10.2液力变矩器（课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（武汉大学出版社）

液力变矩器 2 1 普通液力变矩器由可转动的泵轮和蜗轮，以及固定不动的导轮这三个基本元件组成，如图10-3（a）所示。汽车所用液力变矩器的工作轮一般都是由钢板冲压焊接而成的，而工程机械和一些军用车辆所用液力变矩器的工作轮则是用铝合金精密铸造成的。 与液力耦合器不同的是，在液力变矩器的泵轮和蜗轮之间安装有导轮，并与泵轮和蜗轮保持一定的轴向间隙，导轮通过导轮固定套管固定在变速器壳体上。所有工作轮在装配后形成的环状体的断面，称为变矩器循环圆，如图10-3（b）所示。 一、液力变矩器的组成 2 同液力耦合器一样，液力变矩器在正常工作时贮于环形腔内的油液，除有绕变矩器轴线的圆周运动外，还有在循环圆中的循环流动，故可将转矩从泵轮传至蜗轮。 与液力耦合器不同的是，液力变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着蜗轮转速的不同自动地改变蜗轮所输出的转矩值，即“变矩”。 液力变矩器之所以能起变矩作用，就是因为在结构上比耦合器多了一个导轮机构。在液体循环流动的过程中，固定不动的导轮给蜗轮一反作用力矩，使蜗轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。 现以变矩器工作轮的展开图来说明液力变矩器的工作原理。如图10-4（a）所示，工作轮循环圆中间流线将三个工作轮叶片假想地展开，得到泵轮、蜗轮和导轮的环形平面图，如图10-4（b）、图10-4（c）所示。各叶轮叶片的形状和进出口角度也在图中标注。 二、液力变矩器的工作原理 3 二、液力变矩器的工作原理 4 为便于说明，设发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮的转速nB及转矩MB为常数。先以汽车起步工况为例进行讨论。 当发动机运转而汽车还未起步时，蜗轮转速nW为零，如图10-4（b）所示。变速器油在泵轮叶片带动下，以一定的绝对速度沿图中箭头1 的方向冲向蜗轮叶片，对蜗轮有一作用力，产生绕蜗轮轴的转矩，即液力变矩器的输出转矩。因此时蜗轮静止不动，液流则沿着叶片流出蜗轮并冲向导轮，其方向如图中箭头2所示，该液流也对导轮产生作用力矩。然后液流再从固定不动的导轮叶片沿箭头3 的方向流回泵轮中。当液流流过叶片时，对叶片作用有冲击力矩，根据作用力与反作用力定律，液流此时也会受到叶片的反作用力矩，其大小与作用力矩相等，方向相反。作用力矩或反作用力矩的方向及大小与液流进出工作轮的方向有关。设泵轮、蜗轮和导轮对液流的作用力矩分别为MB、 MW和MD，方向如图10-4(b)中箭头所示。根据液流受力平衡条件，三者在数值上满足关系式MW=MB+MD，即蜗轮转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和。显然，此时蜗轮转矩MW大于泵轮转矩MB，即液力变矩器起到了增大转矩的作用。也可以理解为，当液流冲击进入蜗轮时，对蜗轮有一作用力矩，此为泵轮给液流的力矩；当液流从蜗轮流出冲击导轮时，对导轮也有一作用力矩，因导轮被固定在变速器壳体上，从而导轮给液流的反作用力矩通过液流再次作用在蜗轮上，使得蜗轮的转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和。 二、液力变矩器的工作原理 5 当液力变矩器输出的转矩，经传动系统传到驱动轮上所产生的牵引力足以克服汽车起步阻力时，汽车即起步并开始加速，与之相连的蜗轮转速nW也从零开始逐渐增加。我们定义液流沿叶片方向流动的速度为相对速度w，在叶轮的作用下所具有的沿圆周方向运动的速度为牵连速度u，两者的矢量和为绝对速度v。蜗轮转速nW不为零时，液流在蜗轮出口处不仅具有相对速度w，而且具有牵连速度u1，故冲向导轮叶片的液流的绝对速度v1为两者的合成速度，如图10-4（c）所示。因假设泵轮转速不变，即液流循环流量基本不变，故蜗轮出口处的相对速度w不变，变化的只是蜗轮转速nW，即牵连速度u发生变化。如图10-4所示，冲向导轮叶片的液流的绝对速度v将随牵连速度u的增加而逐渐向左倾斜，使导轮上所受转矩值逐渐减小。 当蜗轮转速增大到一定值时，由蜗轮流出的速度为v2的液流正好沿导轮出口方向冲向导轮。由于液体流经导轮时方向不改变，故导轮转矩MD为零，即蜗轮转矩与泵轮转矩相等，MW=MB。 二、液力变矩器的工作原理 6 若蜗轮转速nW继续增大，液流绝对速度v方向继续向左倾，如图10-4（c）中v3所示方向，液流冲击导轮叶片反面，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，则蜗轮转矩为前两者转矩之差，即MW=MB－MD，变矩器输出转矩反而比输入转矩小。当蜗轮转速nW增大到与泵轮转速nB相等时，工作液在循环圆内的循环流动停止，不能传递动力。 蜗轮转矩是随蜗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，即蜗轮转速降低。于是，蜗轮转矩相应增大，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。因此，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无级变速器。此外，液力变矩器同样也具备使汽车平稳起步