大型養(yǎng)路機(jī)械液氣壓傳動(dòng)技術(shù) 課件 07液力傳動(dòng)

單元七液力傳動(dòng)液力傳動(dòng)是與液壓傳動(dòng)完全不同的一種傳動(dòng)方式，它是以液體為工作介質(zhì)，它雖然也是以液體為工作介質(zhì)，卻是以液體的動(dòng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞或控制的方式，即將液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。液力傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)是液力傳動(dòng)流體力學(xué)，其核心為力矩方程式。學(xué)習(xí)項(xiàng)目一液力傳動(dòng)概述一、液力傳動(dòng)的工作原理液力傳動(dòng)是利用液體的動(dòng)能，通過(guò)液力傳動(dòng)裝置中葉輪內(nèi)動(dòng)量矩的變化，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和傳遞的技術(shù)。液力傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)包括：1）泵輪：能量輸入部件，以“B”表示2）渦輪：能量輸出部件，以“T”表示3）導(dǎo)輪：液體導(dǎo)流部件，以“D”表示液力傳動(dòng)裝置只有泵輪和渦輪組成，為液力偶合器。如果液力傳動(dòng)裝置有泵輪、渦輪和導(dǎo)輪（可以裝在泵輪的出口處或入口處）組成，為液力變矩器。二、液力傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式三、液力傳動(dòng)的特點(diǎn)——優(yōu)點(diǎn)1）自動(dòng)變矩，根據(jù)外載荷的變化輸出的轉(zhuǎn)矩隨之改變；2）吸收振動(dòng)，延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命；3）具有良好的通過(guò)性能，能以任意小的速度通過(guò)；4）簡(jiǎn)化操作，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度；5）提高舒適性，車輛可以平穩(wěn)起步并在較大范圍內(nèi)無(wú)級(jí)變速，吸收或消除沖擊與振動(dòng)。1）傳動(dòng)效率較低，液力變矩器的最高效率一般為85%~92%；2）體積、質(zhì)量比機(jī)械傳動(dòng)略大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、成本高。

液力傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展使液力傳動(dòng)性能提高，缺點(diǎn)改善，它將具有更加廣泛的發(fā)展前景。三、液力傳動(dòng)的特點(diǎn)——缺點(diǎn)學(xué)習(xí)項(xiàng)目二液力傳動(dòng)中的流體力學(xué)

基本知識(shí)一、液體在葉輪中運(yùn)動(dòng)的假設(shè)條件1）運(yùn)動(dòng)的液體為理想液體2）葉輪葉片無(wú)限多，且形狀相同，厚度無(wú)限小3）各流束上液流的運(yùn)動(dòng)速度相等4）葉片系統(tǒng)對(duì)液體的作用相當(dāng)于對(duì)中間流束的作用任取一工作輪，假定工作輪流道充滿工作液體，當(dāng)工作輪以角速度作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，工作輪流道內(nèi)液體的任一質(zhì)點(diǎn)x的運(yùn)動(dòng)將由兩種運(yùn)動(dòng)組成。一種是由工作輪帶動(dòng)液體質(zhì)點(diǎn)一起旋轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)，也叫牽連運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)速度以表示，稱為液體的圓周速度，其方向?yàn)閳A周的切線方向。一種是液體質(zhì)點(diǎn)沿工作輪中葉片形成的流道流動(dòng)，即相對(duì)于葉片的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)速度以表示，稱為液體的相對(duì)速度。其方向?yàn)槿~片骨線的切線方向。將兩種速度合成，即可得到液體質(zhì)點(diǎn)在工作輪中的絕對(duì)速度。二、液體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)二、液體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)三、力矩方程式力矩方程式表明了液體流經(jīng)葉輪時(shí)，工作液體與葉輪葉片相互作用的力矩關(guān)系。學(xué)習(xí)項(xiàng)目三液力偶合器一、液力偶合器的結(jié)構(gòu)和工作原理主要工作機(jī)構(gòu)：兩個(gè)工作輪，即泵輪和渦輪泵輪1與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連接，是耦合器的主動(dòng)部分；渦輪3與輸出軸相連接，是耦合器的從動(dòng)部分，兩輪之間有3-4mm間隙。一、液力偶合器的結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，其中的工作液體被葉片帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)（繞泵軸作圓周運(yùn)動(dòng)）并在離心力的作用下力圖從葉片的內(nèi)緣向外緣流動(dòng)；故造成葉片外緣（泵出口處）的壓力較高（高于大氣壓），而內(nèi)緣（泵輪中心）壓力較低（低于大氣壓）。其壓力差的大小取決于泵輪的半徑與轉(zhuǎn)速。此時(shí)，如果充滿工作液體的渦輪仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，則渦輪外緣與中心的壓力都相等，為一個(gè)大氣壓。這樣渦輪外緣的壓力低于泵輪外緣的壓力，而渦輪中心的壓力則高于泵輪中心的壓力。由于兩個(gè)面對(duì)面的工作輪是同為一個(gè)外殼所封閉著，所以此時(shí)，被泵輪甩到外緣的工作液體就朝著渦輪外緣沖去，順著渦輪葉片向其中心流，然后再返回到泵輪中心。由于泵輪不停地旋轉(zhuǎn)，返回到泵輪中心的工作液體又被泵輪葉片再次甩到外緣。工作液體就這樣循環(huán)地流動(dòng)。泵輪內(nèi)的工作液體除了徑向流動(dòng)（沿循環(huán)圓環(huán)流）外，還要隨著泵輪的旋轉(zhuǎn)繞軸線作圓周運(yùn)動(dòng)。兩者合成的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)則斜對(duì)著渦輪，沖擊其葉片，然后順著渦輪葉片再流回泵輪中心。斜向沖擊渦輪葉片的液流遇到靜止的渦輪，其圓周速度將頓時(shí)被迫下降到趨于零，從而對(duì)渦輪葉片造成一個(gè)沿渦輪圓周方向的沖擊力，此力對(duì)渦輪產(chǎn)生一個(gè)與泵輪同向旋轉(zhuǎn)的力矩，于是渦輪開始旋轉(zhuǎn)，通過(guò)從動(dòng)軸向外輸出力矩和轉(zhuǎn)速。

液力耦合器實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的必要條件是：工作液體在泵輪和渦輪之間循環(huán)流動(dòng)。即液力偶合器在正常工作時(shí)泵輪轉(zhuǎn)速總是大于渦輪轉(zhuǎn)速。

液力偶合器只能起傳遞力矩的作用。一、液力偶合器的結(jié)構(gòu)和工作原理二、液力偶合器的特性輸出力矩（阻力矩）隨渦輪轉(zhuǎn)速的減小而增大。這是由于當(dāng)nB一定時(shí)，若nT減小，則nB與nT之轉(zhuǎn)速差增大，而使傳遞力矩增大。當(dāng)外載荷過(guò)大時(shí)，渦輪便被阻止不動(dòng)，即nT=0。這時(shí)附加到發(fā)動(dòng)機(jī)軸上的力矩M0叫做制動(dòng)力矩，M0由液力偶合器的結(jié)構(gòu)形式和尺寸決定，與外載荷無(wú)關(guān)。因此加到發(fā)動(dòng)機(jī)軸上的載荷不能超過(guò)M0學(xué)習(xí)項(xiàng)目四液力變矩器一、液力變矩器的一般結(jié)構(gòu)主要元件：泵輪、渦輪、導(dǎo)輪導(dǎo)輪固定不動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)輪固定座與液力變矩器殼體連接。各葉輪的內(nèi)外環(huán)構(gòu)成相互銜接的封閉空腔，形成工作液流的環(huán)流通道。工作液就在環(huán)流通道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。此封閉的環(huán)流通道稱為循環(huán)圓。泵輪——變矩器動(dòng)力輸入裝置一、液力變矩器的一般結(jié)構(gòu)渦輪——變矩器動(dòng)力輸出元件一、液力變矩器的一般結(jié)構(gòu)導(dǎo)輪——變矩器增扭裝置，位于泵輪和渦輪之間一、液力變矩器的一般結(jié)構(gòu)工作液力循環(huán)流向

液流自泵輪內(nèi)環(huán)——泵輪外環(huán)——渦輪外環(huán)——渦輪內(nèi)環(huán)——導(dǎo)輪——泵輪內(nèi)環(huán)一、液力變矩器的一般結(jié)構(gòu)在液力變矩器的工作過(guò)程中，液流自泵輪沖向渦輪時(shí)使渦輪受一力矩，其大小與方向都和發(fā)動(dòng)機(jī)傳給泵輪的力矩相同。液流自渦輪沖向?qū)л啎r(shí)也使導(dǎo)輪受一力矩，固定不動(dòng)的導(dǎo)輪給渦輪一個(gè)反作用力矩，使渦輪輸出轉(zhuǎn)矩不同于泵輪輸入的轉(zhuǎn)矩。因此渦輪所受的總力矩為泵輪力矩與導(dǎo)輪反作用力矩的向量和二、液力變矩器的工作原理——變矩原理液力變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩，而且能在泵輪轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩不變的情況下，隨著渦輪轉(zhuǎn)速的不同而改變渦輪上的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值，即渦輪上的轉(zhuǎn)矩能隨著工程機(jī)械行駛阻力的增加，渦輪轉(zhuǎn)速的降低而自動(dòng)地增加。二、液力變矩器的工作原理——自動(dòng)適應(yīng)性★工況Ⅰ（起步）：工作液體在泵輪葉片的帶動(dòng)下，以一定數(shù)值的絕對(duì)速度沿圖中箭頭1的方向沖向渦輪葉片。但因渦輪葉片靜止不動(dòng)，所以液流經(jīng)渦輪葉片時(shí)的圓周速度為零，液流的絕對(duì)速度和相對(duì)速度大小相等，方向相同。此時(shí)，導(dǎo)輪所受力矩值最大，所以渦輪的力矩也為最大?！锕rⅡ：工程機(jī)械起步后，渦輪轉(zhuǎn)速逐漸增加。液流在渦輪出口處圓周速度也從零開始增加。由于流量為常數(shù)，所以，液流的相對(duì)速度不變。液流沖擊導(dǎo)輪的絕對(duì)速度將隨著圓周速度的增加而逐漸向左傾斜，使導(dǎo)輪上所受力矩逐漸減小。即工作液流沖擊導(dǎo)輪葉片的角度隨著渦輪轉(zhuǎn)速增加而逐漸減小，導(dǎo)輪的作用力矩隨之減小，故渦輪力矩也隨之減小。二、液力變矩器的工作原理——自動(dòng)適應(yīng)性★工況Ⅲ：當(dāng)渦輪負(fù)荷減小而渦輪轉(zhuǎn)速增大到某一數(shù)值時(shí)，從渦輪流出的工作液體正好沿導(dǎo)輪的出口方向沖向?qū)л啎r(shí)，由于液體經(jīng)導(dǎo)輪的方向不變，對(duì)導(dǎo)輪的沖擊角度為零（沒(méi)有沖擊作用），此時(shí)導(dǎo)輪反作用力矩為零，于是渦輪轉(zhuǎn)矩與泵輪力矩相等?！锕rⅣ：當(dāng)渦輪負(fù)荷繼續(xù)減小，渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時(shí)，則工作液流絕對(duì)速度的方向繼續(xù)向左下傾斜，這時(shí)工作液流已沖擊到導(dǎo)輪葉片的背面，導(dǎo)輪反作用力矩已成負(fù)值，與泵輪力矩方向相反。渦輪力矩反而小于泵輪力矩。即液力變矩器輸出力矩反而小于輸入力矩。二、液力變矩器的工作原理——自動(dòng)適應(yīng)性★工況Ⅴ：當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增加到與泵輪轉(zhuǎn)速相等時(shí)（工程機(jī)械下坡），工作液流在循環(huán)圓中的循環(huán)流動(dòng)停止，變矩器不再進(jìn)行力矩的傳遞，此時(shí)渦輪力矩等于零。分析結(jié)論：渦輪軸的力矩主要與其轉(zhuǎn)速有關(guān)。而渦輪轉(zhuǎn)速又是隨著阻力矩改變而自動(dòng)變化的。當(dāng)機(jī)械行使阻力增加、行使速度降低時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩可以隨之自動(dòng)增大，以維持機(jī)械在某一較低的速度下穩(wěn)定行駛。液力變矩器具有這一性能對(duì)于行使阻力變化比較大的履帶式和輪式工程機(jī)械非常適合，通常稱為液力變矩器的自動(dòng)適應(yīng)性。二、液力變矩器的工作原理——自動(dòng)適應(yīng)性學(xué)習(xí)項(xiàng)目五綜合式液力變矩器由圖中可見(jiàn)，液力偶合器的效率是一條上升的直線，而液力變矩器的效率則是一條曲線。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速在零到

的范圍內(nèi)變化時(shí)，液力變矩器的效率始終大于液力偶合器的效率

。而在渦輪轉(zhuǎn)速大于

的范圍內(nèi)，液力偶合器的效率又始終大于液力變矩器的效率

。液力變矩器之所以能夠在

時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕己掀鞴r工作，主要是在結(jié)構(gòu)上借助于一個(gè)單向離合器使導(dǎo)輪只能向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)

時(shí)，即

時(shí)，導(dǎo)輪被單向離合器鎖緊在殼體上不能轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)綜合式變矩器是以變矩器工況工作。如果

時(shí)，即

時(shí)，出渦輪入導(dǎo)輪的液流沖擊導(dǎo)輪葉片背面，單向離合器釋放而使導(dǎo)輪與殼體之間脫開，于是導(dǎo)輪就被液流沖轉(zhuǎn)，不起應(yīng)有的作用。此時(shí)綜合式變矩器就轉(zhuǎn)入偶合器工況工作。學(xué)習(xí)項(xiàng)目八液力變矩器的使用和維護(hù)正確使用液力變矩器是保證液力變矩器正常工作、發(fā)揮效能的前提條件。正確地使用液力變矩器