清华大学：《液力传动》第二章（2-3) 液力偶合器部分充液时特性

第四节液力偶合器部分充液时特性 理论上,偶合器工作时,工作液的体积等于偶合 器内部工作腔的体积时,应该是完全充满的。在实际 工作中,工作液体积只占内部工作腔的90%左右就算 完全充满。留下部分空间来容纳从工作液中分解出来 的空气和油气

第四节 液力偶合器部分充液时特性 理论上，偶合器工作时，工作液的体积等于偶合 器内部工作腔的体积时，应该是完全充满的。在实际 工作中，工作液体积只占内部工作腔的90％左右就算 完全充满。留下部分空间来容纳从工作液中分解出来 的空气和油气

偶合器部分充液时特性变化 当偶合器中充液量减小时,其特性将发生变化,是由于循环流量的液流结 构(流动状态)发生破坏引起。这种特性变化,随着以的变化而有不同。 在讨论由于液流量不同引起的特性变化时,常用与转速比团有关的参数 滑差S来表示 S 液体 心和离心分界面 空气 S=0 S0.57 (i=0.95) (>0.455) (i=0.43~0455) (<0.43)

一、偶合器部分充液时特性变化 当偶合器中充液量减小时，其特性将发生变化，是由于循环流量的液流结 构（流动状态）发生破坏引起。这种特性变化，随着 i 的变化而有不同。 在讨论由于液流量不同引起的特性变化时，常用与转速比 i 有关的参数 ——滑差 S 来表示。 i n n n S B B T     1 ( ) S  0.545 ~ 0.57 (i  0.43 ~ 0.455) S  0 (i  1) 液体 空气 向心和离心分界面 S  0.05 (i  0.95) S  0.545 (i  0.455) S  0.57 (i  0.43)

部分充液时偶合器中的液流结构 S=0、=M循环b=0 液体呈环状在离心力作用下在外圈,靠内圈为空气环,液体和空 气成为分界面 S=0.05→nB>nQ≠0 液体产生循环运动,但较弱。由于m较高,在涡轮离心力作用下,液 流未达到循环圆内侧就向泵轮流动。中心处向心与离心有分界面 SQ个力矩增大,但团增大文使M (M=pO(UPn-U ),则总的力矩增加较慢。 B B2 3

1. 部分充液时偶合器中的液流结构 S  0 nB  n，T 循环 QB  0 液体呈环状在离心力作用下在外圈，靠内圈为空气环，液体和空 气成为分界面。 。 S  0.05  nB  n，T QB  0。 液体产生循环运动，但较弱。由于 较高，在涡轮离心力作用下，液 流未达到循环圆内侧就向泵轮流动。中心处向心与离心有分界面。 nT S  0.54，5 QB ，0 S  QB  由于 S （即 nT  循环流动形成。但此时泵轮进口相对半径 要比全充液时大，因而此时 ， 虽然 B1 r S  QB  力矩增大，但 B1 r 增大又使 M  （ ( ) B B2 B2 B1 B1 M  Q U r U r ），则总的力矩增加较慢。 ），涡轮中的离心力减小，则液体向心流动增强

S=0.545~0.57 由于s个(即 ),在涡轮中的液体已有足够动能使其紧贴外环 而达到涡轮最小半径出口处。但在进入泵轮后,动能还不能使液流紧贴泵 轮外环流动,而是散乱的离心运动,没有明显的自由表面。只有S个1 ↓)时,才能形成由小循环到大循环的流动变化。这种流动结构 的变化,使偶合器特性产生突变 S>0.57 此时为大循环运动,在循环圆中心形成一个空气环。有一个清楚的平均流 线半径。此半径在液流由散乱的流动(泵轮内)到稳定的大循环运动时,有 个突然的变化,因而引起性能变化

S  0.545 ~ 0.57 由于 S （即 nT  而达到涡轮最小半径出口处。但在进入泵轮后，动能还不能使液流紧贴泵 轮外环流动，而是散乱的离心运动，没有明显的自由表面。只有 S  （ nT  ）时，才能形成由小循环到大循环的流动变化。这种流动结构 ），在涡轮中的液体已有足够动能使其紧贴外环 的变化，使偶合器特性产生突变。 S  0.57 此时为大循环运动，在循环圆中心形成一个空气环。有一个清楚的平均流 线半径。此半径在液流由散乱的流动（泵轮内）到稳定的大循环运动时，有 一个突然的变化，因而引起性能变化

2.部分充液时偶合器的特性 (1)相对扭矩M特性 M 90% 80% M为=3%=97%数 q=95%Q泵轮扭矩 60 50 M=f(a, s) 40 不稳区 →M 20% 10% B在S=30%q=70%开始, 出现不稳定区,此时即为流动 40 801005% 状态的由小循环变为大循环 引起 变化) 5

2. 部分充液时偶合器的特性 （1）相对扭矩 M 特性  BB MM M  M—B 为 ( ), 时泵轮扭矩。 S  3% i  97% q  95%Q M  f (q, S) 不稳定区 A q  M  B 在 S  30% , q  70% 开始， 变为大循环 B1 r 变化）。 状态的由小循环 出现不稳定区，此时即为流动 引起（

(2)扭矩系数特性 m=f(s 因为g=/(S)是随S变化而变化的,则风=(S)变化即由 变化引起AM变化。 /6/ 6

（2）扭矩系数  M 特性 f (S)  M  因为 q  f (S，) 是随 S 变化而变化的，则 f (S)  M  变化即由 q 变化引起  M 变化

g=const S≤od段:由于S↑→>Q个→M↑→A个,但此时四未充满,流动时 rn↑,则M↓,综合结果,M增加较慢,比较平缓 S=b段:此时在回点处为临界状态,=0545,液流状态破坏 (涡轮靠外环,泵轮内散乱运动)。 在b点时,达到大循环运动状态,=057,此时 团由小循环→大循环时,圆突然变小,团,1 S>ob段:液流在大循环中运动,特性稳定 当S|由大变小时,上述特性变化为相反过程,但由于液体的惯性作用 和粘性影响,使不稳定点发生变化,相应的S也变为a=048和b=0.543 对于不同的充液量回,有不同的临界点位置。在临界区内工作,偶合 器将不稳定,产生周期性振动

q  const S  oa 段：由于 S  QB  M   M  ，但此时 q 未充满，流动时 rB1  ，则 M  ，综合结果， M 增加较慢，比较平缓。 S  ab 段：此时在 a 点处为临界状态，S  0.545 在 b 点时，达到大循环运动状态，S  0.57 ，此时 B1 r 由小循环大循环时， B1 r 突然变小， M  。 ，液流状态破坏 （涡轮靠外环，泵轮内散乱运动）。 当 S 由大变小时，上述特性变化为相反过程，但由于液体的惯性作用 S 也变为 a   0.48 和 b  0.543 对于不同的充液量 q ，有不同的临界点位置。在临界区内工作，偶合 和粘性影响，使不稳定点发生变化，相应的 器将不稳定，产生周期性振动。 S  ob 段：液流在大循环中运动，特性稳定

、偶合器部分充液时稳定工作的措施 1.内侧挡板 为了消除在部分充液时的不稳定特性,采用在循环圆内侧安装挡板 挡板外径因D ≥0.55 D 具体数值由试验确定 通常用水作工作液时,=05 D 也有试验表明 04时,可在各种充液时,保持特性稳定 D 挡板作用:当S小时,偶合器为小循环运动,泵轮进口平均流线半径 ,挡板不影响液流运动。当S个,偶合器液流由小循环 向大循环运动过渡时,挡板发生作用,泵轮进口的平均流线 半径圖。而圖≈,则消除了性能突变,保证偶合器 性能稳定。同时挡板可降低偶合器的过载系数T,对作牵引 用较为有利 8

二、偶合器部分充液时稳定工作的措施 1. 内侧挡板 为了消除在部分充液时的不稳定特性，采用在循环圆内侧安装挡板。 挡板外径 r(b ) : Db  0.55 D Db 通常用水作工作液时，  0.5 D Db 也有试验表明，  0.4 D Db 挡板作用：当 S 小时，偶合器为小循环运动，泵轮进口平均流线半径 B1 r ，挡板不影响液流运动。当 S  向大循环运动过渡时，挡板发生作用，泵轮进口的平均流线 B1 r  。而 B1 B1 r   r 同时挡板可降低偶合器的过载系数 T 0 用较为有利。 具体数值由试验确定。 时，可在各种充液时，保持特性稳定。 ，偶合器液流由小循环 半径 ，则消除了性能突变，保证偶合器 性能稳定。 ，对作牵引

挡板 BInT

挡板

2偶合器辅室 将涡轮壳与泵轮旋转外壳之间的空间增大,形成辅室。利用辅室中 充液量的变化达到特性稳定。 当=1时,辅室中的液体与叶轮中保持压力平衡(团点压力),液体与 偶合器一起旋转,柱面半径为团。 当区<1时,循环圆的离心力大于辅室中的离心力,则液体流入辅室内,一 使辅室体积四增加,液体半径为r,p<r 由于偶合器中总液量一定,则在循环圆中起动力传递作用的液体随团小 而减小,则扭矩系数下降,因而偶合器的过载系数减小,达到稳定特性的目的

当 i  1 时，辅室中的液体与叶轮中保持压力平衡（ A 偶合器一起旋转，柱面半径为 r 。 当 i  1 使辅室体积 Vf 增加，液体半径为 f r ，r r f  由于偶合器中总液量一定，则在循环圆中起动力传递作用的液体随 i  而减小，则扭矩系数下降，因而偶合器的过载系数减小，达到稳定特性的目的。 点压力），液体与 时，循环圆的离心力大于辅室中的离心力，则液体流入辅室内， 2.偶合器辅室 将涡轮壳与泵轮旋转外壳之间的空间增大，形成辅室。利用辅室中 充液量的变化达到特性稳定