液力-第3章-液力耦合器

1、12 液力偶合器液力偶合器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的液力元件，主要由泵輪泵輪、渦輪渦輪和泵輪殼泵輪殼三部分組成（圖圖3-1）。a）外形圖）外形圖 b）剖視圖）剖視圖 圖圖3-1 液力偶合器液力偶合器 泵輪泵輪軸承軸承渦輪渦輪3c）偶合器的工作輪）偶合器的工作輪 圖圖3-1 液力偶合器液力偶合器 偶合器能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸間的柔性接合，并且當(dāng)工作液體與葉輪相互作用時(shí)，理論上能將主動(dòng)軸上的力矩大小不變地傳遞給從動(dòng)軸。因此，液力偶合器又稱液力聯(lián)軸器液力偶合器又稱液力聯(lián)軸器。泵輪殼泵輪殼渦輪渦輪泵輪泵輪43.1 3.1 液力偶合器的結(jié)構(gòu)組成液力偶合器的結(jié)構(gòu)組成 液力偶合器液力偶合器按其結(jié)構(gòu)型式不同，可

2、分為有內(nèi)環(huán)偶合器有內(nèi)環(huán)偶合器和無(wú)內(nèi)無(wú)內(nèi)環(huán)偶合器環(huán)偶合器兩類(lèi)（圖圖3-2所示所示）。a）有內(nèi)環(huán)偶合器）有內(nèi)環(huán)偶合器 b）無(wú)內(nèi)環(huán)偶合器）無(wú)內(nèi)環(huán)偶合器 圖圖3-2 偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖 泵輪和渦輪的內(nèi)、外側(cè)兩個(gè)環(huán)形曲面，分別稱為內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)和外環(huán)外環(huán)。通常將偶合器的泵輪和渦輪統(tǒng)稱為工作輪工作輪或葉輪葉輪。內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)53.2 3.2 液力偶合器的工作原理液力偶合器的工作原理3.2.13.2.1 液力偶合器的基本工作過(guò)程液力偶合器的基本工作過(guò)程 工作過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)與泵輪剛性連接的主動(dòng)軸主動(dòng)軸1旋轉(zhuǎn)，位于泵輪內(nèi)的工作液體由于受到泵輪葉片的作用而獲得能量，隨泵輪一起旋轉(zhuǎn)。離心力

3、離心力迫使液體沿圖圖3-2中所示箭頭方向向泵輪外緣流動(dòng)，從而把發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)變成泵輪內(nèi)工作液體的動(dòng)能動(dòng)能。圖圖3-2 偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)6圖圖3-2 偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖 由泵輪流出的液流由泵輪外緣處進(jìn)入渦輪入口，并沖擊渦輪葉片，同時(shí)液流被迫沿渦輪葉片間流道流動(dòng)。液流的速度減小，從而液體的能量傳遞給渦輪，并轉(zhuǎn)變成偶合器從動(dòng)軸從動(dòng)軸2（與渦輪剛性連接）上的機(jī)械能，使從動(dòng)軸從動(dòng)軸2以轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)。當(dāng)液體對(duì)渦輪作功降低能量以后，又重新回到泵輪，吸收能量，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，就實(shí)現(xiàn)了能量傳遞。Tn內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)7 一般情況

4、下，偶合器的渦輪轉(zhuǎn)速渦輪轉(zhuǎn)速 總是小于泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 ，所以泵輪出口處由速度產(chǎn)生的動(dòng)壓力動(dòng)壓力總是大于渦輪進(jìn)口處的動(dòng)動(dòng)壓力壓力。由于這一壓差壓差的存在，使得工作液體在泵、渦輪葉片間通道內(nèi)流動(dòng)，并總是沿著圖圖3-2中的箭頭所示方向進(jìn)行。TnBn內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)圖圖3-2 偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖 8 如果 ，即轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比 時(shí)，液體在兩輪間的離離心壓差心壓差為零，循環(huán)圓內(nèi)將不產(chǎn)生流動(dòng)，液力偶合器不傳遞力矩。但是，當(dāng)渦輪的轉(zhuǎn)速渦輪的轉(zhuǎn)速 大于泵輪的轉(zhuǎn)速泵輪的轉(zhuǎn)速 時(shí)，工作液體將發(fā)生與箭頭相反方向的流動(dòng)，渦輪將起到相當(dāng)于泵輪的作用，進(jìn)入反傳工況反傳工況。BTnnTB1innTn

5、Bn內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)圖圖3-2 偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖 9 液力偶合器液力偶合器循環(huán)圓循環(huán)圓表示兩個(gè)葉輪的形狀和相互位置，形象地說(shuō)明了偶合器的主要特征，因此，任何一種液力偶合器均可用其循環(huán)圓來(lái)表示。循環(huán)圓的最大直徑最大直徑D稱為循環(huán)圓的有效有效直徑直徑，它是液力偶合器的代表尺寸。內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)外環(huán)圖圖3-2 偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖 103.2.23.2.2 速度三角形速度三角形 圖圖3-3為液力偶合器的循環(huán)圓和泵輪（右）、渦輪（左）的液力偶合器的循環(huán)圓和泵輪（右）、渦輪（左）的速度三角形速度三角形。圖圖3-3 液力偶合器和速度三角形液力偶合器和速度三角

6、形 11 以泵輪為例，設(shè)泵輪內(nèi)充滿工作液體，并以轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則在泵輪進(jìn)口半徑泵輪進(jìn)口半徑 （即中間流線回轉(zhuǎn)曲面與葉片進(jìn)口處輪廓線交點(diǎn)處的半徑）處產(chǎn)生牽連速度牽連速度為 ，工作液體對(duì)葉片流道的相對(duì)速度相對(duì)速度為 ，則由牽連速度和相對(duì)速度矢量合成的絕對(duì)速度絕對(duì)速度為 。在泵輪出口半徑泵輪出口半徑 處產(chǎn)生牽牽連速度連速度 ，工作液體對(duì)葉片流道的相對(duì)速度相對(duì)速度為 ，由牽連速度和相對(duì)速度矢量合成的絕對(duì)速度絕對(duì)速度為 。泵輪進(jìn)口處的絕對(duì)速度絕對(duì)速度 取決于渦輪出口處的絕對(duì)速度絕對(duì)速度 ，泵輪進(jìn)口處的相對(duì)速度相對(duì)速度 的大小和方向，由泵輪進(jìn)口處的絕對(duì)速度 和牽連速度 的矢量差矢量差決定。當(dāng)進(jìn)

7、口處相對(duì)速度進(jìn)口處相對(duì)速度 的方向與進(jìn)口處葉片方向一致時(shí)，即為偶合器的無(wú)沖擊工況偶合器的無(wú)沖擊工況。對(duì)渦輪可進(jìn)行同樣的分析。B1vBnB1rB1uB1wB1vB2rB2uB2wB2vB1vT2vB1wB1uB1w12 泵輪的圓周速度泵輪的圓周速度BB1B130nurBB2B230nur渦輪的圓周速度渦輪的圓周速度 TT1T130nurTT2T230nurB2T1uu 正常工況下轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比 ，故，圓周速度圓周速度 和 。TB1innB1T2uu13 泵輪和渦輪出口處絕對(duì)速度的圓周分速度圓周分速度分別為B2uB2vuT2uT2vu泵輪和渦輪出口處軸面分速度軸面分速度分別為 B2mB2vwT2mT

8、2vw 泵輪和渦輪進(jìn)口處絕對(duì)速度等于前一葉輪的出口絕對(duì)速 度，即T1B2vvB1T2vv14 泵輪和渦輪進(jìn)出口速度三角形不是直角三角形，此時(shí)液流角和葉片角不相等，出現(xiàn)了沖擊損失沖擊損失，如圖如圖3-4所示所示。 為了使工作液體在工作腔內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)時(shí)損失盡量小，一般將各葉輪的葉片通道上各過(guò)流截面積都做成相等的。不考慮不考慮內(nèi)部漏損內(nèi)部漏損，即 時(shí)，根據(jù)連續(xù)性方程，平均流線上各點(diǎn)與截面垂直軸面速度相等，即BTQQB2mB1mT2mT1mmvvvvv圖圖3-4 液力偶合器葉片進(jìn)口液流沖擊液力偶合器葉片進(jìn)口液流沖擊這種損失只有當(dāng) 時(shí)才會(huì)消失，但此時(shí)循環(huán)流量已為零。 BTnn153.2.33.2.3 力

9、矩關(guān)系力矩關(guān)系 根據(jù)動(dòng)量矩方程動(dòng)量矩方程，可寫(xiě)出液力偶合器的泵輪葉片作用在液體上的力矩BB2u B2B1u B1()QMvrvrg（3-1） 對(duì)直葉片偶合器，有uBBcosvuvBB2 B2B1 B1()QMu ru rg或 BB2 B2B2B1 B1B1(coscos)QMv rv rg式中 Q單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)泵輪的液體流量； 工作液體的重度， ； 絕對(duì)速度與圓周速度的正向夾角g16 同理，可以寫(xiě)出液流作用在渦輪上的力矩為T(mén)T2u T2T1u T1()QMvrvrg（3-2） 或 TT2 T2T1 T1()QMu ru rg或 TT2 T2T2T1 T1T1(coscos)QMv rv rg將

10、式（式（3-1）和式（式（3-2）相加得 BTB2 B2B1 B1T2 T2T1 T1()()QMMu ru ru ru rgB2u B2B1u B1T2u T2T1u T1QvrvrvrvrgB2B1T2T12Qg17 在泵輪出口處和渦輪進(jìn)口處及泵輪進(jìn)口處和渦輪出口處之間的區(qū)域，由于沒(méi)有葉片對(duì)液流的作用， 、 、 和 ，根據(jù)環(huán)量定理環(huán)量定理，有B2T1rrB1T2rrB2uT1uvvB1uT2uvvB2B1 T2T1 代入式中，可得 BT0MMBTMM （3-3） 式（式（3-3）表明在液力偶合器中，泵輪葉片作用于液體的力矩等于工作液體作用于渦輪葉片上的力矩，即液力偶合液力偶合器不能改變所傳

11、遞的力矩的大小器不能改變所傳遞的力矩的大小。18 以上所研究的液力偶合器的力矩平衡，是以有內(nèi)環(huán)、徑向直內(nèi)環(huán)、徑向直葉片、工作輪對(duì)稱布置葉片、工作輪對(duì)稱布置的偶合器為例進(jìn)行的，并且假定工作輪內(nèi)充滿液體，渦輪無(wú)外力矩輸入。而對(duì)無(wú)內(nèi)環(huán)、斜葉片、工作輪非對(duì)稱布置的偶合器來(lái)說(shuō)，在工作腔內(nèi)部分充液，且渦輪有外力矩輸入時(shí)，式（式（3-3）也仍然成立。 實(shí)際上，泵、渦輪軸上的力矩與上述的 和 之間，還存在著軸承阻力軸承阻力、油封阻力油封阻力、圓盤(pán)摩擦阻力圓盤(pán)摩擦阻力等所引起的阻力力矩。因此，渦輪軸上的力矩總是略小于泵輪軸上的力矩。BMTM193.2.43.2.4偶合器的流量偶合器的流量 液力偶合器液力偶合器的

12、轉(zhuǎn)速比是指渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之比的轉(zhuǎn)速比是指渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之比，用i表示，即TBnin 由于在循環(huán)圓中某處液體流量流量Q的大小直接由在該處流動(dòng)液體的絕對(duì)速度的軸面分速度絕對(duì)速度的軸面分速度 與該處過(guò)流面積過(guò)流面積 決定，因此，要了解Q隨i而變化的規(guī)律，即了解 的函數(shù)關(guān)系，僅需了解 的函數(shù)關(guān)系即可。而 的函數(shù)關(guān)系，又可以利用能量平衡方程來(lái)確定。mvmF QQ i mmvvimmvv i偶合器中液流由泵輪所建立的能頭值為 22222BB2uB2B1uB1B2T2uB1B B2B B1111()()()Hvuvuuvurirggg20令 ，代入上式，得B1B2arr222B B2B(1)riaH

13、g（3-4） 同理可寫(xiě)出偶合器中液流對(duì)渦輪作用的能頭值為 222B B2T(1)rHiiag （3-5） 被渦輪所吸收的能頭能頭 為負(fù)值；TH工作輪中液體流動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦損失能頭摩擦損失能頭 。 mh泵輪和渦輪進(jìn)口處葉片頭部產(chǎn)生的液流沖擊損失液流沖擊損失Ch 它包括液體的內(nèi)摩擦，液體與工作輪壁面的摩它包括液體的內(nèi)摩擦，液體與工作輪壁面的摩擦，流道的擴(kuò)散、收縮，流通彎曲形成脫流和旋渦擦，流道的擴(kuò)散、收縮，流通彎曲形成脫流和旋渦等造成的損失；等造成的損失； 液流由泵輪所建立的能頭能頭 消耗在以下幾方面： BH21偶合器中的能量平衡關(guān)系，寫(xiě)成能頭的表達(dá)式即為BTmCHHhh （3-6） 泵輪入口處的

14、沖擊損失沖擊損失為22CBCBCBB1uT2uB1T2()()22hvvuugg渦輪入口處的沖擊損失沖擊損失為 22CTCTB2uT1uB2T1()()22CThvvuugg ， 分別表示泵輪與渦輪的沖擊損失系數(shù)沖擊損失系數(shù)，若取 ，則有CBCTCBCTC22CCB1T2B2T1()()2huuuug22 通常通常沖擊損失系數(shù)沖擊損失系數(shù)值是小于1的，為了定性的分析，可以取 。這樣，上式可改寫(xiě)為C1222222B B2CB1T2B2T11()()(1) (1)22rhuuuuiagg（3-7） 摩擦損失摩擦損失為2mm2fvhg（3-8） 式中 f彎曲旋轉(zhuǎn)管道中總的摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)。

15、將式（式（3-4）、式（式（3-5）、式（式（3-7）、式（式（3-8）代入式（式（3-6）中，并化簡(jiǎn)得22mB B2(1)(1)iavrf（3-9） 23 由式（式（3-9）可見(jiàn)， 每給出一個(gè)工況值，即可得出一個(gè)相應(yīng)的 值。當(dāng) 時(shí)， 取到最大值，且最大值為mv0i mv2mmaxB B21 avrf當(dāng) 時(shí)，即 時(shí)， 取到最小值，且最小值為 1i BTmvmmin0v 這樣，就可以根據(jù) 的函數(shù)關(guān)系，得到如圖如圖3-5所示所示的偶合器循環(huán)圓中工作液體的流量流量 隨工況工況 的變化關(guān)系。mm( )vviQi24a) 當(dāng)當(dāng)a為常數(shù)時(shí)為常數(shù)時(shí) b）當(dāng)）當(dāng)a為變數(shù)時(shí)為變數(shù)時(shí) 圖圖3-5 偶合器循環(huán)圓中偶

16、合器循環(huán)圓中 隨隨i變化的曲線變化的曲線m( )vQ253.3 3.3 液力偶合器的特性液力偶合器的特性3.3.13.3.1 偶合器的外特性偶合器的外特性 液力偶合器液力偶合器的外特性的外特性是指當(dāng)工作液體密度和泵輪轉(zhuǎn)速一定時(shí)，泵輪軸上的力矩泵輪軸上的力矩 、渦輪軸上的力矩渦輪軸上的力矩 及液力偶合器效液力偶合器效率率 與渦輪轉(zhuǎn)速渦輪轉(zhuǎn)速 之間的關(guān)系，即BMTMTnBBT()MMnTTT()MMnT()n26圖圖3-6 液力偶合器外特性液力偶合器外特性 由于理論推導(dǎo)與實(shí)際存在很大誤差，液力偶合器的外特性一般由試驗(yàn)測(cè)得，如圖如圖3-6所示所示。偶合器的渦輪力矩渦輪力矩 始終等于泵輪力矩泵輪力矩

17、，因此 和 是同一條特性曲線。 TMBMTTT()MMnBBT()MMn 偶合器的效率效率 是渦輪輸出功率渦輪輸出功率 與泵輪輸出功率泵輪輸出功率 之比TPBPTTTBBBPM nPM n27 對(duì)偶合器 ，因此有 BTMM i（3-10） 上式表示偶合器效率等于轉(zhuǎn)速比，效率曲線是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。但當(dāng) 接近與1.0時(shí)，偶合器傳遞的力矩很小，而機(jī)械摩擦力矩所占的比重急劇增大，因此在高轉(zhuǎn)速比時(shí)的效率特性明顯偏離 直線，并在 時(shí)急劇下降至 。ii0.99 0.995i 0 當(dāng)0i1時(shí)，偶合器為牽引工況區(qū)。偶合器在牽引工況區(qū)有三個(gè)特殊工況點(diǎn)： （1）設(shè)計(jì)工況點(diǎn)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，一般取 ，其特點(diǎn)是效率最

18、高 。 *0.95 0.98ii （2）零速工況點(diǎn)零速工況點(diǎn)，又稱制動(dòng)工況點(diǎn)制動(dòng)工況點(diǎn)，是車(chē)輛在起步或制動(dòng)時(shí)的工況。 28 （3）零矩工況零矩工況，此時(shí) ， ，循環(huán)圓中流量 ，故 ， 。1i BT0MM 0q BT0PP0 除了用轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比 表示液力偶合器工況外，也可用轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 表示，轉(zhuǎn)差率是泵輪和渦輪的轉(zhuǎn)速差與泵輪轉(zhuǎn)速之比轉(zhuǎn)差率是泵輪和渦輪的轉(zhuǎn)速差與泵輪轉(zhuǎn)速之比，即SiBTB100%1100%nnSin（3-11） 293.3.23.3.2 偶合器的原始特性偶合器的原始特性什么是偶合器的原始特性呢？ 偶合器的力矩系數(shù)力矩系數(shù) 與轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i以及效率效率 與轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i之間的關(guān)系稱為

19、偶合器的原始特性偶合器的原始特性， ， 。( ) i( ) i由動(dòng)量矩方程，可得偶合器的力矩偶合器的力矩為BB2 B2B1 B1()rQMu rv rg因?yàn)锽BB BB30nurr30TTT TT30nurr 由 ， ，其中 、 為系數(shù)，D為偶合器的有效直徑。 B1112ra DB2212ra D1a2a將式（式（3-9）代入循環(huán)流量公式，得22mmB B(1)(1)2iiiaQv Frbr令 ， ，其中A、B為系數(shù) irADibBD 將流量流量Q、圓周速度圓周速度 、 以及進(jìn)出口半徑進(jìn)出口半徑 、 代入偶合器的力矩公式并化簡(jiǎn)為B1uB2uB1r2Br25BBBMn D （3-12） 31其中

20、力矩系數(shù)為 322222BT21(1)(1)()30120aiaABaag 由上式可知，力矩系數(shù)力矩系數(shù) 隨轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i而變化，其變化關(guān)系如圖如圖3-7所示所示。它與 一起稱為偶合器的原始特性曲線。 i圖圖3-7 液力偶合器原始特性液力偶合器原始特性32 原始原始特性特性一般是通過(guò)試驗(yàn)方法求得的。試驗(yàn)所得的是偶合器試驗(yàn)所得的是偶合器的外特性的外特性，再根據(jù)公式換算出原始特性。BB25BMn D（3-13） 在實(shí)際應(yīng)用原始特性時(shí)，應(yīng)注意所取得的原始特性是在在實(shí)際應(yīng)用原始特性時(shí)，應(yīng)注意所取得的原始特性是在什么樣的泵輪轉(zhuǎn)速下和用什么粘度的工作液體試驗(yàn)得到的，什么樣的泵輪轉(zhuǎn)速下和用什么粘度的工作液體

21、試驗(yàn)得到的，因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)對(duì)雷諾數(shù)影響很大，影響到動(dòng)力相似。因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)對(duì)雷諾數(shù)影響很大，影響到動(dòng)力相似。 此外，在實(shí)際使用原始特性和力矩公式（公式（3-5）時(shí)，還要注意所選用的偶合器循環(huán)圓有效直徑有效直徑D值不要與試驗(yàn)求得原始特性的偶合器的循環(huán)圓有效直徑有效直徑D值相差過(guò)大。否則，由于制造工藝上的一些因素，難于保證非常嚴(yán)格的幾何相似，而帶來(lái)性能上的差別。333.3.33.3.3 偶合器的全特性偶合器的全特性什么是偶合器的全特性？ 液力偶合器的牽引特性牽引特性與反轉(zhuǎn)特性反轉(zhuǎn)特性（第二象限）和反傳反傳特性特性（第四象限）組成了偶合器的全特性偶合器的全特性。如圖如圖3-8所示所示。圖圖3-8 偶

22、合器的全特性偶合器的全特性 34什么是反轉(zhuǎn)特性？它有什么特點(diǎn)？ 反傳特性反傳特性是渦輪轉(zhuǎn)速大于泵輪轉(zhuǎn)速，即 ，或 時(shí)的特性。其特點(diǎn)是工作腔中流體從渦輪最大外徑處流向泵輪，與牽引工況的流動(dòng)方向相反。TBnn1i 渦輪反轉(zhuǎn)工況渦輪反轉(zhuǎn)工況（第二象限）在工程實(shí)際中也常出現(xiàn)。此工況的特點(diǎn)是： ， ；且 ， 。泵輪、渦輪都成為泵輪工作，能向工作液傳遞能量。B0H T0H B0P T0P 35 在工程中，有時(shí)泵輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即 ，渦輪由工作機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這時(shí)渦輪起泵輪作用，但由于泵輪不轉(zhuǎn)，沒(méi)有功率輸出，偶合器只起到液力制動(dòng)器的作用。只要液體的循環(huán)冷卻得到保證，制動(dòng)器就可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。由相似理論相似理論可知

23、力矩與渦輪轉(zhuǎn)速的平方成正比，這一情況可以看成泵輪不轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)工況的極限情況，其特性如圖如圖3-9所示所示。B0n 圖圖3-9 液力制動(dòng)器的特性液力制動(dòng)器的特性 在重型車(chē)輛上裝液力制動(dòng)器，在重型車(chē)輛上裝液力制動(dòng)器，只可以在長(zhǎng)距離下坡行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)連只可以在長(zhǎng)距離下坡行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)連續(xù)制動(dòng)作用。液力制動(dòng)器是以渦輪續(xù)制動(dòng)作用。液力制動(dòng)器是以渦輪的旋轉(zhuǎn)為前提的，因此，它不能代的旋轉(zhuǎn)為前提的，因此，它不能代替機(jī)械剎車(chē)的停車(chē)制動(dòng)功能。替機(jī)械剎車(chē)的停車(chē)制動(dòng)功能。 363.3.43.3.4 偶合器的通用特性偶合器的通用特性什么是偶合器的通用特性？ 偶合器的通用特性偶合器的通用特性是指偶合器循環(huán)圓的有效直徑有效直徑D和工作

24、液體一定時(shí)，在不同泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 下，偶合器軸上的力矩力矩M與渦輪轉(zhuǎn)速渦輪轉(zhuǎn)速 之間的變化關(guān)系，即 。BnTnTMM n 通用特性可以由原始特性和力矩公式求得。當(dāng)偶合器的循環(huán)圓的有效直徑有效直徑D和工作液體重度重度 一定時(shí)，先確定泵輪泵輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 ，然后由給出的不同的渦輪轉(zhuǎn)速渦輪轉(zhuǎn)速 由公式 得出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i。這樣，由得出的一系列轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i，在原始特性曲線上找到各種轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i時(shí)的力矩系數(shù)力矩系數(shù) 的值，再由公式BnTnTBinnM25MBMn D 37 得出不同渦輪轉(zhuǎn)速渦輪轉(zhuǎn)速 時(shí)偶合器軸的力矩力矩M。于是得出在一個(gè)泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 時(shí)的一條 的曲線。然后，確定第二個(gè)泵輪轉(zhuǎn)速

25、泵輪轉(zhuǎn)速 ，按照上述方法可以得到第二條 曲線。同理可以得出在不同泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 下的一組曲線 ，如圖如圖3-10所示所示。TnBnTMM nBnTMM nBn TM Mn圖圖3-10 偶合器的通用特性偶合器的通用特性 38 如前所述，偶合器的效率效率 等于其轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i。因此，不論泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 為何值，只要轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i相同，偶合器的效率也相等。所以，在圖圖3-10中所示中所示的不同泵輪轉(zhuǎn)速下，每條 曲線上，都能找到轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i相同的點(diǎn)，即等效率點(diǎn)。把在不同泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 時(shí)每一條 曲線上的等效率點(diǎn)相連，就得到了等效率曲線等效率曲線。Bn TM MnBn TMM n圖圖3-10 偶

26、合器的通用特性偶合器的通用特性 393.3.53.3.5 偶合器的透穿性能偶合器的透穿性能 透穿性透穿性是指渦輪力矩變化對(duì)泵輪力矩的影響程度。如果負(fù)載變化對(duì)原動(dòng)機(jī)力矩不產(chǎn)生影響，稱其為不透穿的，反之為可透穿的。由于偶合器的 ，顯然是可透穿的。TB=MM3.3.63.3.6 特性換算特性換算相似設(shè)計(jì)原則相似設(shè)計(jì)原則 同一臺(tái)偶合器與不同轉(zhuǎn)速的原動(dòng)機(jī)相連或如何根據(jù)現(xiàn)有的偶合器及其特性，通過(guò)對(duì)其有效直徑有效直徑D作相似放大或縮小，得出一新的性能符合要求的偶合器，這是工程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。欲解決上述問(wèn)題必須根據(jù)相似原理，即從式（式（3-12）入手進(jìn)行計(jì)算。 設(shè)以角標(biāo)“S”和“M”分別表示“實(shí)型實(shí)型”和“

27、模型模型”偶合器，此處“實(shí)型實(shí)型”和“模型模型”有泛指的含義，并非只代表幾何形狀。40若僅當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速變化時(shí)，可得 2BSBSTSBMBMnMMMn （3-14） 若需改變有效直徑有效直徑D，則有 2SBSTSBMMDMMMD （3-15） 需要說(shuō)明的是，偶合器中充液量對(duì)性能影響很大，以上計(jì)算都是在其相對(duì)充液量相等的情況下得出的，有關(guān)充液量問(wèn)題將在下一節(jié)中進(jìn)行討論。413.3.73.3.7 部分充液特性部分充液特性 實(shí)際使用中的液力偶合器一般都取消了阻礙液流的內(nèi)環(huán)，而且都不是完全充滿工作液體的，而是部分充液部分充液。 隨著充入的工作液體體積占工作腔容積的比例不同，偶合器傳遞能量的能力也不

28、相同。以液力偶合器的充液率充液率 來(lái)表示，即cqc0100%qqV（3-16） 式中 充入偶合器工作腔中工作液體的體積； 工作腔的總?cè)莘e。q0V42 液力偶合器部分充液時(shí)，環(huán)流具有自由表面，環(huán)流形狀和分布情況如圖如圖3-11所示所示。a） b） c） d） e） 圖圖3-11 液力偶合器部分充液時(shí)的液流循環(huán)情況液力偶合器部分充液時(shí)的液流循環(huán)情況 （1）如圖如圖3-11a， 、 時(shí)，兩葉輪工作腔中內(nèi)液體的離心壓力互相平衡而無(wú)相對(duì)流動(dòng)，工作液體呈環(huán)狀，對(duì)稱地分布于兩葉輪的外緣。在靠近旋轉(zhuǎn)軸線內(nèi)環(huán)是一個(gè)空氣環(huán)，液體與空氣分界的自由表面是一個(gè)以旋轉(zhuǎn)軸線為中心的圓柱面。1i 0S 43 （2）如圖如圖3

29、-11b，轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比 降低，轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 增大，兩葉輪中液體在工作腔內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)較弱。iS 在渦輪中作向心運(yùn)動(dòng)的液體，因渦輪旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力作用，末到達(dá)循環(huán)圓的內(nèi)緣，就從b點(diǎn)開(kāi)始作離心流動(dòng)，并在c點(diǎn)重新進(jìn)入泵輪。如此進(jìn)行著泵輪與渦輪之間液體的循環(huán)流動(dòng)。這時(shí)液體體積較大的一部分是在渦輪內(nèi)，而在液體中向心與離心兩種流動(dòng)之間有一個(gè)分界面。 a） b） c） d） e） 圖圖3-11 液力偶合器部分充液時(shí)的液流循環(huán)情況液力偶合器部分充液時(shí)的液流循環(huán)情況 44 （3）如圖如圖3-11c，轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比 繼續(xù)降低，轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 繼續(xù)增大。iS 渦輪中液體的向心流動(dòng)趨勢(shì)不斷增加，離心流動(dòng)趨勢(shì)不斷

30、減弱，軸面液流形成一個(gè)環(huán)狀流動(dòng)，且液流環(huán)隨轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i的降低而繼續(xù)向軸心線接近。不過(guò)此時(shí)液體流動(dòng)還有一個(gè)清晰的自由表面。在這個(gè)過(guò)程中，由于流量增加，使力矩系數(shù)力矩系數(shù)增加，力矩力矩M也增加，但泵輪中間流線進(jìn)口出半徑幾乎未變。a） b） c） d） e） 圖圖3-11 液力偶合器部分充液時(shí)的液流循環(huán)情況液力偶合器部分充液時(shí)的液流循環(huán)情況 45 圖圖3-12中在 i0區(qū)段就是上述三種情況。ai 圖圖3-12 充液率充液率 時(shí)偶合器的相對(duì)特性時(shí)偶合器的相對(duì)特性 c50%q 轉(zhuǎn)速比 在 1時(shí)的環(huán)流是渦輪內(nèi)的向心液流未到內(nèi)緣即進(jìn)入泵輪的小循環(huán)流動(dòng)。 iaii46 （4）如圖如圖3-11d，轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比

31、 下降至臨界轉(zhuǎn)速比臨界轉(zhuǎn)速比 時(shí)，液流開(kāi)始破壞原來(lái)的循環(huán)狀態(tài)，在渦輪中向心液流到達(dá)循環(huán)圓最內(nèi)側(cè)，然后進(jìn)入泵輪。iaia） b） c） d） e） 圖圖3-11 液力偶合器部分充液時(shí)的液流循環(huán)情況液力偶合器部分充液時(shí)的液流循環(huán)情況 由于液流的動(dòng)能不足以使液流貼緊泵輪外環(huán)運(yùn)動(dòng)，而是作散亂的離心流動(dòng)。這時(shí)已經(jīng)沒(méi)有清晰的自由表面，一直到達(dá)轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比為 時(shí)，液流才完成由小循環(huán)到大循環(huán)的過(guò)渡，見(jiàn)圖圖3-12中的轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比在 Btanftan（3-19） 在圖圖3-35上，a與b點(diǎn)均滿足上述條件，故是穩(wěn)定工作點(diǎn)穩(wěn)定工作點(diǎn)。 式（式（3-19）也可用來(lái)檢查任何原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)等）與負(fù)載部分的穩(wěn)定工作情況。

32、91 2.共同工作的輸入特性共同工作的輸入特性 在偶合器與內(nèi)燃機(jī)共同工作時(shí)，泵輪的力矩可以看作是內(nèi)燃機(jī)的負(fù)載。所以，共同工作的輸共同工作的輸入特性也稱為內(nèi)燃機(jī)的負(fù)載特性入特性也稱為內(nèi)燃機(jī)的負(fù)載特性。 輸入特性輸入特性與內(nèi)燃機(jī)外特性曲線內(nèi)燃機(jī)外特性曲線的交點(diǎn)分別為a、b、c和d，如圖如圖3-36所示所示。圖圖3-36 共同工作的輸入特性共同工作的輸入特性 對(duì)每一個(gè)轉(zhuǎn)速比取不同的泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 、 、 、，再計(jì)算出每一個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比速比 時(shí)的工況常數(shù)（ ）和泵輪軸上的力矩力矩 。若把同一轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比 時(shí)的泵輪軸上力矩值力矩值 相連，就得到該轉(zhuǎn)速比時(shí)的共同工作輸入特性。 BnBnBni5BCgD BM

33、iBM92 偶合器與內(nèi)燃機(jī)共同工作時(shí)輸入特性應(yīng)滿足如下要求。 （1）起步力矩越大越好起步力矩越大越好。起步工況起步工況即為 ， 的工況。T0n 0i （2）機(jī)械或車(chē)輛高速行駛時(shí)應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性機(jī)械或車(chē)輛高速行駛時(shí)應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 內(nèi)燃機(jī)在外特性曲線上工作時(shí)，負(fù)載拋物線應(yīng)通過(guò)內(nèi)燃機(jī)外特性上最大凈功率對(duì)應(yīng)的力矩值。 （3）內(nèi)燃機(jī)在最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)附加力矩值要小內(nèi)燃機(jī)在最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)附加力矩值要小。附加力矩的大小決定了內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)容易與否。附加力矩值越小，內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)越容易。 （4）轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 的曲線越向下越好的曲線越向下越好。曲線 越向下，說(shuō)明S越小，效率 值就越大。B()SS nB(

34、 )SS n （5）有些增壓柴油機(jī)有喘振區(qū)，在經(jīng)常共同工作的區(qū)有些增壓柴油機(jī)有喘振區(qū)，在經(jīng)常共同工作的區(qū)域應(yīng)避開(kāi)喘振區(qū)域應(yīng)避開(kāi)喘振區(qū)。93 3.共同工作的輸出特性共同工作的輸出特性 偶合器與內(nèi)燃機(jī)共同工作時(shí)，輸出軸（即渦輪軸）上的力矩力矩與其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱為共同工作的輸出特性。 下面介紹通過(guò)通用特性繪制共同工作的輸出特性輸出特性。 首先以內(nèi)燃機(jī)力矩內(nèi)燃機(jī)力矩 為縱坐標(biāo)，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速 為橫坐標(biāo)，繪出內(nèi)燃機(jī)的凈外特性曲線。然后在內(nèi)燃機(jī)的最小穩(wěn)定內(nèi)燃機(jī)的最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 和最大轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速 之間，確定一組內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速 ， ， ，如圖如圖3-37中的 ， ， ， 和 等點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速與偶

35、合器泵輪轉(zhuǎn)速偶合器泵輪轉(zhuǎn)速 是相等的，因此圖圖3-37中橫坐標(biāo)也表示泵輪的轉(zhuǎn)速泵輪的轉(zhuǎn)速 。fMfnf minnf maxnf1nf2nf 3n1bbr2b3b4bBnBn 將 和一系列轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速比i時(shí)的力矩系數(shù)力矩系數(shù) 值代入力矩方程BnM25TMBMgn D 94 得到渦輪力矩渦輪力矩 。然后，再由確定的泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 和給出的從1到0的轉(zhuǎn)速比i，由公式 算出不同轉(zhuǎn)速比時(shí)的渦輪轉(zhuǎn)速。于是得到在一個(gè)確定的泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 （即內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速 ）時(shí)，轉(zhuǎn)速比i從l到0情況下的一系列 和 的數(shù)值。若在圖圖3-37橫坐標(biāo)軸上標(biāo)上渦輪轉(zhuǎn)速渦輪轉(zhuǎn)速 ，縱坐標(biāo)軸上標(biāo)上渦輪力渦輪力矩矩 ，根據(jù)上面得

36、到的在一個(gè)確定泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速 時(shí)的一系列 和 值，就可以作出在該轉(zhuǎn)速 時(shí)的一條 的曲線。對(duì)一組泵輪轉(zhuǎn)速點(diǎn)泵輪轉(zhuǎn)速點(diǎn) ， ， ，就可以得出一組 的曲線，這組曲線就是通用特性曲線通用特性曲線。BnTBninBnfnTMTnTnTMBnTMTnBn TTTMM n1bbr2bTTTMMn 從偶合器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的輸出特性曲線輸出特性曲線（圖圖3-37）可以看出，裝有偶合器的車(chē)輛其工作范圍要比內(nèi)燃機(jī)的凈外特性寬。這種工作范圍拓寬是以偶合器泵輪與渦輪之間的轉(zhuǎn)速差換取的，也就是說(shuō)是以功率損失換取的。因此，采用偶采用偶合器改善輸出特性，必然會(huì)使傳動(dòng)效率降低合器改善輸出特性，必然會(huì)使傳動(dòng)效率降低。95圖圖

37、3-37 偶合器與內(nèi)燃機(jī)共同工作時(shí)的輸出特性曲線偶合器與內(nèi)燃機(jī)共同工作時(shí)的輸出特性曲線 96 通過(guò)對(duì)偶合器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的輸入特性與輸出特性偶合器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的輸入特性與輸出特性的分析，可以得出以下結(jié)論結(jié)論： （1）在工程機(jī)械中，偶合器能防止內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)傳給傳動(dòng)系，也能防止傳動(dòng)系的振動(dòng)傳給內(nèi)燃機(jī)，即偶合器對(duì)振偶合器對(duì)振動(dòng)起隔離作用動(dòng)起隔離作用。 （2）由共同工作的輸入特性可知，裝有偶合器的工程裝有偶合器的工程機(jī)械，可以在重載下起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，并能使車(chē)輛以任意小的速機(jī)械，可以在重載下起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，并能使車(chē)輛以任意小的速度平穩(wěn)起步度平穩(wěn)起步。 （3）可以利用共同工作的輸入特性和內(nèi)燃機(jī)凈外特性可以利

38、用共同工作的輸入特性和內(nèi)燃機(jī)凈外特性曲線的相對(duì)位置，分析偶合器與內(nèi)燃機(jī)配合的好壞曲線的相對(duì)位置，分析偶合器與內(nèi)燃機(jī)配合的好壞。 （4）由共同工作輸出特性可以看出，車(chē)輛安裝了偶合車(chē)輛安裝了偶合器之后，拓寬了工作范圍器之后，拓寬了工作范圍。973.5.43.5.4 偶合器與異步電動(dòng)機(jī)的共同工作偶合器與異步電動(dòng)機(jī)的共同工作 圖圖3-38為偶合器與異步電機(jī)共同工作的輸入和輸出特性偶合器與異步電機(jī)共同工作的輸入和輸出特性。a）輸入特性）輸入特性 b）輸出特性）輸出特性 圖圖3-38 偶合器與異步電動(dòng)機(jī)共同工作偶合器與異步電動(dòng)機(jī)共同工作 由圖圖3-38可見(jiàn)，如果電機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)負(fù)載連接，用異步電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)

39、，啟動(dòng)力矩較小，當(dāng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 增加時(shí)、力力矩矩 開(kāi)始上升，然后下降到零。 dndM98 比較偶合器的輸出特性偶合器的輸出特性（見(jiàn)圖見(jiàn)圖3-38b）與電機(jī)特性電機(jī)特性（見(jiàn)圖見(jiàn)圖3-38a中 曲線）可以看出，異步電機(jī)與偶合器共同工作后，有以下特點(diǎn)特點(diǎn)。dM （1）啟動(dòng)力矩增大啟動(dòng)力矩增大。啟動(dòng)力矩可以由原先電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩提高到電機(jī)的最大力矩。 （2）啟動(dòng)時(shí)間縮短啟動(dòng)時(shí)間縮短。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間與工作機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間都縮短。 （3）保護(hù)電機(jī)保護(hù)電機(jī)。當(dāng)工作機(jī)負(fù)載力矩超過(guò)電機(jī)的最大力矩時(shí)，電機(jī)不會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)渦輪與工作機(jī)雖然已停止運(yùn)轉(zhuǎn)，但電機(jī)仍然可以在電機(jī)最大力矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)的電流大大小于電機(jī)的

40、啟動(dòng)電流，電機(jī)不致燒壞。993.6 3.6 液力偶合器的應(yīng)用、選擇與設(shè)計(jì)液力偶合器的應(yīng)用、選擇與設(shè)計(jì)3.6.13.6.1 液力偶合器的主要優(yōu)點(diǎn)液力偶合器的主要優(yōu)點(diǎn) 1.提高了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力，能實(shí)現(xiàn)帶載啟動(dòng)提高了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力，能實(shí)現(xiàn)帶載啟動(dòng) 這不僅減少了設(shè)備投資和節(jié)省電能，而且還可在較低電壓下順利啟動(dòng)。液力偶合器還可減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流和作用時(shí)間，從而保護(hù)了電動(dòng)機(jī)。 2.降低成本和節(jié)省電能降低成本和節(jié)省電能 3.在多機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，能自動(dòng)均衡載荷在多機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，能自動(dòng)均衡載荷 在長(zhǎng)距離多機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)中，如皮帶運(yùn)輸機(jī)和船舶，采用液力偶合器可以大大改善承載情況。 此外，液力偶合器還有防止過(guò)載防

41、止過(guò)載、吸振吸振、隔振隔振、提高傳提高傳動(dòng)元件壽命動(dòng)元件壽命和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。1003.6.23.6.2 液力偶合器的應(yīng)用液力偶合器的應(yīng)用 液力偶合器液力偶合器在礦山礦山、工程工程、建筑建筑和起重運(yùn)輸起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械中均有廣泛的應(yīng)用。連續(xù)式運(yùn)輸機(jī)連續(xù)式運(yùn)輸機(jī)（板式或帶式）、斗輪挖掘機(jī)斗輪挖掘機(jī)、破碎機(jī)破碎機(jī)、壓路機(jī)壓路機(jī)、起重機(jī)起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)和單斗挖掘機(jī)單斗挖掘機(jī)等機(jī)械中大量采用普通型和限矩型液力偶合器；攪拌機(jī)攪拌機(jī)、風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)、水泵水泵等離心機(jī)械上多采用調(diào)速型液力偶合器。 電動(dòng)挖掘機(jī)電動(dòng)挖掘機(jī)采用限矩型液力偶合器限矩型液力偶合器，可使加速平穩(wěn)，調(diào)節(jié)充液量即可改變速度

42、，并可根據(jù)需要控制傳遞力矩并防止過(guò)載，從而使電氣和機(jī)械傳動(dòng)部分壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便。 以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的壓路機(jī)壓路機(jī)采用限矩型液力偶合器限矩型液力偶合器后，能從靜止?fàn)顟B(tài)獲得最大的啟動(dòng)力矩。1013.6.33.6.3 液力偶合器的選擇液力偶合器的選擇 1.型式的選擇型式的選擇 選擇液力偶合器的主要依據(jù)是機(jī)器的力矩特性。 對(duì)于帶式輸送機(jī)這類(lèi)恒力矩載荷的機(jī)器帶式輸送機(jī)這類(lèi)恒力矩載荷的機(jī)器，應(yīng)選用特性平坦的限矩型或啟動(dòng)調(diào)速型液力偶合器，以保證滿載啟動(dòng)和加速平穩(wěn)。 對(duì)于葉片式機(jī)器葉片式機(jī)器，可選用峰谷比較大的液力偶合器。 對(duì)于自行式建筑機(jī)械和建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)自行式建筑機(jī)械和建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)等，則應(yīng)選用過(guò)載系數(shù)較大的普通型

43、偶合器。 對(duì)于要求調(diào)速的機(jī)器要求調(diào)速的機(jī)器，應(yīng)選用調(diào)速型液力偶合器；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速在在1500r/min以下的中小型機(jī)器以下的中小型機(jī)器，可選用入口調(diào)節(jié)式液力偶合器；轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)速在1500r/min以上的大型機(jī)器以上的大型機(jī)器，應(yīng)該選用出口調(diào)節(jié)式液力偶合器。102 2.有效直徑的選擇有效直徑的選擇 一般情況下，根據(jù)選定的液力偶合器型式，按前述匹配原則來(lái)確定有效直徑按前述匹配原則來(lái)確定有效直徑；比較成熟的系列產(chǎn)品，則可按選擇圖確定有效直徑按選擇圖確定有效直徑。圖圖3-39 TV（限矩）型液力偶合器選擇圖（限矩）型液力偶合器選擇圖 圖圖3-39為大連液力機(jī)械大連液力機(jī)械廠廠引進(jìn)的TV（限矩）型液力（限矩）

44、型液力偶合器選擇圖偶合器選擇圖。在圖中，兩條相鄰斜線的縱坐標(biāo)截矩為該規(guī)格液力偶合器的功率范功率范圍圍。這種限矩型液力偶合器功率的上下限分別為其最大與最小充液率的額定功率額定功率。相鄰規(guī)格的偶合器功率相互銜接。103 圖圖3-40為張家口煤礦機(jī)械廠張家口煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的YL安全型液力偶合器安全型液力偶合器選擇圖選擇圖。所提供的有效直徑有效直徑范圍為 360750mm ， 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速為9601500r/min，傳遞功率傳遞功率為5.5250kW。圖圖3-40 YL（安全）型液力偶合器選擇圖（安全）型液力偶合器選擇圖 104 圖圖3-41為大連液力機(jī)械廠大連液力機(jī)械廠由英國(guó)引進(jìn)的GST和和GWT調(diào)速調(diào)

45、速型偶合器選擇圖型偶合器選擇圖。圖圖3-41 GST、GWT型液力偶合器選擇圖型液力偶合器選擇圖調(diào)速型偶合器的功率上下限分別為最大與最小力矩系數(shù)時(shí)的額定功率。 105 3.充液量的選擇充液量的選擇。 （1）限矩型液力偶合器限矩型液力偶合器。充液量的選擇原則充液量的選擇原則是： 如果未給出工作機(jī)的特性曲線，則應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的額定功率和額定轉(zhuǎn)速求出額定力矩 。eM 由工作機(jī)特性曲線查出啟動(dòng)時(shí)的靜阻力矩。 根據(jù)啟動(dòng)力矩，即可以在特性曲線上查出相應(yīng)的充液率。 如果特性曲線是根據(jù)工作轉(zhuǎn)速作出的，則可直接在該曲線上選??；否則應(yīng)根據(jù)相似定律，把非工作轉(zhuǎn)速的特性曲線換算成工作轉(zhuǎn)速的特性曲線后再選取；若啟動(dòng)力矩不

46、在特性曲線上，則應(yīng)當(dāng)用內(nèi)插法求出相應(yīng)的充液率。106 （2）調(diào)速型液力偶合器調(diào)速型液力偶合器。要把調(diào)速型液力偶合器的輸出轉(zhuǎn)速調(diào)到某一給定值，必須知道與之對(duì)應(yīng)的勺管位置。為此，應(yīng)對(duì)勺管位置進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算程序計(jì)算程序是： 根據(jù)給定的工作機(jī)轉(zhuǎn)速工作機(jī)轉(zhuǎn)速（渦輪轉(zhuǎn)速渦輪轉(zhuǎn)速）計(jì)算出偶合器的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率； 根據(jù)工作機(jī)特性計(jì)算力矩系數(shù)力矩系數(shù)； 根據(jù)已求得的轉(zhuǎn)差率和力矩系數(shù)，在偶合器特性曲線圖上找到相應(yīng)的充液率充液率。 計(jì)算與此充液率相對(duì)應(yīng)的勺管位置勺管位置（線位移或角位線位移或角位移移）。107 4.轉(zhuǎn)差率的確定轉(zhuǎn)差率的確定 根據(jù)充液率充液率（或勺管位置勺管位置）和工作機(jī)的額定力矩額定力矩，在特性曲線

47、圖上查出額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差率并圓整為稍大一些的優(yōu)先數(shù)值；也可將額定力矩?fù)Q算成力矩系數(shù)力矩系數(shù)，由原始原始特性特性來(lái)確定轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率。 5.工作溫度的確定工作溫度的確定 限矩型偶合器完全靠自然散熱，故必須計(jì)算其工作溫度。已知液力偶合器的散熱曲線，溫升可根據(jù)下式計(jì)算eebP STP（） （3-20） 式中， 為工作機(jī)的額定功率額定功率； 為液力偶合器額定轉(zhuǎn)額定轉(zhuǎn)差率差率； 為液力偶合器的散熱功率散熱功率。ePeSbP 求出 后，按照環(huán)境溫度環(huán)境溫度 就可以計(jì)算出工作溫度工作溫度TT1T1TTT （3-21） 108 6.易熔塞熔化溫度的選擇易熔塞熔化溫度的選擇 根據(jù)啟動(dòng)溫升選擇易熔塞的熔化溫度，啟

48、動(dòng)溫升啟動(dòng)溫升為B30/10054.8310J nTGC（） （3-22） 式中， 為泵輪轉(zhuǎn)速泵輪轉(zhuǎn)速，單位為r/min； 為偶合器工工作液體熱熔量總和作液體熱熔量總和，單位為kJ/K； J為工作機(jī)、偶合器和工作液體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的總和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的總和，單位為 。 BnGC2kg m 實(shí)際工作時(shí)，允許在工作溫度下重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，故啟啟動(dòng)溫度動(dòng)溫度 應(yīng)為啟動(dòng)溫升和工作溫度之和0T00TTT（3-23） 考慮到密封件的耐熱情況，一般易熔塞的熔化溫度熔化溫度可在110160之間選擇，并應(yīng)使其比啟動(dòng)溫度高2030。109 7.啟動(dòng)時(shí)間的確定啟動(dòng)時(shí)間的確定 啟動(dòng)過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的力矩平衡方力矩平衡方程式程式為0

49、ddMMJt（3-24） 式中，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ，單位為kgm2； 為泵輪軸上的靜阻力矩靜阻力矩；R為慣性半徑慣性半徑，單位為m；G為轉(zhuǎn)動(dòng)體的重量轉(zhuǎn)動(dòng)體的重量，單位為N；g為重力加速度重力加速度，單位為m/s2。22/4JmRGDg0M 將式（3-24）中的 、 用 和n代替，則得J2GD20d375dGDnMMt由此可得啟動(dòng)時(shí)間啟動(dòng)時(shí)間為 2B0B375GD ntM（3-25） 110 8.循環(huán)流量的確定循環(huán)流量的確定 為保證調(diào)速型液力偶合器在各種工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須提供足夠的循環(huán)流量。 以葉片式機(jī)械葉片式機(jī)械為例，介紹循環(huán)流量計(jì)算方法。當(dāng)工作液體溫差為某一需求值時(shí)，所需的循環(huán)液量循環(huán)

50、液量（m3/h）為e10.236PQq液（3-26） 當(dāng)冷卻水溫差為某一需求值時(shí)，所需冷卻水量冷卻水量（m3/h）為e20.236PQq水（3-27） 式中， 為工作機(jī)的額定功率額定功率； 、 為當(dāng)溫差為某一需求值時(shí)，1m3工作液體或冷卻水在一小時(shí)內(nèi)所能帶走的熱量（以功率的千瓦數(shù)表示）。eP1q2q111 9.選型算例選型算例 （1）選限矩型液力偶合器選限矩型液力偶合器（膠帶輸送機(jī)用） 已知：膠帶輸送機(jī)的額定功率額定功率Pn=160kW，擬選電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率功率Pe=180kW，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速ne=1485r/min，膠帶傳動(dòng)系統(tǒng)的飛輪矩飛輪矩 GD28000Nm2，啟動(dòng)力矩與額定力

51、矩啟動(dòng)力矩與額定力矩之比之比為2。 選擇設(shè)計(jì)膠帶輸送機(jī)的額定力矩額定力矩 為nMn975 1601051485Mkgfm 啟動(dòng)力矩啟動(dòng)力矩 為0M0n2210MMkgfm 可選TV限矩型限矩型YOX560型液力偶合器型液力偶合器。112圖圖3-42 YOX560型液力偶合器的特性曲線型液力偶合器的特性曲線 33 45%14.9q 由圖圖3-42查得，當(dāng)充液率充液率 時(shí)，M0=2320Nm；當(dāng)充液率充液率 時(shí)， M0 =1960Nm。用內(nèi)插法可確定，當(dāng) M0 =2100Nm時(shí)， ，YOX560型偶合器型偶合器的總?cè)莘e為33L，故充液量充液量q為c48.5%q c43%q c45%q L 根據(jù) L

52、和Mn=1050Nm，可由圖圖3-42查得轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率為3.7，圓整后為4。14.9q YOX560型液力偶合器型液力偶合器的特性曲線是在輸入轉(zhuǎn)速輸入轉(zhuǎn)速745r/min的條件下測(cè)得的。為便于計(jì)算，需將該曲線換算成工作轉(zhuǎn)速下的特性特性曲線曲線（可將745r/min條件下的力矩乘以 ） 21485 7454113 （2）選調(diào)速型液力偶合器選調(diào)速型液力偶合器 已知：膠帶輸送機(jī)所需額定功率額定功率 kW，擬選電動(dòng)電動(dòng)機(jī)機(jī) kW，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速ne=1485r/min，膠帶傳動(dòng)系統(tǒng)的飛輪矩飛輪矩 kgfm2，額定載荷力矩額定載荷力矩 kgfm，啟動(dòng)力矩啟動(dòng)力矩 kgfm。n160P e1

53、80P 2800GD n105M 01.4 105147M 為保證膠帶輸送機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速，可按圖圖3-41選擇GST50啟動(dòng)調(diào)速型液力偶合器啟動(dòng)調(diào)速型液力偶合器。 1）求功率系數(shù)求功率系數(shù) P9n2525B1.051.05 1601.9 10860 14850.5PPn Ds2/m 式中，D為GST型偶合器型偶合器有效直徑有效直徑，D=0.5m； 為22號(hào)號(hào)汽輪機(jī)油的平均重度汽輪機(jī)油的平均重度， kg/m3；1.05為考慮各部損各部損失的系數(shù)失的系數(shù)。860114 圖圖3-43為這種液力偶合器的特性曲線特性曲線。由圖中曲線可查得轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 。3.5%S 圖圖3-43 啟動(dòng)調(diào)速型液力偶合

54、器的特性曲線啟動(dòng)調(diào)速型液力偶合器的特性曲線 115 2）求啟動(dòng)時(shí)間求啟動(dòng)時(shí)間t2n0800 148521.5375375 147GD ntMs 3）滿載啟動(dòng)時(shí)的功率系數(shù)滿載啟動(dòng)時(shí)的功率系數(shù) 0901.42.66 10Ps2/m 由圖圖3-43可知，此時(shí)導(dǎo)管位置在55處。即要在21.5秒內(nèi)把導(dǎo)管從55拉到99處。如果導(dǎo)管為恒速調(diào)節(jié)，則導(dǎo)管從0拉到55處的時(shí)間約為221.543s。 4）計(jì)算發(fā)熱、損失和選擇冷卻器計(jì)算發(fā)熱、損失和選擇冷卻器 液力偶合器的損失一般由機(jī)械損失機(jī)械損失和轉(zhuǎn)差率損失轉(zhuǎn)差率損失兩部分組成。機(jī)械損失包括軸承損失軸承損失、鼓風(fēng)損失鼓風(fēng)損失、循環(huán)泵功率循環(huán)泵功率和導(dǎo)導(dǎo)管損失管損失。116 軸承損失軸承損失一般不超過(guò)1馬力馬力。 鼓風(fēng)損失鼓風(fēng)損失一般可按照相似原理計(jì)算上述 mm的調(diào)速型偶合器鼓風(fēng)損失，約為10馬力馬力。故同類(lèi)型 mm的鼓風(fēng)損失鼓風(fēng)損失 為=1041D=500DwS2442Bww5001485100.53104114851