液力變矩器的構(gòu)造與增矩原理

1、液力變矩器的構(gòu)造與增矩原理關(guān)鍵詞:液力變矩器;增矩原理;非剛性扭矩變換器;液力傳動系統(tǒng)一、液力變矩器的特性及形式 液力變矩器是以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性扭矩變換器,是液力傳動的型式之一。 液力變矩器具有的優(yōu)良特性,自動適應(yīng)性、無級變速、良好穩(wěn)定的低速性能、減振隔振及無機(jī)械磨損等,是其它傳動元件無可替代的。歷經(jīng)百年的發(fā)展,液力變矩器的應(yīng)用不斷擴(kuò)大,從汽車、工程機(jī)械到石油、化工、礦山、冶金機(jī)械等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。液力變矩器的流場理論、設(shè)計和制造、實驗等研究工作,近年來,也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。國外已普遍將液力傳動用于轎車、公共汽車、豪華型大客車、重型汽車、某些牽引車及工程機(jī)械等。 目前廣泛

2、使用的液力變矩器主要有下列幾種形式:(1)普 通三工作輪閉鎖式液力變矩器。結(jié)構(gòu)簡單,車輛起動和低速行使時,主要利用變矩器的增矩性能,換檔時利用變矩器的緩沖性能,高速時將變矩器閉鎖,充分利用機(jī)械傳動的高效性能;(2)多工作輪液力變矩器。主要用于需要起動轉(zhuǎn)矩大的工程機(jī)械和車輛,和需要液力變矩器多工況工作的機(jī)械上;(3)導(dǎo)葉式液力變矩器。當(dāng)負(fù)載需作雙向運(yùn)動,對動力性能具有恒速或恒力等特殊牽引特性要求時,液力變矩器必須具有可調(diào)節(jié)反饋控制的功能,并在動態(tài)指標(biāo)方面滿足一定的要求。主要應(yīng)用領(lǐng)域是,具有特種牽引要求的各種軍、民用機(jī)械,如空中加油軟管曳繞卷盤機(jī)械,主被動雙向運(yùn)動恒力加載試驗機(jī)械,大型固定式提升機(jī)

3、械,陸基或船基水下物件曳繞機(jī)械等;(4)牽引-制動型液力變矩器。在保證牽引能力的同時,充分利用液力變矩器的減速制動性能。俄羅斯研制了一種牽引-制動型液力變矩器。 二、液力變矩器的構(gòu)造 液力變矩器以液體作為介質(zhì),傳遞和增大來自發(fā)動機(jī)的扭矩。液力變矩器由可轉(zhuǎn)動的泵輪和渦輪,以及固定不動的導(dǎo)輪三元件構(gòu)成。各件用鋁合金精密鑄造或用鋼板沖壓焊接而成。泵輪與變矩器殼成一體。用螺栓固定在飛輪上,渦輪通過從動軸與傳動系各件相連。所有工作輪在裝配后,形成斷面為循環(huán)圓的環(huán)狀體。它有一個密閉工作腔,液體在腔內(nèi)循環(huán)流動,其中泵輪、渦輪和導(dǎo)輪分別與輸入軸、輸出軸和殼體相聯(lián)。動力機(jī)(內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)等)帶動輸入軸旋轉(zhuǎn)時,液

4、體從離心式泵輪流出,順次經(jīng)過渦輪、導(dǎo)輪再返回泵輪,周而復(fù)始地循環(huán)流動。泵輪將輸入軸的機(jī)械能傳遞給液體。高速液體推動渦輪旋轉(zhuǎn),將能量傳給輸出軸。液力變矩器靠液體與葉片相互作用產(chǎn)生動量矩的變化來傳遞扭矩。液力變矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的導(dǎo)輪。導(dǎo)輪對液體的導(dǎo)流作用使液力變矩器的輸出扭矩可高于或低于輸入扭矩,因而稱為變矩器。變矩系數(shù)隨輸出轉(zhuǎn)速的上升而下降。液力變矩器的輸入軸與輸出軸間靠液體聯(lián)系,工作構(gòu)件間沒有剛性聯(lián)接。液力變矩器的特點是:能消除沖擊和振動,過載保護(hù)性能和起動性能好;輸出軸的轉(zhuǎn)速可大于或小于輸入軸的轉(zhuǎn)速,兩軸的轉(zhuǎn)速差隨傳遞扭矩的大小而不同;有良好的自動變速性能,載荷增大

5、時輸出轉(zhuǎn)速自動下降,反之自動上升;保證動力機(jī)有穩(wěn)定的工作區(qū),載荷的瞬態(tài)變化基本不會反映到動力機(jī)上。液力變矩器在額定工況附近效率較高。葉輪是液力變矩器的核心。它的型式和布置位置以及葉片的形狀,對變矩器的性能有決定作用。有的液力變矩器有兩個以上的渦輪、導(dǎo)輪或泵輪,借以獲得不同的性能。最常見的是正轉(zhuǎn)、單級(只有一個渦輪)液力變矩器。兼有變矩器和耦合器性能特點的稱為綜合式液力變矩器,例如導(dǎo)輪可以固定、也可以隨泵輪一起轉(zhuǎn)動的液力變矩器。為使液力變矩器正常工作,避免產(chǎn)生氣蝕和保證散熱,需要有一定供油壓力的輔助供油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。 三、液力變矩器的工作原理 目前使用液力變矩器設(shè)備上廣泛采用由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪

6、組成的單級雙相三元件閉鎖式綜合液力變矩器。泵輪和渦輪均為盆狀的。泵輪與變矩器外殼連為一體,是主動元件;渦輪懸浮在變矩器內(nèi),通過花鍵與輸出軸相連,是從動元件;導(dǎo)輪懸浮在泵輪和渦輪之間,通過單向離合器及導(dǎo)輪軸套固定在變速器外殼上。 發(fā)動機(jī)啟動后,曲軸帶動泵輪旋轉(zhuǎn),因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使泵輪葉片間的工作液沿葉片從內(nèi)緣向外緣甩出;這部分工作液既具有隨泵輪一起轉(zhuǎn)動的園周向的分速度,又有沖向渦輪的軸向分速度。這些工作液沖擊渦輪葉片,推動渦輪與泵輪同方向轉(zhuǎn)動。 從渦輪流出工作液的速度可以看為工作液相對于渦輪葉片表面流出的分速度與隨渦輪一起轉(zhuǎn)動分速度的合成。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速比較小時,從渦輪流出的工作液是向后的,工作液

7、沖擊導(dǎo)輪葉片的前面。因為導(dǎo)輪被單向離合器限定不能向后轉(zhuǎn)動,所以導(dǎo)輪葉片將向后流動的工作液導(dǎo)向向前推動泵輪葉片,促進(jìn)泵輪旋轉(zhuǎn),從而使作用于渦輪的轉(zhuǎn)矩增大。 隨著渦輪轉(zhuǎn)速的增加,分速度也變大,當(dāng)渦輪葉片表面流出的分速度與隨渦輪一起轉(zhuǎn)動分速度的合速度開始指向?qū)л喨~片的背面時,變矩器到達(dá)臨界點。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加時,工作液將沖擊導(dǎo)輪葉片的背面。因為單向離合器允許導(dǎo)輪與泵輪一同向前旋轉(zhuǎn),所以在工作液的帶動下,導(dǎo)輪沿泵輪轉(zhuǎn)動方向自由旋轉(zhuǎn),工作液順利地回流到泵輪。當(dāng)從渦輪流出的工作液正好與導(dǎo)輪葉片出口方向一致時,變矩器不產(chǎn)生增扭作用 #8197;(這時液力變矩器的工況稱為液力偶合工況)。單向離合器常用的單

8、向離合器有滾柱式和楔塊式兩種。當(dāng)單向離合器的外座圈相對于內(nèi)座圈向一個方向轉(zhuǎn)動時,外座圈與內(nèi)座圈間被卡死不動;當(dāng)外座圈相對于內(nèi)座圈向另一個方向轉(zhuǎn)動時,外座圈可相對于內(nèi)座圈轉(zhuǎn)動。 液力變矩器靠工作液傳遞轉(zhuǎn)矩,比機(jī)械變速器的傳動效率低。在液力變矩器中設(shè)置鎖止離合器,可以在高速工況下將泵輪與渦輪鎖在一起,實現(xiàn)動力直接傳遞,提高變矩器的傳動效率。 液力變矩器的鎖止離合器位于渦輪前端,由鎖止活塞、減振盤和渦輪傳動板等組成。鎖止離合器在液壓自動操縱系統(tǒng)的控制下,能在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)進(jìn)行鎖止切換。 四、液力變矩器的增矩原理 概括的來說,汽車在低速時,需要增加扭矩時,泵輪傳給渦輪的液流沖向?qū)л?導(dǎo)輪又導(dǎo)向液流再次沖向

9、渦輪,所以渦輪得到了增加的扭矩。隨著轉(zhuǎn)速的升高,導(dǎo)輪導(dǎo)向液流再次沖擊渦輪的角度變化,渦輪得到增加的扭矩變小。最后沖擊導(dǎo)輪的液流沖擊導(dǎo)輪的反面,導(dǎo)輪單向轉(zhuǎn)動,也就不再起到增加扭矩的功能。 具體的說,在汽車起步之前,渦輪轉(zhuǎn)速為0,發(fā)動機(jī)通過液力變矩器殼體帶動泵輪轉(zhuǎn)動,并對液壓油產(chǎn)生一個大小為Mp的扭矩,該扭矩即為液力變矩器的輸入扭矩。液壓油在泵輪葉片的推動下,以一定的速度沖向渦輪上緣處的葉片,對渦輪產(chǎn)生沖擊扭矩,該扭矩即為液力變矩器的輸出扭矩。此時渦輪靜止不動,沖向渦輪的液壓油沿葉片流向渦輪下緣,在渦輪下緣以一定的速度,沿著與渦輪下緣出口處葉片相同的方向沖向?qū)л?對導(dǎo)輪也產(chǎn)生一個沖擊力矩,并沿固定

10、不動的導(dǎo)輪葉片流回泵輪。當(dāng)液壓油對渦輪和導(dǎo)輪產(chǎn)生沖擊扭矩時,渦輪和導(dǎo)輪也對液壓油產(chǎn)生一個與沖擊扭矩大小相等、方向相反的反作用扭矩Mt和Ms,其中Mt的方向與Mp的方向相反,而Ms的方向與Mp的方向相同。根據(jù)液壓油受力平衡原理,可得:Mt=Mp Ms。由于渦輪對液壓油的反作用,扭矩Mt與液壓油對渦輪的沖擊扭矩,大小相等,方向相反。因此可知,液力變矩器的輸出扭矩在數(shù)值上等于輸入扭矩與導(dǎo)輪對液壓油的反作用扭矩之和。顯然這一扭矩要大于輸入扭矩,即液力變矩器具有增大扭矩的作用。液力變矩器輸出扭矩增大的部分即為固定不動的導(dǎo)輪對循環(huán)流動的液壓油的作用力矩,其數(shù)值不但取決于由渦輪沖向?qū)л喌囊毫魉俣?也取決于液

11、流方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角。當(dāng)液流速度不變時,葉片與液流的夾角愈大,反作用力矩亦愈大,液力變矩器的增扭作用也就愈大。這就是變矩器的增矩原理。 五、液力變矩器制造方法的發(fā)展現(xiàn)狀 液力變矩器的制造,隨著液力變矩器的結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用場合不同而有所不同。葉輪的制造可以分為兩大類:組裝式和整體鑄造式。前者葉輪的內(nèi)環(huán)、外環(huán)及葉片分別采用金屬板沖壓或銑制而成,然后,用焊接、鉚接的方法,將三部分組裝成完整的葉輪,該方法具有單件成本低,加工精度和流道的表面粗糙度高的優(yōu)點,但工裝成本高。后者葉輪的內(nèi)環(huán)、外環(huán)及葉片直接由模具澆注成一體,一般是鋁鑄件。根據(jù)形成流道的型芯的制法不同,工作輪的鑄造方法分為整體型芯法和組合型

12、芯法,適合于具有空間曲面形狀且不等厚度的葉片的葉輪的制造。根據(jù)形成鑄型型腔材料的不同,工作輪的鑄造方法又可分為砂型鑄造和金屬型鑄造。采用金屬型、石膏芯復(fù)合鑄造工藝生產(chǎn)液力變矩器鋁葉輪的方法,可以提高鑄件的表面粗糙度,保障尺寸精度,并能鑄造出葉片根部的圓角。 nbsp; nbsp; 六、液力變矩器在我國的發(fā)展前景 液力變矩器在我國有廣闊的市場,入世以后,我國液力變矩器的制造業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。另一方面,無論是液力變矩器的設(shè)計方法,還是其制造方法仍有許多工作值得去做。要積極推廣變矩器的使用,開發(fā)新型液力變矩器,并不斷地改善其性能。液力變矩器的研究工作對我國工業(yè)水平的提高,對工程機(jī)械的發(fā)展都存在深