液力自动变矩器的结构和工作原理概要

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1、会计学1液力自动变矩器的结构和工作原理概要液力自动变矩器的结构和工作原理概要学习目标学习目标n n了解液力耦合器的结构和工作原理n n掌握液力变矩器的结构和工作原理n n学会液力变矩器的增距作用原理n n了解闭锁式液力变矩器的结构及其作用第1页/共45页液力变矩器液力变矩器液力偶合器液力偶合器只传递转矩但不能改只传递转矩但不能改变转矩，早期的自动变转矩，早期的自动变速器多用变速器多用可传递转矩又能改可传递转矩又能改变转矩变转矩 利用液体在循环流动过程中动能的变化来传递动力的第2页/共45页不同型号的液力不同型号的液力变矩器，结构和变矩器，结构和原理相同？原理相同？自动变速器自动变速器的结构相同

2、的结构相同吗？为什么吗？为什么？第3页/共45页n n 本章主要介绍基本的液力偶合器和液力变矩器的结构和工作原理第4页/共45页2.1 液力耦合器液力耦合器n n2.1.1 液力耦合器的结构图2-1 液力偶合器结构示意图液力偶合器的结构：由液力偶合器的结构：由壳体、泵轮和涡轮壳体、泵轮和涡轮组成，内部设组成，内部设有导环有导环。第5页/共45页传动介质：自动变速器油（传动介质：自动变速器油（ATF）液力偶合器液力偶合器壳体与发动机飞轮相连接，涡轮壳体与发动机飞轮相连接，涡轮与齿轮机构的输入轴相连接。与齿轮机构的输入轴相连接。工作原理：以工作原理：以ATF作为传动介质，作为传动介质，利用液体在主

3、、从动元件之间循利用液体在主、从动元件之间循环流动过程中动能的变化来传递环流动过程中动能的变化来传递动力。动力。能量传递的线路：能量传递的线路：发动机飞轮发动机飞轮液力耦合器外壳液力耦合器外壳泵轮泵轮ATF涡轮涡轮齿轮机构输入轴齿轮机构输入轴第6页/共45页n n2.1.2 2.1.2 液力耦合器的工作原理液力耦合器的工作原理第7页/共45页 液力偶合器的液力偶合器的工作原理工作原理 动力传输：将电扇动力传输：将电扇A A与电扇与电扇B B隔开隔开几厘米，相对放置，然后打开电扇几厘米，相对放置，然后打开电扇A A，则则A A会在两电扇间产生流动的空气，由会在两电扇间产生流动的空气，由电扇电扇A

4、 A产生的气流冲击电扇产生的气流冲击电扇B B的叶片，的叶片，使电扇使电扇B B转动。转动。换句话说，电扇换句话说，电扇A A与与B B之间的动力传之间的动力传送是以空气为介质而实现的。偶合器送是以空气为介质而实现的。偶合器的工作原理也是如此，泵轮相当于电的工作原理也是如此，泵轮相当于电扇扇A A，涡轮相当于电扇，涡轮相当于电扇B B。只是现在是。只是现在是以变速器液为介质，而不是以空气。以变速器液为介质，而不是以空气。2.1.2 液力耦合器的工作原理液力耦合器的工作原理第8页/共45页图图2-2 液力偶合器工作示意图液力偶合器工作示意图 由于泵轮和涡轮的半由于泵轮和涡轮的半径相等，故当泵轮的

5、转速径相等，故当泵轮的转速大于涡轮的转速时，泵轮大于涡轮的转速时，泵轮叶片外缘的液压力大于涡叶片外缘的液压力大于涡轮叶片外缘的液压力，于轮叶片外缘的液压力，于是，油液不仅随工作轮绕是，油液不仅随工作轮绕其旋转轴线作圆周运动，其旋转轴线作圆周运动，而且在上述压力差的作用而且在上述压力差的作用下，沿循环圆作如箭头所下，沿循环圆作如箭头所示方向的循环流动。其形示方向的循环流动。其形成的流线如同一个首尾相成的流线如同一个首尾相连的环形螺旋线。连的环形螺旋线。2.1.2 液力耦合器的工作原理液力耦合器的工作原理第9页/共45页 当发动机运转时，曲轴带动液力偶合器的壳体和泵轮当发动机运转时，曲轴带动液力偶

6、合器的壳体和泵轮旋转，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随泵轮一同旋旋转，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随泵轮一同旋转。在离心力的作用下，液压油从泵轮叶片内缘被甩向外转。在离心力的作用下，液压油从泵轮叶片内缘被甩向外缘，并从外缘冲向涡轮叶片，使涡轮在液压油的冲击作用缘，并从外缘冲向涡轮叶片，使涡轮在液压油的冲击作用下旋转；冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，下旋转；冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮的内缘，被泵轮再次甩向外缘。返回到泵轮的内缘，被泵轮再次甩向外缘。2.1.2 液力耦合器的工作原理液力耦合器的工作原理第10页/共45页n n 液力偶合器实现传动的必要条件：

7、液力偶合器实现传动的必要条件：n n油液在泵轮和涡轮之间有循环流油液在泵轮和涡轮之间有循环流动，而循环流动的产生是由于两个工作轮转动，而循环流动的产生是由于两个工作轮转速不等，使两轮叶片的外缘处产生液压差所速不等，使两轮叶片的外缘处产生液压差所致。致。n n故液力偶合器在正常工作时，故液力偶合器在正常工作时，泵轮转速总是大于涡轮转速，如果二者转速泵轮转速总是大于涡轮转速，如果二者转速相等，则液力偶合器不会起传动作用。相等，则液力偶合器不会起传动作用。第11页/共45页n n由于液体在液由于液体在液力偶合器中作循环流动时，力偶合器中作循环流动时，没有受到其他任何附加外力，没有受到其他任何附加外力

8、，故发动机作用在泵轮上的转故发动机作用在泵轮上的转矩与涡轮所接受并传给从动矩与涡轮所接受并传给从动轴的转矩相等，即液力偶合轴的转矩相等，即液力偶合器不起传递转矩的作用，而器不起传递转矩的作用，而不改变转矩大小。不改变转矩大小。第12页/共45页n n2.1.3 液力耦合器的工作效率MB=MW 液力偶合器的传动效率等于其转速比。涡液力偶合器的传动效率等于其转速比。涡轮与泵轮的转速差越大，转速比越小，传动效率轮与泵轮的转速差越大，转速比越小，传动效率越低。反之，转速比越大，传动效率越高。越低。反之，转速比越大，传动效率越高。第13页/共45页图2-3 液力耦合器的特性曲线0(%)i=1i 理论上说

9、，当涡轮转速等于泵轮转速时，效率为100%。实际上，如涡轮转速等于泵轮转速，则涡轮与泵轮叶片外缘处的液压力相等，从而使得偶合器内的循环流动停止，泵轮与涡轮间不再有能量传递，故传递效率为0.一般而言，液力偶合器的最高效率可达97%左右。第14页/共45页 偶合器的缺陷偶合器的缺陷 液体流动的过液体流动的过程如左图所示，程如左图所示，当泵轮的液体冲当泵轮的液体冲击涡轮之后，返击涡轮之后，返回到泵轮，此时回到泵轮，此时液体作用的结果液体作用的结果在阻止泵轮的旋在阻止泵轮的旋转，导致发动机转，导致发动机功率损失。功率损失。泵轮涡轮泵轮问：液力偶合器能够传递扭矩，但是为何现在没有在自动变速器中采用？阻力

10、阻力第15页/共45页液力偶合器的优势与不液力偶合器的优势与不足足优势：优势：1、泵轮和涡轮允许存在转速差，发动机可以在传动系不断、泵轮和涡轮允许存在转速差，发动机可以在传动系不断开时保持运转；开时保持运转；2、ATF作为传动介质，能保证汽车起步和加速的稳定性；作为传动介质，能保证汽车起步和加速的稳定性；3、能够缓冲和衰减传动系的运转振动，防止传动系过载；、能够缓冲和衰减传动系的运转振动，防止传动系过载；不足：不足：液力偶合器只传递转矩，而不能改变转矩的大小。液力偶合器只传递转矩，而不能改变转矩的大小。第16页/共45页2.2 液力变矩器液力变矩器n n2.2.1 液力变矩器的结构图2-4 液

11、力变矩器结构示意图液力变矩器的结构：由壳体、泵轮、涡轮和导轮组成；液力变矩器的结构：由壳体、泵轮、涡轮和导轮组成；第17页/共45页液力变矩器液力变矩器液力变矩器和液力偶合器结构上的区别：液力变矩器和液力偶合器结构上的区别：1、泵轮和涡轮叶片的形状设计能将工作液流动的扰、泵轮和涡轮叶片的形状设计能将工作液流动的扰动降到最小，减少能量的损失；动降到最小，减少能量的损失；2、增加了导轮、增加了导轮具有增大转矩的作用。具有增大转矩的作用。结构形式：组装式（可拆）和焊接式（不可拆）结构形式：组装式（可拆）和焊接式（不可拆）。第18页/共45页2.2.2 2.2.2 液力变矩器的工作原理液力变矩器的工作

12、原理液力变矩器的工作原理液力变矩器的工作原理泵轮由曲轴驱动，涡泵轮由曲轴驱动，涡轮转轮与变速器输入轴连接，轮转轮与变速器输入轴连接，导轮由单向离合器及定轮轴与导轮由单向离合器及定轮轴与变速器壳体固定，所有这些部变速器壳体固定，所有这些部件则全部安装于变矩器壳体内。件则全部安装于变矩器壳体内。变矩器内充满由泵提供的自动变矩器内充满由泵提供的自动变速器油。变速器油被泵轮甩变速器油。变速器油被泵轮甩出，成为一股强大油流，推动出，成为一股强大油流，推动变矩器蜗轮转动。变矩器蜗轮转动。第19页/共45页n n2.2.2 液力变矩器的工作原理图2-5 液力变矩器工作轮展开示意图B-泵轮；W-涡轮；D-导轮

13、第20页/共45页图2-6 液力变矩器工作原理图第21页/共45页2.原理泵轮的力矩MB，涡轮的力矩MW，导轮推动油的力矩MD MB+MD=MW MWMB三三三三 .液力变矩器液力变矩器液力变矩器液力变矩器 当液流冲击进入涡流时，对涡当液流冲击进入涡流时，对涡轮有一作用力矩，此为泵轮给液轮有一作用力矩，此为泵轮给液流的力矩；当液流从涡轮流出冲流的力矩；当液流从涡轮流出冲击导轮时，对导轮也有一作用力击导轮时，对导轮也有一作用力矩，因导轮被固定在变速器壳体矩，因导轮被固定在变速器壳体上，从而导轮给液流的反作用力上，从而导轮给液流的反作用力矩通过液流再次作用在涡轮上，矩通过液流再次作用在涡轮上，使得

14、涡轮的转矩等于泵轮转矩与使得涡轮的转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和导轮转矩之和。第22页/共45页n n当当n nw ,w ,液流绝液流绝对速度对速度v v方向继续向左倾，方向继续向左倾，如图如图v v3 3所示，液流冲击导轮所示，液流冲击导轮叶片反面，导轮转矩方向叶片反面，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，则与泵轮转矩方向相反，则涡流转矩为前二者转矩之涡流转矩为前二者转矩之差，差，MMWW=M=MB B-M-MDD所以变矩器所以变矩器输出转矩反而比输入转矩输出转矩反而比输入转矩小。当涡轮转速增大到与小。当涡轮转速增大到与泵轮转速相等时，工作液泵轮转速相等时，工作液在循环圆内的循环流动停在循环圆内

15、的循环流动停止，不能传递动力。止，不能传递动力。第23页/共45页n n2.2.3 液力变矩器特性及工作效率，MW0nB=常数=f(nW)MW=f(nW)MW=f(nW)nW图2-7 液力变矩器的特性曲线 涡轮转矩是随涡轮转速的改变而连续变化的。当汽车起步，上坡或遇到较大阻力时，如果发动机的转速和负荷不变则车速将下降，即涡轮转速降低。于是涡轮转矩相应增大，因而使驱动轮获得较大的力矩，保证汽车能克服增大的阻力而继续行驶。所以液力变矩器本身就是一种能随汽车行液力变矩器本身就是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变输出转矩的驶阻力的不同而自动改变输出转矩的无级变速器。此外，液力变矩器同样无级变速器。此

16、外，液力变矩器同样也具备使汽车平稳起步，衰减传动系也具备使汽车平稳起步，衰减传动系的扭转振动，防止传动系超载等作用。的扭转振动，防止传动系超载等作用。由图中也可看出，液力变矩器的效率曲线随涡轮转速变化呈两头小，中间大的形态，最高效率接近90%。第24页/共45页n n2.2.4 典型液力变矩器介绍n n1.1.三元件综合式液力变矩器三元件综合式液力变矩器n n综合式液力变矩器：综合式液力变矩器：可以转入液力偶合器工况工作可以转入液力偶合器工况工作的变矩器。的变矩器。n n组成：泵轮、涡轮、导轮、单组成：泵轮、涡轮、导轮、单向离合器向离合器n n特点：变矩器壳体由前半部外特点：变矩器壳体由前半部

17、外壳与泵轮两部分焊接而成。壳与泵轮两部分焊接而成。第25页/共45页图2-8 三元件综合式液力变矩器图2-9 液力变矩器的单向离合器第26页/共45页为什么要使用综合式液力变矩器？为什么要使用综合式液力变矩器？为什么要使用综合式液力变矩器？为什么要使用综合式液力变矩器？n n因为当涡轮处于低速和中速段因为当涡轮处于低速和中速段时，可利用液力变矩器能增大输入转矩的特时，可利用液力变矩器能增大输入转矩的特点，而在涡轮处于高速段时，可利用液力偶点，而在涡轮处于高速段时，可利用液力偶合器高效率的特点，即结合了普通液力变矩合器高效率的特点，即结合了普通液力变矩器和偶合器的优点。器和偶合器的优点。第27页

18、/共45页，KKbaK=1ik=10i图2-10 三元件综合液力变矩器特性 1.1.变矩系数变矩系数K K为液力变矩器为液力变矩器输出转矩与输入转矩之比输出转矩与输入转矩之比。K=MW/MB2.转速比转速比i=nw/nb3.b为变矩器的效率，为变矩器的效率，a为偶合器的效率。为偶合器的效率。所以说，液力变矩器所以说，液力变矩器在低速时按变矩器特性工在低速时按变矩器特性工作，当转速比作，当转速比i=ik-1i=ik-1后，后，转为偶合器特性工作，从转为偶合器特性工作，从而扩大了高效率工作范围。而扩大了高效率工作范围。偶合工偶合工况点况点第28页/共45页n n2 2、四元件综合式液力变矩器、四元

19、件综合式液力变矩器n n 具备双导轮，使得高效率的区具备双导轮，使得高效率的区域更宽。域更宽。图2-11 四元件综合式液力变矩器第29页/共45页图2-11 四元件综合式液力变矩器两个导两个导轮具有轮具有不同的不同的叶片进叶片进口角度口角度第30页/共45页n n 工作原理：n n 两个导轮具有不同的叶片进口角度，两个导轮具有不同的叶片进口角度，在低转速比时，两个导轮均被单向离合器锁在低转速比时，两个导轮均被单向离合器锁住，按变矩器工作。在中转速比时，涡流出住，按变矩器工作。在中转速比时，涡流出口液流开始冲击第一导轮叶片背面，第一单口液流开始冲击第一导轮叶片背面，第一单向离合器松开，第一导轮与

20、涡轮同向旋转，向离合器松开，第一导轮与涡轮同向旋转，仅第二导轮仍在起变矩作用。在高转速比时，仅第二导轮仍在起变矩作用。在高转速比时，涡轮出口液流冲击第二导轮叶片背面，其单涡轮出口液流冲击第二导轮叶片背面，其单向离合器松开，第二导轮也与涡轮作同向旋向离合器松开，第二导轮也与涡轮作同向旋转，变矩器全部转入偶合器工况工作。转，变矩器全部转入偶合器工况工作。第31页/共45页n n 20 20世纪世纪6060年代到年代到8080年代我国生产的红旗年代我国生产的红旗CA770CA770高级轿车的高级轿车的液力变矩器，采用的就是双导轮结构，增大了变矩器的高效率工液力变矩器，采用的就是双导轮结构，增大了变矩

21、器的高效率工作范围，但因结构更加复杂，近十多年已经很少使用。作范围，但因结构更加复杂，近十多年已经很少使用。第32页/共45页n n汽车使用液力变矩器，具有很汽车使用液力变矩器，具有很多优点，如提高了汽车起步性能、加速性能多优点，如提高了汽车起步性能、加速性能和换档性能，增加了动力传动系统的减振隔和换档性能，增加了动力传动系统的减振隔振，减小了动载荷，使工作寿命延长等。但振，减小了动载荷，使工作寿命延长等。但是液力变矩器存大着液力损失，与机械传动是液力变矩器存大着液力损失，与机械传动相比其效率降低，且效率曲线随工况变化，相比其效率降低，且效率曲线随工况变化，最高效率也只有最高效率也只有85%-

22、90%85%-90%，因而在正常行驶，因而在正常行驶时油耗较高，经济性差。同时其效率低，损时油耗较高，经济性差。同时其效率低，损失的能量转变成热量，必须进行强制散热，失的能量转变成热量，必须进行强制散热，从而增大了自动变速器的体积和质量。从而增大了自动变速器的体积和质量。第33页/共45页n n在平坦路面上行驶时，液力传在平坦路面上行驶时，液力传动的优点不太明显，相反机械传动，则可提动的优点不太明显，相反机械传动，则可提高效率，改善经济性。这种情况下，出现了高效率，改善经济性。这种情况下，出现了闭锁式液力变矩器，可实现液力变矩器传动闭锁式液力变矩器，可实现液力变矩器传动和机械直接传动两种工况，

23、将两种传动的优和机械直接传动两种工况，将两种传动的优点结合起来点结合起来第34页/共45页n n3 3、闭锁式液力变矩器、闭锁式液力变矩器n n在平坦路面上及高在平坦路面上及高速行驶时可实现直接传动，将速行驶时可实现直接传动，将液力变矩器传动和机械直接传液力变矩器传动和机械直接传动两种优点结合于一体。动两种优点结合于一体。n n内部有一个由液压内部有一个由液压操纵的闭锁离合器，或称锁止操纵的闭锁离合器，或称锁止离合器。离合器。第35页/共45页图2-12 闭锁式液力变矩器从动盘（压盘）从动盘（压盘）主动盘主动盘锁止控制阀接通变锁止控制阀接通变矩器压力油路时矩器压力油路时锁止控制阀接通变锁止控制

24、阀接通变矩器回油路时矩器回油路时第36页/共45页锁止控制阀接通变锁止控制阀接通变矩器压力油路时矩器压力油路时 压盘两侧的压力相同，闭锁离合器呈分离状态，动力须经液力变矩器传递，可充分发挥液力传动减振吸振、自适应行驶阻力剧烈变化的优点，适合于汽车起步、换档或在坏路面上行驶工况使用。第37页/共45页锁止控制阀接通变锁止控制阀接通变矩器回油路时矩器回油路时 闭锁离合器接合，动力经闭锁离合器实现机械传动，此时泵轮与涡轮成为刚性联接发，传动效率高，提高了汽车行驶速度和燃油经济性。第38页/共45页n n闭锁离合器接合时，导轮单向离闭锁离合器接合时，导轮单向离合器即脱开，导轮自由旋转，涡轮与泵轮同合器

25、即脱开，导轮自由旋转，涡轮与泵轮同速转动，但与导轮有一定的转速差，因此变速转动，但与导轮有一定的转速差，因此变矩器内仍有少量的油液循环流动，从而有一矩器内仍有少量的油液循环流动，从而有一定的液力损失，即成为机械传动，此时传动定的液力损失，即成为机械传动，此时传动效率略低于效率略低于100%100%。n n 锁止控制阀的操纵，可以根据锁止控制阀的操纵，可以根据车速、节气门参数按比例转换的液压信号进车速、节气门参数按比例转换的液压信号进行控制。现在在多采用的是根据车速、节气行控制。现在在多采用的是根据车速、节气门参数按比例转换的电压信号，邮电脑控制。门参数按比例转换的电压信号，邮电脑控制。第39页

26、/共45页n n2.2.5 液力变矩器的冷却补偿系统n n 液力变矩器工作时总存在一些功率损液力变矩器工作时总存在一些功率损失，这些损失的能量大都被变矩器内的油液失，这些损失的能量大都被变矩器内的油液以内部摩擦的形式转变为热量。如果这些热以内部摩擦的形式转变为热量。如果这些热量不及时散出，变矩器内的油液温度就会急量不及时散出，变矩器内的油液温度就会急剧升高，导致变矩器不能工作，因此必须对剧升高，导致变矩器不能工作，因此必须对变矩器内的油液进行强制冷却。变矩器内的油液进行强制冷却。第40页/共45页图2-13 变矩器冷却补偿油路系统图第41页/共45页本章小结本章小结n n1.1.液力偶合器只传

27、递转矩而不能改变转矩，而液液力偶合器只传递转矩而不能改变转矩，而液力变矩器，既可传递转矩又可改变转矩。力变矩器，既可传递转矩又可改变转矩。n n2.2.液力偶合器传递动力的过程是：泵轮接受发动液力偶合器传递动力的过程是：泵轮接受发动机传来的机械能，在液体从泵轮叶片内缘向外缘机传来的机械能，在液体从泵轮叶片内缘向外缘流动的过程中，将能量传给油液，使其动能提高流动的过程中，将能量传给油液，使其动能提高工作效率然后再通过高速流动的油液冲击涡轮叶工作效率然后再通过高速流动的油液冲击涡轮叶片，将动能传给涡轮。片，将动能传给涡轮。n n3.3.与液力偶合器不同的是，在液力变矩器的泵轮与液力偶合器不同的是，

28、在液力变矩器的泵轮和涡轮之间，安装有导轮。和涡轮之间，安装有导轮。第42页/共45页本章小结本章小结n n4.4.对于液力变矩器，在液体循环流动的过程中，对于液力变矩器，在液体循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。n n5.5.闭锁式液力变矩器，可以实现液力变矩器传闭锁式液力变矩器，可以实现液力变矩器传动和机械直接传动两种工况，把两者优点结动和机械直接传动两种工况，把两者优点结合于一体。合于一体。第43页/共45页n n本章作业：n n画出三元件式液力变矩器的结构简图？画出三元件式液力变矩器的结构简图？第44页/共45页