现代工程机械液力偶合器的结构及工作原理

    液力偶合器和液力变矩器是利用液体作为工作介质传递动力，二者均属于动液传动，即通过液体在循环流动过程中，液体动能变化来传递动力，这种传动称为液力传动。

    图10-1为液力传动最原始的原理简图。离心泵叶轮2在内燃机驱动下旋转，使工作液体的速度和压力都得到提高。高速流动的液体经管道3冲向水轮机叶轮4，使叶轮4带动螺旋桨旋转做功，这时工作液体的动能使转变机械能。工作液体将动能传给叶轮后，沿管道流回水槽5中，再由离心泵吸入继续传递动力，工作液体就这样作为一种传递能量的介质，周而复始，循环不断。

    上述工作过程，是能量转换与传递过程。为完成这一工作过程，液力传动装置中必须具有如下机构；1）盛装与输送循环工作液体的密闭工作腔；2）一定数量的带叶片的工作轮及输入输出轴，实现能量转换与传递；3）满足一定性能要求的工作液体及其辅助装置，以实现能量的传递并保证正常工作。

    图10-1所示的传动装置中的离心泵叶轮与水轮机叶轮相距较远。因此，在传动中的损失很大，效率不高（一般不大于70%），后来把他们合在一起创制了新的结构型式，就是如图中7所示的液力变矩器。在这种新的结构中没有离心泵和水轮机。它由工作轮（称为泵轮、涡轮和导轮）所代替。

    液力传动在近代车辆和工程机械中得到广泛应用。采用液力的车辆具有如下优点：

    （1）能自动适应外阻力的变化，使车辆能在一定范围内无级地变更其输出轴转矩与转速，当阻力增加时，则自动地降低转速，增加转矩，从而提高了车辆的平均速度与生产率。

    （2）提高了车辆的使用寿命，液力变矩器是油液传递动力，泵轮与涡轮之间不是刚性连接，能较好地缓和冲击，有利于提高车辆上各零部件的使用寿命。

    （3）简化了车辆的操纵，变矩器本身就相当于一个无级变速箱，可减少变速箱挡位和换挡次数，加上一般采用动力换挡，故可简化变速箱结构和减轻驾驶员的劳动强度。

    在近代车辆与作业工况复杂的工程机械上，由于上述优点更为突出，故采用液力传动日益广泛。

    但液力变矩器的缺点是效率较低，结构复杂，使机械的经济性降低，成本提高。

    液力偶合器与液力变矩器是液力传动的两种基本型式，下面分别介绍其结构与工作原理。

    一、液力偶合器的结构

    图10-2为液力偶合器的结构示意图，偶合器的主要零件是两个直径相同的叶轮，称工作轮。由发动机曲轴通过输入轴4驱动的叶轮3为泵轮，与输出轴5装在一起的为涡轮2.叶轮内部装有许多半圆形的径向叶片，在各叶片之间充满工作液体。两轮装合后的相对端面之间约有2~5mm间隙。它们的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔（称为循环园）；循环园的剖面示意图，如图10-2所示，该剖面是通过输入轴与输出轴所作的截面（称轴截面）。

    通常偶合器的泵轮与涡轮的叶片数是不相等的，以便避免因液流脉动对工作轮周期性的冲击而引起振动，使偶合器工作更平稳。偶合器的叶片一般制成平面的，这样制造简单。偶合器的工作轮多用铝合金铸成，也有采用冲也和焊接方法制造的，后一种制造方法的成本较低，质量较轻。有的偶合器工作轮有半数叶片在其尾部切去一角（见图10-2中6、7）。这是由于叶片是径向布置的，在工作轮内缘处叶片间的距离比外缘处小，当液体从涡轮外缘经内缘流入泵轮时，液体受挤压。因此，每间隔一片切去一角，便可扩大内缘处的流通截面，减少液体因受挤压造成对流速变化的影响，使流道内的流速较均匀，从而降低损失，提高效率。

    二、液力偶合器的工作原理

    发动机带着泵轮一起旋转时，其中的工作油液也被叶片带着一起旋转，液体机绕泵轮轴线作圆周运动，同时又在离心力作用下从叶片的内缘向外缘运动。此时，外缘压力高于内缘，其压力差取决于泵轮的半径和转速。如果涡轮仍处于静止状态，则涡轮外缘与中心的压力相同，但涡轮外缘的压力低于泵轮外缘压力，而涡轮中心的压力则高于泵轮中心的压力。由于两工作轮封闭在同一壳体内运动，所以这时被甩到泵轮外缘的油液便冲向涡轮的外缘，沿着涡轮叶片向内缘流动，又返回泵轮，被泵轮再次甩到外缘。油液就这样周而复始地从泵轮流向涡轮，又返回泵轮不断循环。在循环过程中发动机给泵轮以循环力矩，泵轮转动后使油液获得动能，在冲击涡轮时，将油液的一部分动能传给涡轮，使涡轮带动从动轴5旋转。这样，偶合器便完成了将油液的部分动能转换成机械能的任务。油液的另一部分动能则在油液高速流动与流道相摩擦发热而消耗了。

    如图10-3a）所示，为便于说明问题起见，街巷两工作轮分开一定距离后，分析油液的流动路线。由于泵轮内的油液，除了随泵轮绕泵轮轴旋转（牵连运动）外，还沿循环园作环流运动（相对运动），故油液的绝对运动是以上两种运动的合成运动，其运动方向是斜对着涡轮2，冲击涡轮叶片，然后顺着涡轮叶片再流回泵轮1，此时油液路线一个螺旋线方向。当泵轮和涡轮安装到一起后，油液的流动路线是一个螺旋环（图10-3b）。

    涡轮旋转后，由于涡轮内的离心力对液体环流的阻碍作用，使油液的绝对运动方向也有改变。此时，螺旋线拉长如图10-4所示。涡轮转速愈高，油液的螺旋形路线拉得愈长。当涡轮和泵轮转速相同时，两轮离心力相等，油液沿循环圆流动停止，油液随工作轮绕轴线作圆周运动（图10-5）。这时，偶合器不再传递动力。

    因此，为了使油液能传递动能，必须使油液在泵轮和涡轮之间形成环流运动；为此两工作轮间应有转速差，转速差愈大，两工作轮间压力差愈大，油液所传递动能也愈大。当然油液所能传给涡轮的最大转矩只能等于泵轮从发动机曲轴受到的转矩，而且这种情况只发生在涡轮开始旋转的瞬间。

欢迎转载专汽之都网 - 专用车报价,配件,资讯,服务,视频,图片全知道文章，转载请注明出处!本文网址：http://www.zqzd.com/Article/Detail/65173