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一、简介
液力偶合器是利用液体的动能而进行能量传递的一种液力传动装置,它以液体油作为工作介质,通过泵轮和涡轮将机械能和液体的动能相互转化,从而连接原动机与工作机械实现动力的传递。液力偶合器按其应用特性可分为三种基本类型,即普通型、限矩型、调速型及两个派生类型:液力偶合器传动装置与液力减速器。
二、概念
液力偶合器是利用液体的动能而进行能量传递的一种液力传动装置,它以液体油作为工作介质,通过泵轮和涡轮将机械能和液体的动能相互转化,从而连接原动机与工作机械实现动力的传递。液力偶合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器,下图是液力偶合器的实物图。
三、分类
液力偶合器按其应用特性可分为三种基本类型,即普通型、限矩型、调速型及两个派生类型:液力偶合器传动装置与液力减速器。
1、普通型
   普通型液力偶合器是 简单的一种液力偶合器,它是由泵轮1、涡轮2、外壳皮带轮3等主要元件构成,如下图所示。它的工作腔体容积大、效率高( 效率达0.96~0.98),传动力矩可达6倍~7倍的额定力矩。但因过载系数大,过载保护性能很差,所以一般用于隔离振动、缓减启动冲击或做离合器用。
2、限矩型
   常见的限矩型液力偶合器有静压泄液式、动压泄液式和复合泄液式三种基本结构。前两种在建设机械中用得较为广泛。
(1)静压泄液式液力偶合器
静压泄液式液力偶合器结构图。为了减小液力偶合器的过载系数,提高过载保护性能,在高传动比时有较高的力矩系数和效率,因此,在结构上与普通型液力偶合器有所不同。它的主要特点是泵轮2、涡轮3对称布置,并且有挡板5和侧辅腔4。挡板装在涡轮出口处,起导流和节流作用。这种液力偶合器是在部分充液条件下工作的。
这种液力偶合器,在高速传动比时,侧辅腔存油很少,因而传动力矩较大;而在低传动比时,侧辅腔存油较多,使特性曲线较为平坦,能较好地满足工作机械的要求。但需指出的是,由于液体出入侧辅腔跟随负载变化而反应速度慢,所以不适于负载突变和频繁启动、制动的工作机械。因为这种液力偶合器多用于车辆的传动中,所以也称为牵引型液力偶合器。
(2)动压泄液式液力偶合器
动压泄液式液力偶合器能够克服静压泄液式液力偶合器在突然过载时难以起到过载保护作用的缺点。下图是动压泄液式液力偶合器的结构图。
输入轴套1通过弹性联轴器及后辅腔外壳9而与泵轮4连接在一起,涡轮7用输出轴套8与减速器或工作机械相连起来,易熔塞6起过热保护作用。这种液力偶合器有前辅腔2和后辅腔3,前辅腔是泵轮、涡轮中心部位的无叶片空腔;后辅腔是由泵轮外壁与后辅腔外壳9所构成。前后辅腔有小孔相通,后辅腔有小孔与泵轮相通,前后辅腔与泵轮一起转动。
后辅腔的另一作用是“延充”,延充作用可改善启动性,当发动机开始启动时(涡轮还没有转动),工作腔液体呈大循环,使液体充满前辅腔后又经小孔f进入后辅腔。由于工作腔充液量很少,力矩很小,因而发动机可轻载启动。随着发动机转速(也即泵轮转速)的升高,后辅腔内的液体因形成的油环压力增加而沿小孔进人工作腔,又使工作腔的充液量增加,这就是“延充”。由于延缓充液作用,涡轮力矩增加,力矩达到启动力矩后,涡轮开始转动。
3、调速型
调速型液力偶合器主要由泵轮、涡轮、勺管室等组成,如下图所示。当主动轴带动泵轮旋转时,在泵轮内叶片及腔的共同作用下,工作油将获得能量并在惯性离心力的作用下,被送到泵轮的外圆周侧,形成高速油流,泵轮外圆周侧的高速油流又以径向相对速度与泵轮出口的圆周速度组成合速度,冲入涡轮的进口径向流道,并沿着涡轮的径向流道通过油流动量矩的变化而推动涡轮旋转,油流至涡轮出口处又以其径向相对速度与涡轮出口处的圆周速度组成合速度,流入泵轮的径向流道,并在泵轮中重新获得能量。如此周而复始的重复,形成工作油在泵轮和涡轮中的循环流动圆。由此可见,泵轮把输入的机械功转换为油的动能,而涡轮则把油的动能转换成为输出的机械功,从而实现动力的传递。
调速型液力偶合器的无级变速是通过改变勺管的位置而改变循环圆中的工作油量实现的。当勺管插入液耦腔室的 深处时,循环圆中油量 小,泵轮和涡轮转速偏差大,输出转速 ;当勺管插入液耦腔室的 浅处时,循环圆中油量 大,泵轮和涡轮转速偏差小,输出转速 大。
调速型液力偶合器的泵轮和涡轮转速存在着一定的差值,这被称之为速度滑差。由粘性流体性质可知,耦合器滑差损失和轴承摩擦损失将生成大量的热,并被耦合器工作油吸收。耦合器滑差越大,转机功率越大,产生的热量越大。为了使耦合器油温不超过规定值,必须利用油循环系统把高温油带出,经过冷油器冷却后回到耦合器内,从而保证了液力偶合器内热量的平衡。不同的液力偶合器的油冷却方式是不同的,这也是液力偶合器在应用过程中一个比较重要的问题。
四、结构与原理
   液力偶合器结构形式比较多,不同的液力偶合器在结构与原理上略有不同,但是其基本原理是相同的,都是通过泵轮将机械能转化为液体的动能,再由流动的液体冲击涡轮,实现液体动能向机械能的转化,向外输出动力,如图2所示。下面分别介绍普通型、限矩型、调速型液力偶合器的典型结构与原理。