第10章 液力变矩器

去变速操纵阀
推土机变矩器和换挡操纵系统
第三节 液力变矩器的工作过程
•
以最简单的三工作轮液力变矩器（见图10-11） 为例，来说明液力变矩器的工作过程。该液力变 矩器的主要构件为泵轮B、涡轮T和导轮D。 液力变矩器循环圆内充满着工作液体，液力变 矩器不工作时，工作液体处于静止状态，不传递 任何能量。 液力变矩器工作时，由发动机带动泵轮B旋转， 并将发动机的力矩施加于泵轮。泵轮旋转时，泵 轮内的叶片带动工作液体一起做牵连的圆周运动， 并迫使液体沿叶片间通路做相对运动。工作液体 经受泵轮叶片的作用在离开泵轮时，获得一定的 动能和压能，从而实现了将发动机的机械能变为 液体的动能。
第五节 液力变矩器的特性及特性曲线
• 液力变矩器根据涡轮轴上外载荷大小自动、无级
地进行变速、变矩，反映液力变矩器各种性能参 数的变化规律，就称为液力变矩器的特性，如用 曲线图形表示，就称为液力变矩器的特性曲线。 通常有静态特性和动态特性两种。静态特性通常 又可以分为外特性、原始特性、全外特性、输入 特性四种。现在就分别介绍一下。
•
• 3．提高车辆的通过性和具有良好的低速稳定性 装
•
•
•
配有液力变矩器的车辆可以在泥泞、沙、雪等地面 上以及非硬化路面上行驶，能够提高车辆的通过性 并具有良好的低速稳定性。 4．简化操纵，提高驾驶员和乘员的舒适性 采用液 力变矩器的车辆，可使车辆平稳起步，并在较大范 围内实现无级变速；可以减少档位，简化操纵，减 轻驾驶员的疲劳。在行驶过程中，液力元件可以吸 收和减少振动、冲击，从而提高车辆乘坐的舒适性。 5．可以不中断地充分利用发动机的功率，有利于 降低发动机尾气造成的空气污染。 6．液力元件的可靠度高，使用寿命长 液力元件的 工作轮之间没有机械联系，没有机械磨损，工作介 质为无机矿物油，保养简单，可靠度高，使用寿命 长。
• 四、液力变矩器的冷却和补偿供油系统 • 液力变矩器正常工作时必须要有供油系统。对用于工程机械
的YB－355－2型液力变矩器来说，其冷却和补偿系统包括下 列一些部分：滤油器、齿轮泵、散热器和三个压力阀。其中 前三个是不附属于液力变矩器的独立部件，而三个压力阀则 往往安装在液力变矩器上，作为液力变矩器的组成部件，见 图10-10。
• ６．根据液力变矩器中涡轮的形式不同，可
分为轴流式、离心式和向心式涡轮的液力变 矩器。如图10-5和图10-6：
• 7．根据液力变矩器的泵轮和涡轮能否闭锁成一
体工作，可分为闭锁式和非闭锁式的液力变矩器。 如图10-7：
二、液力变矩器的结构特点
现以国产YB-355-2型单级、三工作轮液力变矩器为例 来叙述液力变矩器的结构，见图10-8。其三维立体图如图 10-9所示。 YB－355－2型液力变矩器的结构包括以下几部分：。 1．液力变矩器的主要构件有泵轮B、涡轮T、导轮D和 罩轮。它们是液力变矩器中将机械能转变为液能，又将液 能转变为机械能的主要构件。 2．将发动机的动力输入至泵轮及将动力由涡轮引出的 各个传力件，包括弹性联接盘、油泵驱动盘、涡轮轴、涡 轮毂、油泵驱动轴以及相应的联接件（螺栓）等。 3．旋转零件的支承轴件：各个轴承及轴承座。 4．压力油的密封件：金属密封环、橡胶油封及“O”型 密封圈。 5．变矩器壳体及解决导轮固定支承的有关零件等。
第四节 双涡轮液力变矩器简介
• 双涡轮液力变矩器广泛应用于轮式装载机，如
• •
ZL50、ZL40装载机。结构简图及其特性曲线如图 10-12所示。第一级轴流涡轮TI通过齿轮Z1、Z2 经轴2输出；第二级向心涡轮TII通过齿轮Z3、Z4， 并经单向离合器与输出轴2相连。1为泵轮轴即输 入轴， 2为输出轴。涡轮TI在低转速比区间时工作。涡轮 TII则在时工作，在时，只传递很少一部分功率， 而且所传递的功率是从零逐渐增加的。两 涡轮之间的功率传递则靠单向离合器M来实现。
•
为了叙述简明起见，将按动力输入部分、动力输出部 分及导轮的固定支撑部分来叙述： （一） 动力输入部分 • 发动机的动力按如下路线输入至泵轮： 罩轮3 泵轮4 发动机飞轮1 弹性连接盘2 油泵驱动盘5 油泵驱动轴6 发动机飞轮1和弹性联接盘2是用双头螺栓连接的。弹性 联接盘2和罩轮3用了6个双头螺栓和6个的圆柱销来解决联 接和传力问题，其中扭矩的传递主要依靠圆柱销，柱销和孔 之间采用过渡配合。弹性联接盘与罩轮联接处的表面应当平 整。 罩轮3与泵轮4之间为了密封，应用一个橡胶密封圈，并用 较多的螺栓联接，罩轮和泵轮联接处用配合面定位，以保证 泵轮与发动机曲轴的同轴度。
同时，由于液力变矩器是应用液体实现 能量的转换，也存在着一定的缺点和不足：
第二 液力变矩器的分类和结构特点
• 一、液力变矩器的分类 • 液力变矩器的结构形式是多种多样的，这一方面
反映了液力变矩器在结构方面的进步和发展，另 一方面也反映了不同车辆对液力变矩器有着不同 的性能要求，这两方面的原因导致液力变矩器在 性能和结构上的多样性。在介绍液力变矩器的分 类之前，我们先介绍一下“级”和“相”的概念。 液力变矩器的“级”是指安置在泵轮与导轮或导 轮与导轮之间彼此刚性相连的涡轮数。液力变矩 器的“相”是指在液力变矩器中，由于单向离合 器或制动器等机构的作用，使工作元件的功用随 之改变，变矩器由于这种改变而得到不同的几种 功用，即称之为几相。
• •
•
•
（三）导轮的固定支承部分 导轮在YB—355—2型液力变矩器中是一个固定 不动的工作轮。它与液力变矩器壳体13之间的联 接线路如下： 导轮10——导轮固定座11——轴承座12——液 力变矩器壳体13。 导轮10和导轮固定座11之间采用平键联结，为 了防止键的轴向移动，在右侧应用了一挡圈。导 轮固定座11与轴承座12之间用螺栓连接，用定位 销定位。为了拆卸方便，轴承座上钻有两个顶丝 孔。 导轮也是用ZL—10号铝铸成的。导轮的工作腔 内有均布的24个叶片。
• 1．具有良好的自适应性能 采用液力变矩器的车辆，
在困难和复杂的路面上行驶或外负载增大时，液力 变矩器能使车辆自动地增大牵引力，同时自动地降 低行驶速度，以克服增大的外负载；反之，当路面 情况良好或外负载降低时，车辆又能够自动地减少 牵引力和提高车辆的行驶速度，保证发动机能够经 常在额定工况下工作。这样既能够避免发动机因外 负载突然增大而熄火，又能够满足车辆牵引工况和 运输工况的要求，因而具有良好的自动适应性。 2．提高车辆的使用寿命 液力传动的工作介质是液 体，各叶轮之间可相对滑转，输入和输出之间无刚 性连接，因此液力元件具有减振和抗冲击作用。液 力元件既能对发动机曲轴的扭转振动起到阻尼作用， 提高传动元件的使用寿命，又能降低来自车辆行走 部分或传动系统中动负载，提高发动机的使用寿命。
三、循环圆的密封
• 当液力变矩器工作时，在循环圆内充满着
具有一定压力和高速流动的液体。为了防 止液体渗漏出循环圆，必须对循环圆的有 关联接部分采取密封措施。 • 此外液力变矩器的供油系统，要求把进 入液力变矩器的低温工作液体和流出的高 温工作液体互相隔离，即各有自己的独立 流道，因此也应该有密封措施。 • 橡胶密封圈和合金铸铁的密封环
第十章 液力变矩器
• 第一节 液力变矩器的用途 • 以液体做介质的液体传动可分
为液压传动和液力传动。液压 传动的特征，是利用液体的压 力能与机械能互相转换；液力 传动的特征，是利用液体的动 能与机械能互相转换。 • 液力变矩器是一种借助于液 体的高速运动来传递功率的元 件。它的工作特点是输入端的 转速和扭矩基本恒定；或虽有 变化，但变化不大。而输出端 的转速和扭矩可以大于、等于 或小于输入端的转速和扭矩， 并且输出转速与输出扭矩之间 可以随着所驱动的工作机构负 荷大小，自动地连续调节。由 于液力变矩器具有无级变速和 变扭的功能，因此，它广泛用 作各种动力机与工作机之间的 传动装置。液力变矩器具有以 下显著优点：
•
•
•
•
（二） 动力输出部分 动力按如下路线传递：涡轮7 涡轮轮毂8 涡轮 输出轴9。 涡轮7与涡轮轮毂8之间用螺栓联接，用圆柱销进行传 力。涡轮轮毂与涡轮轴的联接采用花键。 为使涡轮在涡轮轴上轴向固定，在涡轮轮毂的两侧各用 一个轴用挡圈。为了调整涡轮与泵轮和罩轮间的轴向间隙， 在涡轮轮毂与轴承和挡圈间都设有一个调整垫圈。 涡轮输出部分是通过二个球轴承来支承的。左面的球轴 承压装在涡轮轮毂上，并支承在罩轮上，轴向用油泵驱动 盘压紧定位。右面的球轴承支承在与壳体联成一体的轴承 座内。轴承外环的左侧有一个密封托，并与外环一起紧靠 在轴承座内；外环的右侧是一个挡圈，使轴承轴向定位。 轴承的内环一侧靠在涡轮轴的键上，另一侧经密封座再用 挡圈来轴向定位，这样整个涡轮输出部分的轴向位置是确 定的。
• 一、液力变矩器的外特性 • 液力变矩器的外特性是指在泵轮转速nB（或泵轮
转矩TB）一定时，泵轮转矩TB（或泵轮转速nB）、 涡轮转矩及变矩器效率η随涡轮转速nT的变化规律。 对于已有的液力变矩器，其外特性曲线可由台架 试验获得。图10-13所示为一简单液力变矩器的外 特性曲线，分析其变化规律可知：
• 1．液力变矩器传动系统的效率要比机械传动系统
• •
的效率低。 2．为了使液力传动系统能够正常工作，需要设置 冷却补偿系统，使结构复杂，体积和重量大，成 本高。 3．由于液力变矩器的输入和输出构件之间没有刚 性联系，因此不能利用发动机的惯性来制动，也 不能用牵引的办法起动发动机。如果要改善这方 面的性能，则需要有附加装置。
•
根据现有的统计资料，根据液力变矩器结构和性能特点， 可按如下几种情况进行分类： １．根据工作轮在循环圆中排列的顺序分为Ｂ（泵 轮）—Ｔ（涡轮）—Ｄ（导轮）型和Ｂ－Ｄ－Ｔ型两类液 力变矩器。在Ｂ－Ｔ－Ｄ型液力变矩器中，涡轮的旋转方 向一般为正向（与泵轮同向旋转），称正转液力变矩器。 在Ｂ－Ｄ－Ｔ型液力变矩器中，易使涡轮和泵轮的旋转方 向相反，常用作反转液力变矩器。如图10-1：
(一)泵轮转矩 • 液力变矩器泵轮转速nB不变时，载荷变化引起 泵轮转矩TB变化的性能称为液力变矩器的透穿 性。当nB不变，若TB不随TT的变化而改变，则 液力变矩器的特性具有非透穿性；若TB随TT的 增加而增加，则液力变矩器的特性具有正透穿 性；若TB随TT的增加而减少，则液力变矩器的 特性具有负透穿性；若在牵引工况区，既有负 透穿性，又有正穿透性，则液力变矩器的特性 具有混合透穿性。液力变矩器的透穿性，主要 取决于工作腔内各工作轮的布置和涡轮的型式 以及泵轮叶片出口角的大小。图10-14所示为 不同涡轮形式具有不同透穿性能的液力变矩器 特性。前面所讨论的变矩器外特性是建立在流 量不变的条件下，而在实际工作中流量并非常 数，因为旋转工作轮内的液体流量将受到离心 力的影响，这种影响因涡轮形式不同而不同。