液力耦合器泵轮转速应该相等。假设把根据前述知条件绘出的应该相等。假设把根据前述知条件绘出的液力耦合器输入特性线参见本章第二节液力耦合器输入特性线参见本章第二节与内燃机净特性线按同一比例尺绘在同与内燃机净特性线按同一比例尺绘在同一坐标图上，就得到液力耦合器与内燃机一坐标图上，就得到液力耦合器与内燃机共同任务的输入特性曲线，见图共同任务的输入特性曲线，见图11-1311-13。11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务图11-13 液力耦合器与内燃机共同任务的输入特性11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务对于共同任务的输入特性应尽能够地满足以下要求：对于共同任务的输入特性应尽能够地满足以下要求：对于共同任务的输入特性应尽能够地满足以下要求：对于共同任务的输入特性应尽能够地满足以下要求：1 1 1 1在制开工况在制开工况在制开工况在制开工况 ，即，即，即，即 时，起动力矩要大。当内燃机在净外特性曲线时，起动力矩要大。当内燃机在净外特性曲线时，起动力矩要大。当内燃机在净外特性曲线时，起动力矩要大。当内燃机在净外特性曲线上任务时并且上任务时并且上任务时并且上任务时并且 时的一条曲线时的一条曲线时的一条曲线时的一条曲线 与与与与 内燃机内燃机内燃机内燃机 外特性曲线的交点外特性曲线的交点外特性曲线的交点外特性曲线的交点A A A A，就是制开工况时的任务点。，就是制开工况时的任务点。，就是制开工况时的任务点。，就是制开工况时的任务点。A A A A点应尽量位于点应尽量位于点应尽量位于点应尽量位于 的极大值处，这样做的目的是使内燃机的起动力的极大值处，这样做的目的是使内燃机的起动力的极大值处，这样做的目的是使内燃机的起动力的极大值处，这样做的目的是使内燃机的起动力矩大。矩大。矩大。矩大。2 2 2 2在高效传动比在高效传动比在高效传动比在高效传动比 时时时时 ， 输入特性线应经过输入特性线应经过输入特性线应经过输入特性线应经过 线线线线的标定工况点的标定工况点的标定工况点的标定工况点D D D D内燃机功率最大时的力矩。这内燃机功率最大时的力矩。这内燃机功率最大时的力矩。这内燃机功率最大时的力矩。这样配合，其经济性能好。样配合，其经济性能好。样配合，其经济性能好。样配合，其经济性能好。11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务3 3转差率转差率 曲线纵坐标值越小越好。因曲线纵坐标值越小越好。因 ，s s值小，那么阐明在相应的转速下，值小，那么阐明在相应的转速下，效率高。效率高。 特性曲线可用如下方法获得：根特性曲线可用如下方法获得：根据据 ，例如，例如A A、B B、C C、D D点对应的点对应的 值时的值时的s s值即纵坐标值，分别应为值即纵坐标值，分别应为 、 、 、 ，其横坐标值就是，其横坐标值就是ABCDABCD各点对各点对应的转速。最后把各个对应的纵横坐标值所确定应的转速。最后把各个对应的纵横坐标值所确定的点用圆滑曲线衔接起来，就得到的点用圆滑曲线衔接起来，就得到 线。线。4 4内燃机在最小稳定转速内燃机在最小稳定转速 怠速任务时，怠速任务时，液力耦合器作用于内燃机上的附加力矩液力耦合器作用于内燃机上的附加力矩EFEF值要小。值要小。这样，内燃机起动容易这样，内燃机起动容易 。11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务上述要求有时是相互矛盾或者不能同时满足的。上述要求有时是相互矛盾或者不能同时满足的。例如，要满足例如，要满足2 2的要求，就不一定能同时满足的要求，就不一定能同时满足1 1的的要求；又如，要满足要求；又如，要满足1 1时，会使要求时，会使要求4 4 里的里的EFEF值变值变大。所以，要分清主次全面协调各方面的要求。大。所以，要分清主次全面协调各方面的要求。当共同任务输入特性不够理想时，可思索采取改当共同任务输入特性不够理想时，可思索采取改动液力耦合器有效直径动液力耦合器有效直径D D及改换其他类型的液力耦及改换其他类型的液力耦合器的方法，以改善共同任务的特性。合器的方法，以改善共同任务的特性。 11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务11.4.2 11.4.2 液力耦合器与内燃机共同任务的输出特性液力耦合器与内燃机共同任务的输出特性液力耦合器与内燃机共同任务时，输出轴涡轮液力耦合器与内燃机共同任务时，输出轴涡轮轴上的力矩记作轴上的力矩记作 与其转速与其转速 之间的之间的关系关系 ，称为它们共同任务的输出特性。，称为它们共同任务的输出特性。共同任务的共同任务的 特性线绘制方法如下，特性线绘制方法如下， 见见 图图11-14 11-14 。1. 1. 将液力耦合器的通用特性曲线如图将液力耦合器的通用特性曲线如图11-1411-14所所示，分别取示，分别取 、 、 、 、 、 为定值时，为定值时，做出相应的做出相应的 曲线组，即是通用特性曲曲线组，即是通用特性曲线，详况参见本章第二节线，详况参见本章第二节) )和内燃机的净外特性和内燃机的净外特性线线 用一样比例尺绘在同一个坐标图上。用一样比例尺绘在同一个坐标图上。11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务2. 2. 2. 2. 因当因当因当因当 时，时，时，时， ，所以，所以，所以，所以 的横坐标值就分别是的横坐标值就分别是的横坐标值就分别是的横坐标值就分别是 、 、 、 、 、 。再根据内燃机在某一转速下任务时，液力耦合。再根据内燃机在某一转速下任务时，液力耦合。再根据内燃机在某一转速下任务时，液力耦合。再根据内燃机在某一转速下任务时，液力耦合器的输出力矩等于内燃机在该转速时的力矩这一器的输出力矩等于内燃机在该转速时的力矩这一器的输出力矩等于内燃机在该转速时的力矩这一器的输出力矩等于内燃机在该转速时的力矩这一原那么，那么可以分别过原那么，那么可以分别过原那么，那么可以分别过原那么，那么可以分别过 作垂作垂作垂作垂直线，与直线，与直线，与直线，与 线交于线交于线交于线交于 、 、 、 、 、 。再分别过这些交点作程度线，与相应的再分别过这些交点作程度线，与相应的再分别过这些交点作程度线，与相应的再分别过这些交点作程度线，与相应的 为某定为某定为某定为某定值时通用特性线值时通用特性线值时通用特性线值时通用特性线 交于交于交于交于 。这几个点就是共同任务输出特性线上的点，由。这几个点就是共同任务输出特性线上的点，由。这几个点就是共同任务输出特性线上的点，由。这几个点就是共同任务输出特性线上的点，由这些点连成的曲线就是共同任务的输出特性线这些点连成的曲线就是共同任务的输出特性线这些点连成的曲线就是共同任务的输出特性线这些点连成的曲线就是共同任务的输出特性线 。 图11-14 液力耦合器与内燃机共同任务的输出特性11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务从图11-14分析可看出：1图中 、 、 、 、 为转速差 ，也就是速度损失。在低速时，速度损失要比高速时大，因此低速时效率要比高速时效率低。但是，共同任务时任务区域 要比内燃机单独任务时的区域 宽阔，这正是由于转速差呵斥的，或者说是以功率损失而换取的。为了提高效率，最好能采用高的转速。11.4 液力耦合器液力耦合器与内燃机的共同任与内燃机的共同任务务2 2当负载到达预定的最大值时，涡轮转速会急当负载到达预定的最大值时，涡轮转速会急剧下降到零，但内燃机仍有一定的转速，不会熄剧下降到零，但内燃机仍有一定的转速，不会熄火，能起过载维护的作用。火，能起过载维护的作用。3 3根据共同任务的输出特性，可以进展车辆的根据共同任务的输出特性，可以进展车辆的牵引计算，评价车辆的动力性能和经济性。牵引计算，评价车辆的动力性能和经济性。11.5 液力耦合器的选择11.5.1 11.5.1 液力耦合器型式的选择液力耦合器型式的选择首先应了解任务机械的性能首先应了解任务机械的性能负载负载变化规律变化规律功率大小和运转速度功率大小和运转速度起动能否频繁等各方面的要求以及起动能否频繁等各方面的要求以及发动机种类、特性、过载性等各方发动机种类、特性、过载性等各方面的情况。不同的任务机械应选用面的情况。不同的任务机械应选用的液力变矩器型式也不一样。的液力变矩器型式也不一样。11.5 液力耦合器的选择普通型液力变矩器主要运用于不需求过载维护，普通型液力变矩器主要运用于不需求过载维护，只起隔振和改善起动冲击、无调速要求的任务机只起隔振和改善起动冲击、无调速要求的任务机械，如塔式起重机行走机构、建筑卷扬机、小型械，如塔式起重机行走机构、建筑卷扬机、小型搅拌机等；对于载荷根本上是恒力矩，且对过载搅拌机等；对于载荷根本上是恒力矩，且对过载维护和起动平稳性要求高的任务机械，如带式保维护和起动平稳性要求高的任务机械，如带式保送机送机球磨机球磨机破碎机破碎机搅拌机搅拌机打桩机等应选打桩机等应选用限矩型液力耦合器；调速型液力耦合器多半用用限矩型液力耦合器；调速型液力耦合器多半用在需求调理流量的叶片式风机和水泵上。在需求调理流量的叶片式风机和水泵上。11.5 液力耦合器的选择11.5.2 11.5.2 液力耦合器有效直径液力耦合器有效直径D D的选择的选择根据液力耦合器的根本方程根据液力耦合器的根本方程 ，另外思索到内燃机通常和液力耦合器另外思索到内燃机通常和液力耦合器直接相连直接相连 ，为了充分利用内，为了充分利用内燃机的功率，所以液力耦合器的有效燃机的功率，所以液力耦合器的有效直径直径D D 应按下式计算：应按下式计算： 式中式中 D D 液力耦合器的有效直径液力耦合器的有效直径m m；11-911.5 液力耦合器的选择 分别是内燃机最大净功率时的力分别是内燃机最大净功率时的力矩矩NmNm和转速和转速r / minr / min； 耦合器计算工况耦合器计算工况 0.980.98时时的力矩系数的力矩系数 m m ； 任务液体重度任务液体重度 。根据式根据式11-911-9计算出计算出D D后，还应根据和内燃机共后，还应根据和内燃机共同任务的特性，在起动力矩、过载维护、运转的同任务的特性，在起动力矩、过载维护、运转的经济性等各方面进展分析。假设不够理想，可适经济性等各方面进展分析。假设不够理想，可适当改动当改动D D的大小及调理充液量来改善共同任务的特的大小及调理充液量来改善共同任务的特性。性。本章终了本章终了