液力耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理

液力耦合器安裝在汽車發(fā)動機(jī)和機(jī)械傳動裝置之間。它們由雙箱結(jié)構(gòu)的泵輪和渦輪組成，利用液體在主、從部件之間循環(huán)流動過程中的動能變化來傳遞動力。當(dāng)液壓ATF在液力偶合器中循環(huán)時，由于其他外力的作用，發(fā)動機(jī)作用在泵輪上的扭矩等于渦輪傳遞給從動軸的扭矩。

在介紹液力偶合器之前，首先要了解液力偶合器的結(jié)構(gòu)和工作原理。這是學(xué)習(xí)液力變矩器工作原理的基礎(chǔ)。液力偶合器是一種液壓傳動裝置，也叫液力偶合器。不考慮機(jī)械損失時，輸出轉(zhuǎn)矩和輸入轉(zhuǎn)矩相等。它的主要作用有兩個方面，一是防止發(fā)動機(jī)過載，二是調(diào)節(jié)工作機(jī)構(gòu)的速度。

一、液力偶合器的結(jié)構(gòu)

液力偶合器安裝在汽車發(fā)動機(jī)和機(jī)械傳動裝置之間，由兩個箱形泵輪3和渦輪4組成，都稱為工作輪。泵輪與殼體2成一體，多個平葉片通過傳動板與發(fā)動機(jī)曲軸1的法蘭1徑向布置。泵輪和渦輪之間相隔一定的間隙，約為3~4mm，整體化后其軸向截面一般為圓形。

圖3-3液力偶合器結(jié)構(gòu)圖

1-發(fā)動機(jī)曲軸2-聯(lián)軸器外殼3-泵輪4-渦輪5-輸出軸

2.液力偶合器的工作原理

液力偶合器以工作流體(ATF)為傳動介質(zhì)，利用流體在主從機(jī)之間循環(huán)過程中的動能變化來傳遞動力。

當(dāng)發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)泵輪3時，ATF由泵輪驅(qū)動而一起旋轉(zhuǎn)，并圍繞輸入軸和輸出軸的軸線循環(huán)運(yùn)動。圓周運(yùn)動產(chǎn)生離心力，ATF從泵輪中心向葉片側(cè)甩出；在機(jī)翼形成的空間內(nèi)，ATF從機(jī)翼內(nèi)緣流向機(jī)翼外緣，所以機(jī)翼外緣壓力高，內(nèi)緣壓力低，壓差取決于工作輪的半徑和速度。因此，曲軸輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為ATF的動能和壓力能。在ATF沒有進(jìn)入渦輪4的期間，渦輪葉片外緣的液壓低于泵輪外緣的液壓。由于這種壓差，ATF從泵輪流入渦輪。同時ATF與渦輪葉片碰撞，使渦輪與泵輪同向旋轉(zhuǎn)，液力偶合器輸出軸旋轉(zhuǎn)。這樣，ATF的動能和壓力能就轉(zhuǎn)化為輸出軸的機(jī)械能。當(dāng)ATF轉(zhuǎn)動渦輪時，前進(jìn)的渦輪葉片反復(fù)從外緣流向內(nèi)緣，再回到泵輪的內(nèi)緣，這樣不斷循環(huán)傳遞動力。

從上述液力偶合器的動作過程可以看出，液力偶合器內(nèi)部的ATF同時有兩種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。一種是與工作車一起進(jìn)行工作車?yán)@軸線的圓周運(yùn)動(牽引運(yùn)動)；第二，如圖3-4所示，經(jīng)過泵，輪到渦輪，然后從渦輪回到泵輪，循環(huán)往復(fù)。由于ATF沿工作室循環(huán)圈的循環(huán)運(yùn)動(相對運(yùn)動)，ATF的絕對運(yùn)動是兩種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的合成，運(yùn)動方向向渦輪傾斜沖擊渦輪葉片。這樣，液力偶合器中ATF的流線就是一個來回連接的環(huán)形螺旋線。這也是為什么能量轉(zhuǎn)換是通過聯(lián)軸器內(nèi)部空間的ATF螺旋運(yùn)動來完成的。因此，液力偶合器實現(xiàn)動力傳遞的必要條件是泵輪與渦輪之間有ATF的循環(huán)流動。由于兩個工作輪的轉(zhuǎn)速不同，導(dǎo)致兩輪葉片外緣產(chǎn)生液壓差，從而產(chǎn)生循環(huán)流動。傳輸差和壓力差th越大

其中——傳輸效率；——泵葉輪輸入功率；——渦輪輸出——泵輪輸入扭矩；——渦輪輸出扭矩。

圖3-5液力偶合器特性曲線

因為聯(lián)軸器作用在泵輪和渦輪上的扭矩是相同的，也就是說。

液力偶合器的效率是評價其經(jīng)濟(jì)性能的一個指標(biāo)，也就是說液力偶合器的傳動效率等于其速比。渦輪與泵輪的速度差越大，速比越小，傳動效率越低。反之，速比越大，傳動效率越高。發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，檔位和車都沒有啟動時，泵輪轉(zhuǎn)動，渦輪轉(zhuǎn)速為零，偶合器效率為零。汽車剛起步時，渦輪轉(zhuǎn)速逐漸升高，渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之比增大，聯(lián)軸器的傳動效率也有所提高。理論上，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速等于泵輪轉(zhuǎn)速時，效率為100%。實際上，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速與泵葉輪轉(zhuǎn)速相等時，渦輪和泵葉輪葉片外緣的液壓相等，耦合器內(nèi)的循環(huán)流動停止，泵葉輪與渦輪之間沒有能量傳遞，傳遞效率為0。一般來說，汽車耦合器的最高效率達(dá)到百分之九十七左右，其效率曲線如圖3-5所示。

4.液力偶合器應(yīng)用不足

液力偶合器采用自動變速箱油ATF作為傳動介質(zhì)，泵輪與渦輪允許有轉(zhuǎn)速差，使液力偶合器能保證自動啟動和加速穩(wěn)定性；傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動和扭轉(zhuǎn)振動可以被緩沖和衰減。

)慣性矩對應(yīng)平移質(zhì)量，轉(zhuǎn)角對應(yīng)平移位移，扭矩對應(yīng)平移載荷，轉(zhuǎn)速對應(yīng)平移速度，扭轉(zhuǎn)剛度對應(yīng)平移過程中的拉伸剛度。扭轉(zhuǎn)振動實際上是以轉(zhuǎn)角的大小作為振動位移的振動方程。當(dāng)結(jié)構(gòu)阻力的合成中心與外部載荷的合成中心不一致時，通常會發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。防止變速箱系統(tǒng)過載，延長發(fā)動機(jī)和變速箱系統(tǒng)部件的壽命。但由于聯(lián)軸器不能改變傳遞的扭矩，相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)需要增加換擋。此外，由于液力偶合器不能將發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)完全分離，因此需要在液力偶合器與變速器之間安裝換擋離合器，以解決換擋問題。這將增加傳動系統(tǒng)的總重量并增加縱向尺寸。

20世紀(jì)60年代，英國生產(chǎn)的勞斯萊斯汽車、美國生產(chǎn)的奧茲莫萊汽車和蘇聯(lián)生產(chǎn)的體操車所用的自動變速器都裝有液力偶合器。但由于這個缺點，近年來汽車上幾乎不使用液力偶合器，而是使用液力偶合器。