液力变矩器
液力变矩器的名词解释
液力变矩器的名词解释液力变矩器（Fluid Coupling）是一种常见的传动装置，用于传递动力和变换转矩，并在起步、换挡和降低转速时提供顺畅的驱动力。
它由一个外壳、一个泵和一个涡轮组成，通过油液的粘滞性实现动力传递。
液力变矩器的工作原理源自流体力学和运动守恒定律。
液力变矩器的外壳通常由钢铁材质制成，具有高度耐磨和耐腐蚀的特性。
外壳内有涂有摩擦材料的摩擦片，用于提高摩擦系数。
摩擦片上有刻有扇形槽的泵轮，又被称为泵。
泵的作用是将油液加压并产生流动。
液力变矩器内还装有一个涡轮，又被称为扇轮或轮子。
涡轮的作用类似于风扇，将流动的油液转化为动力。
涡轮内有叶片，可以使用液压力量作用于其上，从而生成转动力。
泵和涡轮通过油液流动的力量相连，实现转矩的传递。
在液力变矩器的运行过程中，油液被压入泵轮，产生高速的液体流动。
这种高速流动会将动能转化为液压能，并传递到涡轮上。
涡轮随即开始转动，同时传递动力到传动轴和其他相关部件。
这种方式使得液力变矩器能够在不引起机械磨损的情况下实现转矩的调节和传递。
液力变矩器的一个关键特点是其变矩性能。
通过调整油液的流动，液力变矩器可以提供不同的转矩输出。
在起步时，液力变矩器可以实现较大的转矩输出，而在高速行驶时，转矩输出相对较小，以提供更好的经济性和燃油效率。
这种变矩调节的能力使得液力变矩器在汽车、工程机械和船舶等各种交通和工业领域广泛应用。
尽管液力变矩器具有许多优点，如顺滑的驱动、良好的冷却和减振效果，但也存在一些局限性。
由于液力传递机制的特性，液力变矩器在传递动力时会有一定损耗。
这导致一部分输入功率会被浪费，使得液力变矩器的效率相对较低。
另外，液力变矩器还有一定的体积和质量，这可能对整个传动系统的重量和尺寸产生不利影响。
为了解决这些问题，现代汽车工程领域已经开发出了许多其他的传动装置，如离合器和自动变速器。
这些装置在某些情况下可以替代液力变矩器，并提供更高的效率和性能。
然而，液力变矩器仍然广泛应用于许多领域，特别是在大型车辆和工程机械中，因为它们在起步和低速行驶时提供了极佳的驱动性能和可靠性。
液力变矩器课件
液力变矩器的发展趋势
随着技术的不断进步，液力变 矩器将越来越智能化、高效化 和环保化。
液力变矩器在未来的应 用前景
液力变矩器将在新能源汽车、 智能机械和交通运输等领域发 挥更大作用。
液力变矩器的结构
液力变矩器由泵轮、涡轮和导向器组成，通过引入液体传递动力和转矩。
液力变矩器原理
1 流体力学基础
液力变矩器的工作基于流体力学原理，涉及流体动力学和涡流传递等内容。
2 液力变矩器的工作原理
液力变矩器利用液体在泵轮和涡轮之间的相对转速差来实现转矩传递。
3 液力变矩器的性能参数
液力变矩器的性能参数包括变速比、传递效率和涡轮锁定等。
液力变矩器的故障排除
2
和冷却系统，确保液力变矩器的正常 运行。
通过故障诊断和排除，解决液力变矩
器在使用过程中出现的问题。
3
液力变矩器的更换和维修
当液力变矩器无法修复时，需要进行 更换或维修，以保证车辆或机械的正 常运行。
液力变矩器的发展与趋势
液力变矩器的历史发展
液力变矩器从20世纪初诞生以 来，经历了多次技术革新和应 用扩展。
液力变矩器的应用
汽车
液力变矩器在汽车中广泛应 用于自动变速器，提供平稳 的加速和换档体验。
工程机械
液力变矩器在工程机械上用 于传动系统，提供强大的扭 矩输出和变速功能。
船舶
液力变矩器在船舶上用于推 进系统，实现高效的转矩传 递和船舶的运动控制。
液力变矩器的维护与故障排除
1液力变矩器的保养定期更换液体和滤清器，检查密封件
液力变矩器课件
液力变矩器是一种在汽车、工程机械和船舶等领域广泛应用的传动装置。本 课件介绍液力变矩器的原理、应用以及维护与故障排除等内容，并展望其未 来的发展趋势。
液力变矩器
4.1.1液力变矩器构造1、三元一级双相型液力变矩器三元是指液力变矩器是由泵轮、涡轮和导轮三个主要元件组成的。
一级是指只有一个涡轮（部分液力偶合器里装有两个涡轮，工作时油液容易发生紊乱）。
双相是指液力变矩器的工作状态分为变矩区和偶合区。
图4-1为液力变矩器三个主要元件的零件图2、液力变矩器的结构和作用泵轮的叶片装在靠近变速器一侧的变矩器壳上，和变矩器壳是一体的。
变矩器壳是和曲轴或曲轴上的挠性板用螺栓连接的，所以泵轮叶片随曲轴同步运转。
发动机工作时，它引导液体冲击涡轮叶片，产生液体流动功能，是液力变矩器的主动元件。
1-变速器壳体 2-泵轮 3-导轮 4-变速器输出轴 5-变矩器壳体6-曲轮 7-驱动端盖 8-单向离合器 9-涡轮涡轮装在泵轮对面，二者的距离只有3~4mm，在增矩工况时悬空布置，被泵轮的液流驱动，并以它特有的速度转动。
在锁止工况时它被自动变速器油挤到离合器盘上，随变矩器壳同步旋转。
它是液力变矩器的输出元件。
涡轮的花键毂负责驱动变速器的输入轴（涡轮轴）。
它将液体的动能转变为机械能。
导轮的直径大约是泵轮或涡轮直径的一半。
并位于两者之间。
导轮是变矩器中的反作用力元件，用来改变液体流动的方向。
导轮叶片的外缘一般形成三段式油液导流环内缘。
分段导流环可以引导油液平稳的自由流动，避免出现紊流。
导轮支承在与花键和导轮轴连接的单向离合器上。
单向离合器使导轮只能与泵轮同向转动。
涡轮的油液流经导轮时改变了方向，使液流返回泵轮时，液流的流向和导轮旋转方向一致，可以使泵轮转动更有效。
图4-3为液力变矩器油液流动示意图。
图上通过箭头示意液体流动方向。
油液由泵轮的外端传入涡轮的外端，经涡轮内端传到导轮时改变了油液的流动方向，经导轮传给泵轮的油液的流动方向恰好和泵轮的旋转方向一致。
3、液力变矩器的锁止和减振液力变矩器用油液作为传力介质时，即使在传递效果最佳时，也只能传递90%的动力。
其余的动力都被转化为热量，散发到油液里。
液力变矩器讲解
?
Pm
? m gnm3 Dm5
?
?P
高功率密度
功率系数
2.自动模型区
对
几 何
? q = f(i, Re)
相
雷诺数大于
似
? H = f(i, Re) (5~8) ×105后
的
液 力
? M = f(i, Re)
变 矩
? P = f(i, Re)
器
?q = f(i) ?H = f(i) ?M = f(i) ?P = f(i)
M h
-MT = f(nT) h = f(nT) 偶合器工况
MB = f(nT)
i = iM
0
零速工况 最高效率工况
nT = 0 h= 0 - M T0 = - M Tmax
h = hmax = h*
nT
空载工况
nT = nTmax h= 0 - MT = 0
二、液力变矩器的通用特性
不同泵轮转速 n B 下获得的无数组
MB = MyB + (0.005~ 0.01)MyB + MypB
MT = MyT - (0.005~ 0.01)MyT - MypT
M B = f (nT ) - M T = f (nT ) h = f (nT )
1. 外特性概念
前提：泵轮转速一定、 工作油一定、 工作油温一定
M
h
-MT = f(nT)
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液力变矩器结构与原理
液力变矩器结构与原理液力变矩器（Torque Converter）是一种被广泛应用于汽车、船舶等动力传动系统中的液力传动装置。
它的主要作用是将发动机输出的高速低扭矩转化成低速大扭矩，从而实现汽车启动、加速、变速和传动的功能。
液力变矩器的结构复杂而精密，它包含了泵轮、涡轮、导叶轮等不同的部件，其中每个部件都扮演着特定的角色。
本文将详细介绍液力变矩器的结构与原理。
一、液力变矩器的结构液力变矩器是由泵轮、涡轮、导叶轮和油封等部件组成的。
泵轮和涡轮是液力变矩器的两个主要组成部分，其结构和相互配合决定液力变矩器的工作性能。
1. 泵轮（Pump Impeller）泵轮是液力变矩器的输入元件，它由一定数量的楔形叶片组成，其主要作用是将发动机输出的动力转化成液力。
当发动机运转时，泵轮产生旋转的动力，它通过离心力作用将工作介质（液体）强制送入涡轮。
2. 涡轮（Turbine Runner）涡轮是液力变矩器的输出元件，它与泵轮相对应，也由楔形叶片组成。
当泵轮发送液力流入涡轮时，涡轮受到液压的作用转动，从而输出扭矩。
涡轮的运转速度受到扭矩的大小以及返转器的变矩比的影响。
3. 导叶轮（Stator）导叶轮是液力变矩器的第三个组成部分，它位于泵轮和涡轮之间，主要用于改变流体的流向。
导叶轮的叶片可以自由调节，可以根据工作状态的需求来改变流体的流向，协助转化扭矩和提高效率。
4. 油封（Oil Seal）油封是用于保持液力变矩器内压力稳定的部件，它位于泵轮和涡轮之间，防止液体泄漏。
油封的质量和性能直接影响液力变矩器的工作效果和寿命。
二、液力变矩器的工作原理液力变矩器主要依靠流体的转化和涡旋流的原理来工作，通过泵轮、涡轮和导叶轮之间复杂的相互作用来实现转矩的变化。
液力变矩器的工作原理分为四个工作区域：冲击区、变矩区、松开区和高效率区。
1. 冲击区当发动机启动并带动泵轮开始旋转时，泵轮产生的涡旋流体流向涡轮，但此时导叶轮的叶片处于开启状态。
《液力变矩器》课件
控制策略：根据液力变矩器的工作原理和性能要求，选择合适的控制策略 优化目标：提高液力变矩器的工作效率、降低能耗、提高稳定性等 优化方法：采用优化算法，如遗传算法、神经网络等，对控制策略进行优化 优化效果：提高液力变矩器的工作效率、降低能耗、提高稳定性等
PART SIX
材料选择：选择合适的材料，如钢、铝、铜等 铸造：将材料熔化，铸造成所需的形状和尺寸 加工：对铸造好的零件进行加工，如车削、铣削、磨削等 装配：将加工好的零件装配成液力变矩器 测试：对液力变矩器进行性能测试，如耐久性、可靠性等 包装：将液力变矩器包装好，准备发货
发展趋势：随着新能源汽车的普及，液力变矩器在电动汽车中的应用逐渐增多 竞争格局：国内外市场竞争激烈，需要不断提高产品质量和技术水平，以适应市 场需求
智能化：液力变矩器将更加智能化，能够自动调节扭矩和转速 节能环保：液力变矩器将更加注重节能环保，降低油耗和排放 轻量化：液力变矩器将更加轻量化，提高车辆的燃油经济性和操控性
扭矩传递能力与液力变矩器 的结构有关
液力变矩器可以传递较大的 扭矩
液力变矩器可以适应不同的 转速和扭矩需求
液力变矩器可以提供稳定的 扭矩输出
自动换挡：根据车速和发动机转速自动选择合适的挡位 平稳起步：在起步时提供平稳的动力输出，避免起步时的抖动和冲击 节能省油：通过自动换挡和发动机转速控制，实现燃油经济性 驾驶舒适性：提高驾驶舒适性，降低驾驶疲劳感
材料选择：根据液力变矩器的工作 环境和性能要求，选择合适的材料
材料选择原则：满足液力变矩器的 工作要求，保证其使用寿命和可靠 性
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
特性：材料的机械性能、热性能、 耐磨性、耐腐蚀性等
材料选择方法：根据液力变矩器的 设计要求和使用环境，选择合适的 材料，并进行试验验证
《液力变矩器》课件
03
液力变矩器的设计
Chapter
设计原则与要求
功能性原则
确保液力变矩器能够实现预期的功能，如传 递扭矩、变速等。
可靠性原则
设计应保证液力变矩器的稳定性和耐用性， 能够承受各种工况和环境条件。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，尽量降低制造成 本和维护成本。
，形成各零部件的精确形状。
热处理
04 对部分零部件进行热处理，提
高其机械性能。
装配与调试
05 将各零部件组装成完整的液力
变矩器，并进行性能调试。
表面处理
06 对液力变矩器进行涂装、防锈
等表面处理，以提高其耐久性 和外观质量。
关键制造工艺技术
精密铸造技术
用于制造液力变矩器的某些复杂形状的零部 件，如涡轮、导轮等。
液力变矩器的种类与特点
种类
根据工作原理和结构特点，液力变矩 器可分为单级、双级和多级变矩器。
特点
液力变矩器具有优良的自动变速和变 矩能力，能够吸收振动、缓和冲击、 承受过载和防止突然停车等优点。
液力变矩器的应用领域
01
汽车工业
用于汽车的自动变速器和无级变 速器，实现汽车的平稳起步、加 速和减速。
智能化设计
将传感器和控制系统集成到液 力变矩器中，实现对其工作状
态的实时监测和自动控制。
04
液力变矩器的制造工艺
Chapter
制造工艺流程
材料准备
01 根据液力变矩器的设计要求，
准备所需的各种原材料，如铸 件、锻件、板材等。
毛坯制备
02 对原材料进行加工，形成液力
变矩器的毛坯。
机械加工
第十三章 液力变矩器
第十三章 液力变矩器
液压与液力传动
§13-3 综合式变矩器 1、工况转换元件（单向离合器） 单向离合器安装在导轮与固定不动的空心轴套之间，当液体冲击导轮 时使导轮旋转。 2、工况转换原理 【分析】设：车辆用变矩器代替离合器，行驶阻力由大逐步减小。 则：涡轮转速增加。涡轮出口牵连速度增加，相对速度减小，使涡轮 出口液体由冲击导轮正面（凸面）转变为冲击导轮背面。由于液体冲击导 轮背面时导轮旋转，故变矩器先后呈现为有固定导轮的变矩器工况和无固 定导轮的偶合器工况，效率逐步提高。
第十三章 液力变矩器
液压与液力传动
三、自动变矩原理 【分析】设：车辆用变矩器代替离合器，行驶阻力由大逐步减小。 则：涡轮转速增加。一方面，循环圆流量下降，使输入、输出扭矩均 下降，另一方面，涡轮出口牵连速度增加，相对速度减小，使涡轮出口液 体由冲击导轮正面（凸面）转变为冲击导轮背面，扭矩由输出大于输入逐 步转变输入大于输出。 【结论】装有变矩器的车辆能根据行驶阻力的变化，实现自动地、无 级地变速和变矩。
第十三章 液力力变矩器
液压与液力传动
第十三章 液力变矩器 §13-1 液力变矩器的工作原理 一、能量传递原理 【分析】液力变矩器的结构和工作过程。 【结论】泵轮出口液体斜向冲击涡轮叶片，使涡轮旋转（同偶合器）。 二、液力变矩器的扭矩 【分析】 MB+ MT+ MD=0 【结论】 M2 = MT/ = - MT = MB+ MD = M1+ MD 【推论】 变矩系数K= M2/ M1大于、等于、小于均有可能。
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10.4 液力变矩器的分类及结构型式
10.4.1液力变矩器的分类
液力变矩器大致可分为下列几类：
1、把装在泵轮与导轮或导轮与导轮之间刚性连接在同一根输出轴上的涡轮数目称为“级”。
按级数多少来分，有单级、多级的液力变矩器；
2、把液力变矩器中利用单向离合器或者其他机构的作用来改变参与工作的各工作轮的工作状态的数目，称为“相”。
液力变矩器有单相及多相之分；
3、按液流在循环圆中流动时流过涡轮的方向分：离心式、向心式及轴流式涡轮液力变矩器；
4、按在牵引工况时，涡轮轴与泵轮转向相同与否，分作正转和反转液力变矩器；
5、根据液力变矩器能容是否可调，分为可调与不可调液力变矩器；
6、把液力变矩器与机械传动组合而成的变矩器叫做液力机械变矩器。
根据功率分流不同，又分为内分流和外分流的液力机械变矩器。
10.4.2液力变矩器的结构及特性
1、单级单相液力变矩器
罩轮4通过弹性连接板3与发动机飞轮连接起来，这样发动机就可带动泵轮1转动。
涡轮5通过涡轮套6与空心轴11相连，涡轮的动力由空心轴11对外输出。
导轮8通过导轮座12与机座9固定在一起不能转动。
油泵轴10活动地装在涡轮空心轴11内，轴的左端用花键、油泵驱动盘7、罩轮4等与发动机飞轮相连，右端有齿轮用来驱动液压泵工作。
这种液力变矩器的值一般为3～4，最高效率0.85～0.90。
图10-10 YB355-2型向心涡轮液力变矩器
1-泵轮2-外罩3-弹性连接板4-罩轮5-涡轮6-涡轮套7- 油泵驱动盘8-导轮
9-机座10-油泵轴11-涡轮空心轴12-导轮座13-油封14-泵轮套
图10-11 YB355-2型液力变矩器原始特性线
2、单级双相综合式液力变矩器
单级双相综合式液力变矩器的结构和单级单相液力变矩器结构大体上相同，不同点是单级双相综合式液力变矩器的导轮是通过单向离合器而与机架连接，不是直接与机架固定为一体。
图10-14 是单级双相综合式液力变矩器的结构简图及其原始特性。
当（对应于）范围内，导轮被离合器楔住，不会转动，是变矩工况；（）后，导轮
受力与变矩工况时受力相反，离合器松开，导轮能够转动，变矩器工作在偶合工况。
这时，，是过原点且与变矩工况时的相继接的一段直线。
优点：提高了以后的效率，拓宽了～1的传动比范围。
图10-14单级双相综合式液力变矩器
a）双相变矩器结构原理图b）原始特性线
3、单级三相综合式液力变矩器
图10-15是单级三相综合式液力变矩器的结构简图和原始特性图，它有三种工作状况：（1）当～（约为0～0.56）时，由于负载大，涡轮转速低，致使导轮Ⅰ和导轮
Ⅱ的力矩均为正（参见图10-13b）。
这时，两导轮均被各自的单向离合器楔紧而不能转动，使变矩器工作在变矩工况。
因两导轮叶片组成的叶片弯曲度大，故可使变矩器获得较大的变
矩系数，增大了起动力矩。
（2）当～（约为0.56～0.84）时，涡轮负载变小，而转速升高，此时导轮Ⅰ
的力矩为负，被单向离合器松开而转动，导轮Ⅱ的力矩仍为正，继续被单向离合器楔紧而不转动。
这时的变矩器变成相当于只有一个固定的导轮，导轮总的叶片弯曲度减小，使值有所下降，但值仍然较大，效率也仍然较大。
（3）当（约，）时，负载较小转速较高，此时导轮Ⅰ、Ⅱ的力矩、均为负值，都被单向离合器松开而转动，转动后，使变矩器工作在偶合工况。
偶合工况时，效率是过原点的直线的一部分。
由原始特性线上可看出，单级三相综合式液力变矩器比单级单相液力变矩器具有如下优点：
（1）在低传动比区域，具有较高的变矩系数；
（2）高效区范围宽。
根据以上比较，单级多相综合式液力变矩器很适合经常在低速行驶的机械，（如装载机、推土机等）；而在高速时（后），曲线急聚下降，表明泵轮所需输入力矩很小，
发动机可把剩余的功率用于驱动工作机构的油泵，这一点对于需要停车（挂空挡）进行工作的机械很适宜。
图10-15 单级三相综合式液力变矩器结构简图及其原始特性
4、多级液力变矩器
图10-16 是三级液力变矩器的结构简图和原始特性。
例如过去曾广泛使用在车辆上的“里斯霍姆—斯密司”（Lysholm—Smith）就属此种。
它虽有较高的K0值（5~7）和较宽的高效区，但因结构复杂，价格昂贵，近来逐渐被单级、双级和综合式液力变矩器所取代。
图10-16 三级液力变矩器结构简图和原始特性
5、闭锁液力变矩器
图10-17是装有闭锁液力变矩器的单级三相综合式液力变矩器的结构简图。
通过离合器L可将泵轮和涡轮直接连接，使传动系统变成纯机械运动，用来提高在高传动比时的传动效率。
所以，只适合用于道路平坦、高速行驶时，才闭合离合器L，也可以用闭锁离合器的方法解决拖车起动和下长坡用发动机制动问题。
图10-17 闭锁液力变矩器
6、液力机械变矩器
如果把液力变矩器和机械传动元件以不同的方式组合起来，就成了一种新的液力传动元件，这种液力传动元件就叫做液力机械变矩器。
利用机械元件和功率分流原理，可以改变液力变矩器的传动特性，扩大应用范围。
根据在液力机械变矩器内实现功率分流的不同，有内分流和外分流两种方式。
（1）内分流液力机械变矩器
ZL—50型装载机上所使用的就是这种液力变矩器。
这种液力变矩器虽有两个涡轮，但因两个涡轮没有刚性地连接在同一根轴上，所以依然属于单级液力变矩器。
第一涡轮轴（实心轴）15左端用花键与第一涡轮6连接，右端带有齿轮；第二涡轮轴（空心轴）14左端也用花键与第二涡轮8连接，右端也带有齿轮。
第二涡轮套轴14活动地套在第一涡轮轴15的外面，两个涡轮就是分别由这两根涡轮轴把动力通过齿轮传入行星轮变速器中去的。
导轮9用花键套装在与机架固定在一起的导轮套轴13上，导轮始终不能转动。
这种液力机械变矩器的结构简图及原始特性见图10-19 。
图10-19双涡轮液力机械变矩器结构简图及原始特性
这种变矩器的特点是经过第一涡轮轴15右端齿轮与齿轮18减速后，再经单向离合器（这里用的是超越原理）把动力传给与齿轮21为一体的输出轴；第二涡轮轴14右端齿轮与齿轮21经过增速后直接向变速器输出动力。
当来自变速器的负载较大时（即液力变矩器处于低传动比），单向离合器处于楔紧状态，这时第一、二涡轮轴共同向变速器输出动力；当负载较小时，因第二涡轮轴14转速升高，使齿轮21的转速超越齿轮18的转速，此时单向离合器松开，使齿轮18空载转动，仅有第二涡轮轴输出动力。
机械传动机构能够起到起步、重载时两涡轮共同输出动力，轻载时仅有第二涡轮单独输出动力的作用。
因这种液力变矩器能够获得较大的变矩系数K，提高机械的牵引力和扩展了高效区范围，随着外负载的变化自动改变转速和力矩，故可减少变速器的换档位数，简化操作。
因此在国产的ZL系列装载机上，这种液力变矩器得到广泛的应用。
（2）外分流液力机械变矩器
图10-20是美国卡特皮勒（Caterpillar）公司生产的一种外分流液力机械变矩器简图。
图中L是闭锁离合器，Z是制动器，H是单向离合器。
它有三种工况，简述如下。
1）L接合，Z松开。
此时，液力变矩器空转，是传动比=1直接传动。
此工况主要用于车辆高速行驶，下长坡利用发动机制动及拖拉起动。
2）L分离，Z制动。
此时，液力变矩器不工作，该工况是一种纯机械的增速传动，
=，α是行星排特性参数。
适用于车辆的运输工况。
3）L及Z同时松开。
此时输入的功率，分流传递。
一路由行星排直接传递，另一路由液力变矩器传递，两路功率在输出轴上汇合。
此工况适用于车辆的牵引工况。
图10-20 卡特皮勒外分流液力机械变矩器简图
由于液力变矩器已系列生产，因此可用发动机的输出力矩（等于泵轮力矩M B）和转速及液力变矩器的有效直径D绘制成液力变矩器的系列型谱，以供选用。
适合建设机械用的375液力变矩器系列有270、295、320、345、375、405、440、475八个尺寸64个品种，其功率为29.4~294KW，发动机转速为1500~2400r/min。