液力机械传动与无级变速器

e. 带锁止离合器的液力变矩器 原因： 因为液力损失和泵轮与涡 轮之间的转速差，液力变矩器 的效率比机械传动低，导致燃 油经济性差。 锁止离合器的作用： 在良好的路面上，让液力 变矩器被锁止，使液力变矩器 的输入轴和输出轴刚性连接 （涡轮与泵轮接合成一体）， 提高传动效率，此时的变矩器 效率为 1。
e.液力变矩器的特性 表征液力变矩器的特性的参数为： 传动比 i： 输出速度与输入速度之比。
泵轮（ nb）和转矩（Mb）不变。
i=nw/nb
变矩系数K： 输出转矩与输入转矩之比。
k=Mw/Mb
最大变矩系数：涡轮转速为 0时的变矩系 数。
结论： Ø 液力变矩器的传动比为小于等于 1的连续可变的数； Ø 液力变矩器的转矩随着汽车的行驶工况自动的改变。当涡 轮的速度低时具有较大的转矩；涡轮速度为 0时的转矩最大； 当涡轮的速度高时具有较小的转矩；涡轮速度与泵轮的速度 相等时的转矩最小为 0； Ø 液力变矩器同时具有液力耦合器保证汽车平稳起步，衰减 传动系的扭转振动，防止系统过载的特点。 Ø在涡轮速度高于 nw1时，涡轮的输出转矩小于泵轮的输入转 矩，效率低、降低了动力性。
(12)
3.2 液力变矩器与行星齿轮变速器组成的夜力机械变速器
3.2 液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器 空档： 直接档离合器分离、低速档和倒档制动器松开。
低速档：
直接档离合器分离、低速档制动器制动、倒档制动器松开。 该档的传动比不等于后排太阳轮与后排齿圈的齿数比。
直接档： 直接档离合器结合、低速档制动器、倒档制动器松开。
在不同工况下的工作特点： 良好路面条件下 — — 锁止离合器锁止，采用纯机械传动，提 高效率。 汽车起步或者坏路面条件下 — — 液力变矩器工作，充分发挥 液力变矩器起步平稳、自动适应阻力变化和减少换档次数的优 点。 滑行单向离合器的作用：当变矩器、变速器工作时，滑行单 向离合器脱开，当汽车下坡时，让驱动轮带动发动机转动，起 到发动机缓冲制动的作用。
将（ 5） ~（ 8 ）带入（ 1） ~（ 3）可以得到：
｛
M1=F1× r1; M2=aF1× r1; M3=－(a+1)F1× r1; （ 9）
根据能量守恒： M1× w1+M2× w2+M3× w3=0 其中 w— 为齿轮的角速度。 将（ 9）带入（ 10）可以得到： w1+a*w2－ (1+a) w3=0 将角度替换为转速，（ 11）可写为： (11) （ 10）
3.1 行星齿轮变速器的工作原理 3.1.1 单排行星齿轮机构的工作原理
太阳轮1作用在行星齿轮上的力矩： M1=F1× r1 齿圈2作用在行星齿轮上的力矩： M2=F2× r2 行星架3作用在行星齿轮上的力矩： M3=F3× r3 其中： r3=r1+(r2-r1)/2=(r1+r2)/2 设：齿圈2与太阳轮1的齿数比为a: a=z2/z1=r2/r1 即 r2=a× r1 代入（4）中得： r3=(1+a)r1/2 行星齿轮的平衡条件： F1=F2 (7) (6) （ 5） (4) (3) (2) （1）
5.1 VDT –CVT的结构和工作原理
VDT –CVT的结构和工作原理 Ø无级变速部分由：油泵、主动轮（可动与不可动部分）、金属 带、从动轮（可动与不可动部分）和控制油缸组成。 Ø主动轮和从动轮的直径在一定的范围内可以连续变化，从而实 现传动比的连续变化。 Ø传动比由液压控制系统根据行驶路况来调节； ØVDT –CVT的传动比一般在 0.4~7之间； Ø采用 VDT –CVT在结构上需要离合器，以保证汽车起步平稳；
直至 :
nw = nb
经过上述分析： 液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速变化： 具体为： 涡轮速度低 — — 转矩大于泵轮转矩； 涡轮速度等于一设定值— — 转矩等于泵轮转矩； 涡轮速度高 — — 转矩小于泵轮转矩； 涡轮速度等于泵轮速度— — 不传递转矩。 液力变矩器能够改变扭矩的原因是在泵轮和涡轮之 间加入了导轮。
3.4 带锁止离合器的液力变矩器、换档离合器和全同步变速 器铸成的液力机械变速器 WSK 目前，国外的重型车辆采用了由 WSK系统与全同步的多档 变速器组成的液力变矩器。 WSK系统 — — 由锁止离合器、变矩器、滑行单向离合器和 换档离合器组成的 “ 变矩器 — — 换档离合器系统 ” 的德文缩写。
第 3节 液力机械变速器 液力变矩器一般与齿轮变速器（有级式）共同组成，液力 机械变速器。 原因： 1.液力变矩器的变矩系数较小，不能满足汽车的需要； 2.过大的变矩系数影响液力变矩器的效率； 注意： 与液力变矩器配合使用的一般是行星齿轮变速器（轴线旋转 式）但也有采用轴线固定式的。 原因： 行星齿轮变速箱结构紧凑，承载能力大，可以用较小齿轮实 现较大传动比，传动效率高，机构运动平衡，抗振能力强。
5.2 VDT –CVT的主要部件
1、金属带 2、工作轮 3、液压泵 4、控制系统
b. 液力变矩器与液力耦合器的不同点： Ø在结构上多一个不动的导轮。 Ø不仅能传递转矩，还能在泵轮转速和转矩不变的前提下， 改变涡轮转矩的大小。
液力变矩器
曲轴
输入轴
泵轮
涡轮
输出轴
. 液力变矩器的展开图
将循环圆的中间 流线展开一条直线
叶片
d.液力变矩器的工作原理

设发动机转速和 负荷不变， 即泵轮的nb
前后行星齿轮被联锁，传动比为 1。
倒档： 直接档离合器分离、低速档制动器松开、倒档制动器制动。
行星架被锁定，后排太阳轮与后排齿圈的旋转方向相反。
液力机械变速器的总传动比 总传动比为：液力变矩器的变矩系数K与齿轮变速器的传 动比 i的乘积。
I=K*i
传动比越大，液力机械变速器的所传递的转矩越大， 转速越低，这点与机械变速箱是一致的。 因为液力变矩器的变矩系数在一定的范围内可以连续 变化，配合上机械变速机构后，液力机械变速器的传动比 在几个区间内是连续变化的。我们称之为部分无级变速 器。
涡 轮
输出轴
液力耦合器
液力耦合器的特点
u 两轮间必须有转速差； u 泵轮转速越大,涡轮转矩越大； u 液力耦合器只能传递扭矩，不能改变扭矩的
大小 u 不能完全的中断动力，仍然需要离合器
目前在汽车上的应用逐渐减少。
2.2 液力变矩器 a.组成： 泵轮、涡轮、导轮。 固定在固定套管上 固定在输出轴上 固定在发动机曲轴上
9.导轮 10.外圈 11.内圈 18.铆钉 1.滚柱 17.弹簧
单向离合器的作用 在液力变矩器的涡轮速度达到一定的程度时，让液力 变矩器转化为液力耦合器工作，以增大涡轮在高速时的输 出的转矩，提高动力性。 因为这个液力变矩器可以转化为液力耦合器工况，因此称 之为综合式的。
c. 三元件综合式液力变矩器的特性 采用综合式液力变矩器的目 的是为了增加变矩器高效 区。称自变矩器转为耦合器 工作的点称为工况转换点。 变矩器的效率：输出功率与 输入功率之比。 i<ik=1范围内：变矩器效率 高； i>ik=1范围内：耦合器效率低 在变矩器状态下的最高效率 为 92%，在耦合器状态下的 高传动比区的效率可达 96%。
2.2.2 典型液力变矩器结构 a. 三元件综合式液力变矩器 三元件： 泵轮、导轮、涡轮各 1个。 泵轮 8通过壳体 7、起动齿圈托 盘、螺钉固定在曲轴凸缘上。 涡轮 5通过涡轮轮毂上的花键与 输出轴连接。 导轮 9通过单向离合器及其花键 连接在固定不动的套管14上。
b. 单向离合器的结构与作用 变为耦合器 导轮传力
第十六章 液力机械传动和机械式 无级变速器
一、主要内容
1.液力耦合器与液力变矩器的工作原理； 2. 液力机械变速器的结构与原理； 3.金属带式无级变速器；
2.1 液力耦合器 主动元件：泵轮：刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转。 泵 轮 从动元件：涡轮连接在从动轴上。 壳 体 泵轮与涡轮构成工作轮。 曲 轴 原理： 流动的液体在动能变化过程中 吸收或者放出能量。
转矩 Mb不变
以起步工况为例。
nw=0
汽车实现起步 nw > 0
此时由涡轮叶片出 口处的速度为：
v= w + u
u— 牵连速度； w— 沿叶片相对速度。 当v与导轮的出口方 向一致时 Md=0 此时： Mw=Mb
汽车实现起步 nw 继续增大
V继续向左倾斜 Md变为负值 此时： Mw=Mb－ Md
n1+a*n2－(1+a)n3=0
(12)
n1+a*n2－(1+a)n3=0
从 12式中可以看出：
(12)
太阳轮、齿圈与行星齿轮架 3者任意一对可作为传 动件； 如果有两个被固定在一起，则第三个的速度与前 两个相同，传动比为 1； 如果三个均为自由转动，则行星齿轮不能传动， 相当于空档。 行星架被固定时，太阳轮、齿圈转速相反，可作 为倒档。
第 4节 金属带式无级自动变速器 机械式无级变速器简称CVT(Continuously Variable Transmission)，于 20世纪 70年代，由荷兰的 VDT(VAN Doorne’ s Transmission b.V)公司研制成功了新型的金属带式无 级自动变速器简称 VDT - CVT 。 特点：结构紧凑，重量轻、成本低，适合于微型和普通轿车。
任意两个作为传动件时的传动比：
n1+a*n2－(1+a)n3=0
分别讨论如下： 1）齿圈 2固定： n2=0 i13= n1/ n3=1+a=1+z2/z1 2）太阳轮1固定： n1=0 i23= n2/ n3=（ 1+a） /a=1+z1/z2 3）行星架3固定： n3=0 i12= n1/ n2=－ a=－ z2/z1 4) n2=n1 n3=n1=n2
变矩器效率
耦合器效率
工况转换点
d. 四元件综合式液力变矩器 工作轮 : 泵轮； 导轮 1； 导轮 2； 涡轮。 共四个元 件。