104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岀轴上的涡轮数目称为¨级ˆ。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杋械变矩器。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1l对外输出。导轮8通过导轮座1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1i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“0值一般为3~4,最高效率=0.85~0.90。 1413 6 11 10 8 图10-10YB355-2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 机座10-油泵轴11涡轮空心轴12-导轮座13-油封14泵轮套
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
28 0.6 16 12 020.40.50.81.0 图10-11YB355-2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1)范围内,导轮被离 合器楔住,不会转动,是变矩工况;1>(K=1)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,7=K=i 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K=K0~1的传动比范围 10 0.6 b) 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2=0~4(约为0~0.56)时,由于负载大,涡轮转速低,致使导轮l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K,增大了起动力矩。 (2)当=1~zm(约为056-084)时,涡轮负载变小,而转速升高,此时导轮的力矩n为负,被单向 离合器松开而转动,导轮∏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K值有所下降,但K值仍然较大,效率η也仍然较大。 (3)当>(约 0.84 ,K=1)时,负载较小转速较高,此时导轮I、Ⅲ的力矩 D均为负 值,都被单向离合器松开而转动,转动后my=Mm=0,使变矩器工作在偶合工况,偶合工况时K=1,效率 7=2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(K=1后),AB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10-11 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
0.10 查L 0.20.40.6B.8 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“里斯霍姆一斯密 司”( Lysholm-Smith)就属此种。它虽有较高的K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。 B .10 0.2.40.6 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 B 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10-15 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
3.2 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2l经过増速后直接冋变速器输岀动力。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 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,仅有第二涡轮轴输岀动力。机械传动机构能够起到起步、重载时两涡轮共同输岀动 力,轻载时仅有第二涡轮单独输岀动力的作用。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21=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,勾《≮ a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MB)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294~294KW,发动机转速为1500~2400rmin
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MB）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