液力15-16.ppt

第三章 液力偶合器 3-1 液力偶合器的工作原理 一. 液力偶合器的基本工作过程 液力偶合器是个利用液体来传递能量的液力元件，而且是一种非常简单的液力元件，如图所示。液力偶合器能够保证主动和被动轴间的柔性结合，并且当工作液体与叶轮相互作用时，轴上的扭矩大小不变地传递给被动轴。因此，液力偶合器也称为液力联轴器。 液力偶合器的基本工作过程如下： 偶合器的泵轮是起着离心式水泵作用的叶轮，涡轮是起着水轮机作用的叶轮。通常将泵轮和涡轮统称为工作轮。 与泵轮刚性连结的主动轴1(通过泵轮输入盘3)是由发动机轴带动旋转的，其转速为nB, 因此，位于泵轮内的工作液体受到泵轮叶片给予的能量后，产生离心力，迫使液体向外缘流动，从而使得工作液体的速度和压力增大了，这样就把发动机的机械能转变成泵轮内工作液体的动能和压能。 由泵轮流出的液流进入涡轮T，并冲击它的叶片，同时液流被迫沿涡轮叶片间流道流动，液流的速度减小，同时，液体的能量转变成偶合器被动轴2(与涡轮T刚性相连)上的机械能。被动轴2以转速nT旋转。当液体对涡轮作功，降低能量以后，又重新回到泵轮，吸收能量，如此继续不断循环，就实现了泵轮与涡轮之间的能量传递。 当涡轮的转速nT升高到与泵轮的转速nB相等时，工作液体停止循环，能量的传递也就终止了。 在一般情况下，偶合器的涡轮转速nT总是小于泵轮转速nB，因此，工作液体在泵、涡轮叶片间通道内的流动，总是沿着一定的方向进行的。 可以推论：当涡轮的转速nT大于泵轮的转速nB时，工作液体将发生与原先相反方向的流动，涡轮将起到相当于泵轮的作用，而泵轮由涡轮带动旋转。这种情况是可能发生的，例如，偶合器作为汽车传动装置中的一个元件，当汽车在重力作用下快速下坡时，涡轮转速就可能超过泵轮转速，并带动泵轮旋转，此时泵轮与发动机一起起到阻止车辆高速下坡的作用。 二. 偶合器为什么不能变矩？ 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： 对液流来说，使其动量矩增大的扭矩为正，反之为负。在正常工作情况下，TB为正，TT为负。 将上式移项得： 此式说明：在一切偶合器中，泵轮叶片所给予液体的力矩恒等于液体作用于涡轮叶片上的力矩，即偶合器不能改变所传递力矩的大小。 应该指出：上述TB和-TT之间，还存在着轴承阻力，油封阻力，圆盘摩擦阻力等所引起的阻力矩，涡轮轴上的扭矩总是略小于泵轮轴上的扭矩。在偶合器正常工作情况下，上述各阻力矩相对于所传递的扭矩值不大，尤其在传递功率较大时，更可忽略不计，于是可近似认为泵轮轴的输入扭矩等于泵轮叶片所给予液体的力矩，而液体作用于涡轮叶片上的力矩等于涡轮轴上输出的扭矩。 三. 偶合器循环圆中的流量Q 了解偶合器循环圆中流量Q随不同工况i变化而变化的状况，对于定性地分析偶合器的特性有很大帮助。图3-5 偶合器循环圆中的流量Q随转速比i的变化曲线 图3-5给出了偶合器循环圆流量Q随转速比i的变化曲线，其中：(a)是比值 为常数的情况；(b)是比值a变化的情况。 由图可知：当转速比i=1时，即nB=nT时，流量Q=0。 结论：根据叶轮的力矩方程可知，当转速比i=1时，即nB=nT时，T=0，即：液力偶合器只有在泵轮与涡轮存在转速差时，才能传递力矩。 4-2 液力偶合器的特性曲线 与液力变矩器相同，通常，液力偶合器也有静态和动态特性两种。静态特性通常又分为四种，即： 外特性(曲线)/输出特性(曲线) 原始特性(曲线) 全特性(曲线) 输入特性(曲线) 一. 液力偶合器的外特性 液力偶合器的外特性是指当泵轮转速和工作液体重度不变时，泵轮轴上的扭矩、涡轮轴上扭矩及偶合器效率与涡轮转速之间的关系，即：TB=TB(nT)、 －TT=TT(nT)和η=η(nT) 由于液力偶合器不能变矩，即：变矩系数K=1，因此，液力偶合器的效率为：η=i。 液力偶合器的泵轮输入功率NB是评价它的能容量大小的指标。 除了用转速比i表示偶合器工况外，也常用相对滑转率s来表示工况。相对滑转率(简称滑转率)是指泵轮与涡轮的转速差与泵轮转速之百分比，即： 图是液力偶合器的外特性曲线，一般由实验得到。图中， 的虚线，是未考虑各种阻力矩而引起能量损失时所获得的理论变化关系，即η=i，为45度的斜线，直至i=1处。实际偶合器的效率随i而变化的关系如图上用细实线所表示那样。这是因为，当偶合器在高转速比(0.95i1)工作时，液体的循环流动明显减弱，摩擦损失力矩所占的比重显著增加，所以效率显著低于转速比，在i=0.985左右，效率即达到最大值，随之急剧下降，到i≈1时，效率等于零。 偶合器的计算工况(或称设计工况) 即：偶合器设计时，传递设计功率时所选的工况。一般是i*=0,9