第十章液力變矩器

2023/2/41第10章液力變矩器2023/2/42第10章液力變矩器10.1液力變矩器的工作原理10.2液力變矩器的基本特性10.3液力變矩器的基本性能及其評(píng)價(jià)參數(shù)10.4液力變矩器的分類及結(jié)構(gòu)型式10.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)的共同工作10.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)10.7液力變矩器的尺寸選擇2023/2/4310.1液力變矩器的工作原理

最簡(jiǎn)單的液力變矩器是由泵輪B、渦輪T及導(dǎo)輪D組成。泵輪、渦輪、導(dǎo)輪稱工作輪。這些工作輪都有彎曲的葉片，三者之間的流道互相銜接，構(gòu)成封閉的環(huán)形空間，液體就在此空間循環(huán)流動(dòng)，這封閉的空間就是循環(huán)圓（見圖10-1及圖9-3）。2023/2/42023/2/4410.1液力變矩器的工作原理

圖10-1液力變矩器工作原理圖(a)分置的三個(gè)葉輪；(b)安裝在一起的三個(gè)葉輪。2023/2/4510.1液力變矩器的工作原理由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵輪使液體在流道里流動(dòng)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體能（主要是動(dòng)能，次為壓能），獲得了液體能的液體由泵輪出口高速進(jìn)入渦輪的入口和流道，再由渦輪出口流出。在此過程中液體把能量傳遞給渦輪，使渦輪輸出力矩，帶動(dòng)負(fù)載，并且它輸出的力矩和轉(zhuǎn)速可隨負(fù)載變化自動(dòng)地作相應(yīng)的變化。由渦輪流出的液體（此時(shí)能量較低）再流入與機(jī)架固定在一起不轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)輪，經(jīng)導(dǎo)輪變換液流方向后又流入泵輪。2023/2/4610.1液力變矩器的工作原理變矩器為什么能夠變矩呢？循環(huán)圓中的液體受到泵輪、渦輪、導(dǎo)輪的力矩、、作用，如果把式（9-12）中的三式相加，則或在一般情況下，，所以。這說明，之所以液力變矩器能夠變矩，是由于導(dǎo)輪存在的緣故。如果，則，就變成了液體偶合器。2023/2/4710.1液力變矩器的工作原理由于變矩器渦輪的形式（如軸流渦輪、向心渦輪、離心渦輪）不同，當(dāng)渦輪軸上的負(fù)載變化時(shí)，渦輪將對(duì)循環(huán)圓內(nèi)的流量及泵輪的速度三角形有所影響，從而使泵輪力矩有所變化。當(dāng)渦輪負(fù)載或轉(zhuǎn)速變化對(duì)泵輪力矩沒有影響或者影響很小時(shí)，這叫做液力變矩器不透穿；如果渦輪負(fù)載變大或變小，而泵輪力矩也相應(yīng)變大或變小，稱為正透穿；如果當(dāng)渦輪軸上負(fù)載變大或變小時(shí)，而泵輪力矩卻相應(yīng)變小或變大，稱為負(fù)透穿。2023/2/4810.2液力變矩器的基本特性10.2.1液力變矩器的特性參數(shù)（1）變矩系數(shù)，即渦輪力矩與泵輪力矩之比（以后章節(jié)里均取-的絕對(duì)值作為渦輪輸出力矩），它表征了變矩器改變力矩的能力。（2）傳動(dòng)比，即渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之比。發(fā)動(dòng)機(jī)一般都在額定轉(zhuǎn)速下工作，而泵輪又與發(fā)動(dòng)機(jī)直接相連，故基本不變。而渦輪的負(fù)載變化時(shí)，隨之變化，故的變化表示了液力變矩器的工況，越小，說明渦輪負(fù)載越大。2023/2/4910.2液力變矩器的基本特性（3）效率,即液力變矩器渦輪輸出功率與泵輪輸入功率之比。（10-1）（4）泵輪力矩系數(shù)及渦輪力矩系數(shù)根據(jù)第四相似定律式（9-23），如果去掉角標(biāo)、，針對(duì)同一系列相似變矩器中的任一液力變矩器的泵輪和渦輪而言，則（10-2）（10-3）2023/2/41010.2液力變矩器的基本特性

由式（10-2）、式（10-3）可知

（10-4）（10-5）（10-6）2023/2/41110.2液力變矩器的基本特性10.2.2液力變矩器的基本特性1.液力變矩器的外特性液力變矩器的外特性也叫輸出特性，是當(dāng)為定值時(shí)、、與的關(guān)系，即2023/2/41210.2液力變矩器的基本特性、曲線一般是由試驗(yàn)方法測(cè)得參數(shù)后才繪制出來的，而曲線則是根據(jù)繪制的。圖10-2是單級(jí)單相三元件液力變矩器的外特性曲線。當(dāng)循環(huán)圓型式和有效直徑不同時(shí)，其特性曲線也不同。圖10-2液力變矩器的外特性曲線2023/2/41310.2液力變矩器的基本特性由圖中可看出：（1）增加，下降。當(dāng)（無載空轉(zhuǎn)時(shí)），；在（即起動(dòng)時(shí)），很大，即起動(dòng)力矩很大。（2）增加，下降緩慢，即渦輪轉(zhuǎn)速的變化（也表示渦輪負(fù)載的變化）對(duì)泵輪力矩影響不明顯。（3）由可知，當(dāng)和時(shí)，均出現(xiàn)，所以曲線與橫坐標(biāo)有兩個(gè)交點(diǎn)且具有最大值。

2023/2/41410.2液力變矩器的基本特性

2.液力變矩器的原始特性把泵輪的力矩系數(shù)、變矩系數(shù)、變矩器效率與變矩器的傳動(dòng)比的關(guān)系特性，叫做原始特性，即

理論和實(shí)驗(yàn)都已證明了、都是的函數(shù)，當(dāng)然、也是的函數(shù)。液力變矩器的原始特性如圖（10-3）。

2023/2/41510.2液力變矩器的基本特性原始特性表示的是一系列幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似的液力變矩器共同的基本特性，也就是說這一系列符合相似條件的液力變矩器都有的相同特性。這些特性本質(zhì)地反應(yīng)出該系列液力變矩器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以命名為原始特性或者類型特性。

圖10-3液力變矩器的原始特性曲線2023/2/41610.2液力變矩器的基本特性原始特性曲線和外特性曲線可相互轉(zhuǎn)換繪制。用戶可根據(jù)產(chǎn)品提供的原始特性曲線和已確定了的、、，并利用、、、、公式，就可繪出外特性曲線。

2023/2/41710.2液力變矩器的基本特性3.液力變矩器的通用特性為了能了解為某任意值，為某值時(shí)液力變矩器的工作參數(shù)，如是多少？是多少？這就需要用到通用特性曲線。它是分別用一組常數(shù)條件下，做出的對(duì)應(yīng)的一組曲線和分別用一組常數(shù)條件下所作的曲線，用相同比例尺繪在同一個(gè)坐標(biāo)圖上的圖形（圖10-4）。圖中，、、……表示泵輪為這些轉(zhuǎn)速時(shí)的曲線；、、……表示效率為這些值時(shí)的曲線，凡是在同一條線的工況點(diǎn)，其效率都相同。

2023/2/41810.2液力變矩器的基本特性由于原始特性的曲線是有最大值且和橫坐標(biāo)有兩個(gè)交點(diǎn)的拋物線（參見圖10-3），所以，在通用特性圖上會(huì)出現(xiàn)兩條等于同值的曲線（時(shí)除外）。

圖10-4液力變矩器的通用特性曲線2023/2/41910.2液力變矩器的基本特性通用特性曲線繪制方法簡(jiǎn)述如下（參見圖10-5）：利用原始特性曲線及有關(guān)公式繪出當(dāng)、……時(shí)分別對(duì)應(yīng)的及對(duì)應(yīng)的曲線組，如圖中的、……就是、……時(shí)的線，、……就是對(duì)應(yīng)于、……時(shí)的線。再用作圖法找出、……線上效率相等的點(diǎn)。將這些等效點(diǎn)連接起來，就成了等效率的曲線，如、……，、等點(diǎn)都應(yīng)通過坐標(biāo)原點(diǎn)。2023/2/42010.2液力變矩器的基本特性通用特性曲線圖表征了液力變矩器的任一工況時(shí)工作參數(shù)。例如，在圖（10-4）中的工況A點(diǎn)，可知在此工況時(shí)，、、、，再利用這些數(shù)據(jù)及原始特性曲線，還能知該工況時(shí)的、，并可計(jì)算出、等。

圖10-5通用特性曲線的繪制方法2023/2/42110.2液力變矩器的基本特性4.液力變矩器的輸入特性變矩器在不同的時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)或者說對(duì)泵輪施加負(fù)荷的特性叫做輸入特性，也叫負(fù)荷特性，即的特性。式中，對(duì)已知的液力變矩器，D已確定，也是已知的。，如為某定值，則也是定值，這樣就是常數(shù)，那么是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的拋物線。若取不同的，值也就為不同的常數(shù)，因此，就可得到一組特性曲線。如圖10-6就是具有透穿性液力變矩器的輸入特性曲線。2023/2/42210.2液力變矩器的基本特性這一組輸入特性曲線的分布寬度取決于原始特性曲線的形狀，即液力變矩器透穿的程度，透穿度越大，則曲線組分布的越寬，不透穿時(shí)，只有一條輸入特性曲線，見圖10-7。

圖10-6液力變矩器的輸入特性2023/2/42310.2液力變矩器的基本特性圖10-7不同透穿性能液力變矩器的輸入特性線

2023/2/42410.3液力變矩器的基本性能

及其評(píng)價(jià)參數(shù)

液力變矩器的原始特性是分析它的基本性能和評(píng)價(jià)性能好壞的主要依據(jù)。一般可從變矩性能好壞、高效率范圍大小及透穿性三方面評(píng)價(jià)液力變矩器性能。10.3.1液力變矩器的變矩性能及評(píng)價(jià)參數(shù)液力變矩器的變矩性能是指渦輪輸出力矩相對(duì)于泵輪輸入力矩的變化程度，即，當(dāng)不同時(shí)變矩系數(shù)值的變化程度。2023/2/42510.3液力變矩器的基本性能

及其評(píng)價(jià)參數(shù)在圖10-8所示的原始特性中，是即失速停轉(zhuǎn)時(shí)的值。越大，表示起動(dòng)力矩越大；當(dāng)時(shí)的傳動(dòng)比為，大表示液力變矩器具有增矩能力的范圍大。所以，通常用、作為評(píng)價(jià)變矩性能好壞的重要參數(shù)。圖10-8液力變矩器的原始特性2023/2/42610.3液力變矩器的基本性能

及其評(píng)價(jià)參數(shù)10.3.2液力變矩器的高效率范圍當(dāng)時(shí)，液力變矩器的效率達(dá)到最大值。允許的最高效率的下限所對(duì)應(yīng)的分別為、。液力變矩器在傳動(dòng)比與之間工作時(shí)，都不會(huì)低于高效率允許的下限值（工程車輛和汽車分別為0.75、0.8），這個(gè)范圍叫做高效區(qū)。高效區(qū)的大小用表示，叫做高效范圍相對(duì)寬度。通常用值及來評(píng)價(jià)變矩器的經(jīng)濟(jì)性能2023/2/42710.3液力變矩器的基本性能

及其評(píng)價(jià)參數(shù)10.3.3液力變矩器的透穿性能液力變矩器的透穿性表示渦輪力矩（負(fù)載）的變化對(duì)泵輪力矩的影響程度。若不變，從式上可以看出，值的變化能夠反映出的變化。又因能反映的變化（大?。?，所以液力變矩器的透穿性能可從這條原始特性上反映出來。2023/2/42810.3液力變矩器的基本性能

及其評(píng)價(jià)參數(shù)衡量液力變矩器透穿程度的參數(shù)是透穿度

式中：、—分別是當(dāng)（失速，即）時(shí)的及值；、—分別是當(dāng)（，即偶合工況）時(shí)的及值。一般建設(shè)機(jī)械上多采用的是不透穿、正透穿及混合透穿，而幾乎不采用負(fù)透穿，因它會(huì)使動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能變壞。（10-7）2023/2/42910.3液力變矩器的基本性能

及其評(píng)價(jià)參數(shù)當(dāng)

=0.9～1.2時(shí)，即（即或）變化時(shí)，（或）不變化，或者變化甚微，這叫作不透穿，如圖10-9中的1線。當(dāng)≥1.2，即變?。ㄗ兇螅r(shí)，而（或）變大，這叫做正透穿，如圖中的2線。當(dāng)

<0.9，即變?。ㄗ兇螅r(shí)，（或）也變小，這叫做負(fù)透穿，如圖中3線。當(dāng)曲線表現(xiàn)有極值，隨不同，表現(xiàn)出正、負(fù)兩種透穿性時(shí)，叫做混合透穿，如圖中4線。圖10-9液力變矩器的幾種透穿性2023/2/43010.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式10.4.1液力變矩器的分類液力變矩器大致可分為下列幾類：1.把裝在泵輪與導(dǎo)輪或?qū)л喤c導(dǎo)輪之間剛性連接在同一根輸出軸上的渦輪數(shù)目稱為“級(jí)”。按級(jí)數(shù)多少來分，有單級(jí)、多級(jí)的液力變矩器；2.把液力變矩器中利用單向離合器或者其他機(jī)構(gòu)的作用來改變參與工作的各工作輪的工作狀態(tài)的數(shù)目，稱為“相”。液力變矩器有單相及多相之分；3.按液流在循環(huán)圓中流動(dòng)時(shí)流過渦輪的方向分，有離心式、向心式及軸流式渦輪液力變矩器；2023/2/43110.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式4.按在牽引工況時(shí)，渦輪軸與泵輪轉(zhuǎn)向相同與否，分作正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)液力變矩器；5.根據(jù)液力變矩器能容系數(shù)是否可調(diào)，分為可調(diào)與不可調(diào)液力變矩器；6.把液力變矩器與機(jī)械傳動(dòng)組合而成的變矩器叫做液力機(jī)械變矩器。根據(jù)功率分流不同，又分為內(nèi)分流和外分流的液力機(jī)械變矩器。

2023/2/43210.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式10.4.2液力變矩器的結(jié)構(gòu)及特性1.單級(jí)單相液力變矩器單級(jí)單相向心渦輪式液力變矩器是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、工作性能穩(wěn)定的一種變矩器。圖10-10及圖10-11分別是YB355-2型液力變矩器的結(jié)構(gòu)圖和原始特性圖。這種液力變矩器的值一般為3～4，最高效率0.85～0.90。

2023/2/43310.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式導(dǎo)輪8、泵輪1通過螺釘把它們連接起來組成液力變矩器的殼體，罩輪4通過彈性連接板3與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪連接起來，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就可帶動(dòng)泵輪1轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪5通過渦輪套6與空心軸11相連，渦輪的動(dòng)力由空心軸11對(duì)外輸出。導(dǎo)輪8通過導(dǎo)輪座12與機(jī)座9固定在一起不能轉(zhuǎn)動(dòng)。油泵軸10活動(dòng)地裝在渦輪空心軸11內(nèi)，軸的左端用花鍵、油泵驅(qū)動(dòng)盤7、罩輪4等與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連，右端有齒輪用來驅(qū)動(dòng)液壓泵工作。另外，還有離心式渦輪液力變矩器，目前主要用于內(nèi)燃機(jī)車的液力傳動(dòng)中，起動(dòng)用的液力變矩器其值可達(dá)6以上。2023/2/434圖10-10YB355-2型向心渦輪液力變矩器1—泵輪；2—外罩；3—彈性連接板；4—罩輪；5—渦輪；6—渦輪套；7—油泵驅(qū)動(dòng)盤；8—導(dǎo)輪；9—機(jī)座；10—油泵軸；11—渦輪空心軸；12—導(dǎo)輪座；13—油封；14—泵輪套。2023/2/43510.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式圖10-11YB355-2型液力變矩器原始特性線2023/2/43610.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式2.單級(jí)雙相綜合式液力變矩器單級(jí)雙相綜合式液力變矩器結(jié)構(gòu)和單級(jí)單相液力變矩器結(jié)構(gòu)大體上相同，不同點(diǎn)是單級(jí)雙相綜合式液力變矩器的導(dǎo)輪是通過單向離合器與機(jī)架連接，不是直接與機(jī)架固定為一體。單向離合器的工作原理見圖10-12。外圈7與導(dǎo)輪固定，內(nèi)齒4與導(dǎo)輪座3固定，而導(dǎo)輪座3又與機(jī)架固定。由原理圖可看出，外圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滾柱3使外圈和內(nèi)齒松開，允許外圈轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)外圈逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾柱3將外圈與內(nèi)齒楔緊，實(shí)際上外圈不能轉(zhuǎn)動(dòng)。2023/2/43710.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式這種離合器又叫超越離合器。若內(nèi)齒不固定，外圈逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可帶動(dòng)內(nèi)齒也同向轉(zhuǎn)動(dòng)。但當(dāng)內(nèi)齒轉(zhuǎn)速超過外圈轉(zhuǎn)速時(shí)，外圈的動(dòng)力就不能傳遞給內(nèi)齒了。離合器這種轉(zhuǎn)速超越而離合的作用在后面提到的ZL-50型裝載機(jī)上所使用的液力機(jī)械變矩器中要用到。

圖10-12單相離合器1—彈簧座；2—彈簧；3—導(dǎo)輪座；4—內(nèi)齒；5—滾柱；6—渦輪軸；7—外圈。

2023/2/43810.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式在單級(jí)雙相液力變矩器中，導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與否，取決于渦輪負(fù)載的大小。因渦輪負(fù)載變化會(huì)引起轉(zhuǎn)速的改變，從而使渦輪出口處絕對(duì)速度的圓周分速度也相應(yīng)變化。由導(dǎo)輪作用于液體力矩的方程

可知，的變化可使為正、為零、為負(fù)。當(dāng)渦輪負(fù)載較大時(shí)，，液流力圖使導(dǎo)輪按與泵輪轉(zhuǎn)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但此時(shí)，單向離合器楔緊，不允許導(dǎo)輪按此方向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)渦輪負(fù)載較小時(shí)，，液體對(duì)導(dǎo)輪作用力矩與前者相反，于是單向離合器松開，導(dǎo)輪與泵輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，見圖10-13。在此，順便講一下，對(duì)于后面談到的單級(jí)三相綜合式液力變矩器有兩個(gè)導(dǎo)輪分別與兩個(gè)單向離合器連接，各個(gè)導(dǎo)輪是否轉(zhuǎn)動(dòng)，也與渦輪負(fù)載有關(guān)，其原理與單導(dǎo)輪何時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理相同，見圖10-13b。

2023/2/43910.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式

圖10-13單導(dǎo)輪及雙導(dǎo)輪受力圖(a)單導(dǎo)輪受力圖；(b）雙導(dǎo)輪受力圖。圖中1、2、3、4、5分別是渦輪負(fù)載由小到大變化時(shí)導(dǎo)輪葉片受力方向2023/2/44010.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式圖10-14是單級(jí)雙相綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及其原始特性。當(dāng)（對(duì)應(yīng)于）范圍內(nèi)，導(dǎo)輪被離合器楔住，不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，是變矩工況；（）后，導(dǎo)輪受力與變矩工況時(shí)受力相反，離合器松開，導(dǎo)輪能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，變矩器工作在偶合工況。這時(shí)，，是過原點(diǎn)且與變矩工況時(shí)的相繼接的一段直線。優(yōu)點(diǎn)：提高了以后的效率，拓寬了～1的傳動(dòng)比范圍。

2023/2/44110.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式

圖10-14單級(jí)雙相綜合式液力變矩器（a）雙相變矩器結(jié)構(gòu)原理圖；（b）原始特性線。2023/2/44210.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式3.單級(jí)三相綜合式液力變矩器圖10-15是單級(jí)三相綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和原始特性圖，它有三種工作狀況：圖10-15單級(jí)三相綜合式液力變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及其原始特性2023/2/44310.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式（1）當(dāng)～（約為0～0.56）時(shí)，由于負(fù)載大，渦輪轉(zhuǎn)速低，致使導(dǎo)輪Ⅰ和導(dǎo)輪Ⅱ的力矩均為正（參見圖10-13b）。這時(shí)，兩導(dǎo)輪均被各自的單向離合器楔緊而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使變矩器工作在變矩工況。因兩導(dǎo)輪葉片組成的葉片彎曲度大，故可使變矩器獲得較大的變矩系數(shù)，增大了起動(dòng)力矩。（2）當(dāng)～（約為0.56～0.84）時(shí)，渦輪負(fù)載變小，而轉(zhuǎn)速升高，此時(shí)導(dǎo)輪Ⅰ的力矩為負(fù)，被單向離合器松開而轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)輪Ⅱ的力矩仍為正，繼續(xù)被單向離合器楔緊而不轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)的變矩器變成相當(dāng)于只有一個(gè)固定的導(dǎo)輪，導(dǎo)輪總的葉片彎曲度減小，使值有所下降，但值仍然較大，效率也仍然較大。

2023/2/44410.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式（3）當(dāng)（約，）時(shí)，負(fù)載較小轉(zhuǎn)速較高，此時(shí)導(dǎo)輪Ⅰ、Ⅱ的力矩、均為負(fù)值，都被單向離合器松開而轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)后,使變矩器工作在偶合工況。偶合工況時(shí)，效率是過原點(diǎn)的直線的一部分。由原始特性線上可看出，單級(jí)三相綜合式液力變矩器比單級(jí)單相液力變矩器具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）在低傳動(dòng)比區(qū)域，具有較高的變矩系數(shù)；2）高效區(qū)范圍寬。2023/2/44510.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式根據(jù)以上比較，單級(jí)多相綜合式液力變矩器很適合經(jīng)常在低速行駛的機(jī)械，（如裝載機(jī)、推土機(jī)等）；而在高速時(shí)(

后),曲線急聚下降，表明泵輪所需輸入力矩很小，發(fā)動(dòng)機(jī)可把剩余的功率用于驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的油泵，這一點(diǎn)對(duì)于需要停車（掛空擋）進(jìn)行工作的機(jī)械很適宜。2023/2/44610.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式4.多級(jí)液力變矩器圖10-16是三級(jí)液力變矩器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和原始特性。例如過去曾廣泛使用在車輛上的“里斯霍姆—斯密司”（Lysholm—Smith）就屬此種。它雖有較高的值（5～7）和較寬的高效區(qū)，但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，近來逐漸被單級(jí)、雙級(jí)和綜合式液力變矩器所取代。

2023/2/44710.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式圖10-16三級(jí)液力變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和原始特性2023/2/44810.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式5.閉鎖液力變矩器圖10-17是裝有閉鎖液力變矩器的單級(jí)三相綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。通過離合器L可將泵輪和渦輪直接連接，使傳動(dòng)系統(tǒng)變成純機(jī)械運(yùn)動(dòng)，用來提高在高傳動(dòng)比時(shí)的傳動(dòng)效率。所以，只適合用于道路平坦、高速行駛時(shí)，才閉合離合器L，也可以用閉鎖離合器的方法解決拖車起動(dòng)和下長(zhǎng)坡用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)問題。

圖10-17閉鎖液力變矩器2023/2/44910.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式

6.液力機(jī)械變矩器如果把液力變矩器和機(jī)械傳動(dòng)元件以不同的方式組合起來，就成了一種新的液力傳動(dòng)元件，這種液力傳動(dòng)元件就叫做液力機(jī)械變矩器。利用機(jī)械元件和功率分流原理，可以改變液力變矩器的傳動(dòng)特性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。根據(jù)在液力機(jī)械變矩器內(nèi)實(shí)現(xiàn)功率分流的不同，有內(nèi)分流和外分流兩種方式。2023/2/45010.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式（1）內(nèi)分流液力機(jī)械變矩器圖10-18是一種內(nèi)分流液力機(jī)械變矩器結(jié)構(gòu)圖，ZL—50型裝載機(jī)上所使用的就是這種液力變矩器。這種液力變矩器雖有兩個(gè)渦輪，但因兩個(gè)渦輪沒有剛性地連接在同一根軸上，所以依然屬于單級(jí)液力變矩器。發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪1通過彈性盤5及螺釘把與泵輪10固定在一起的罩輪3連接起來，泵輪10上裝有用來驅(qū)動(dòng)液壓油泵的齒輪12，這些部件構(gòu)成了變矩器的主動(dòng)部分。主動(dòng)部分的左、右端分別用軸承2、11支承在飛輪中心孔及導(dǎo)輪套軸13上。2023/2/45110.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式第一渦輪軸（實(shí)心軸）15左端用花鍵與第一渦輪6連接，右端帶有齒輪；第二渦輪軸（空心軸）14左端也用花鍵與第二渦輪8連接，右端也帶有齒輪。第二渦輪套軸14活動(dòng)地套在第一渦輪軸15的外面，兩個(gè)渦輪就是分別由這兩根渦輪軸把動(dòng)力通過齒輪傳入行星輪變速器中去的。導(dǎo)輪9用花鍵套裝在與機(jī)架固定在一起的導(dǎo)輪套軸13上，導(dǎo)輪始終不能轉(zhuǎn)動(dòng)。這種液力機(jī)械變矩器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及原始特性見圖10-19。2023/2/452

圖10-18雙渦輪內(nèi)分流液力機(jī)械變矩器1—飛輪；2—軸承；3—罩輪；4—軸承；5—彈性盤；6—第一渦輪；7—軸承；8—第二渦輪；9—導(dǎo)輪；10—泵輪；11—軸承；12—齒輪；13—導(dǎo)輪套軸；14—第二渦輪套軸；15—第一渦輪軸；16—隔離環(huán)；17—軸承；18—單向離合器外環(huán)齒輪；19—軸承；20—單向離合器；21—單向離合器內(nèi)環(huán)齒輪。2023/2/45310.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式圖10-19雙渦輪液力機(jī)械變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及原始特性2023/2/45410.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式這種變矩器的特點(diǎn)是經(jīng)過第一渦輪軸15右端齒輪與齒輪18減速后，再經(jīng)單向離合器（這里用的是超越原理）把動(dòng)力傳給與齒輪21為一體的輸出軸；第二渦輪軸14右端齒輪與齒輪21經(jīng)過增速后直接向變速器輸出動(dòng)力。當(dāng)來自變速器的負(fù)載較大時(shí)（即液力變矩器處于低傳動(dòng)比），單向離合器處于楔緊狀態(tài)，這時(shí)第一、二渦輪軸共同向變速器輸出動(dòng)力；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，因第二渦輪軸14轉(zhuǎn)速升高，使齒輪21的轉(zhuǎn)速超越齒輪18的轉(zhuǎn)速，此時(shí)單向離合器松開，使齒輪18空載轉(zhuǎn)動(dòng)，僅有第二渦輪軸輸出動(dòng)力。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠起到起步、重載時(shí)兩渦輪共同輸出動(dòng)力，輕載時(shí)僅有第二渦輪單獨(dú)輸出動(dòng)力的作用。因這種液力變矩器能夠獲得較大的變矩系數(shù)K，提高機(jī)械的牽引力和擴(kuò)展了高效區(qū)范圍，隨著外負(fù)載的變化自動(dòng)改變轉(zhuǎn)速和力矩，故可減少變速器的換檔位數(shù)，簡(jiǎn)化操作。因此在國(guó)產(chǎn)的ZL系列裝載機(jī)上，這種液力變矩器得到廣泛的應(yīng)用。2023/2/45510.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式（2）外分流液力機(jī)械變矩器圖10-20是美國(guó)卡特皮勒（Caterpillar）公司生產(chǎn)的一種外分流液力機(jī)械變矩器簡(jiǎn)圖。圖中L是閉鎖離合器，Z是制動(dòng)器，H是單向離合器。它有三種工況，簡(jiǎn)述如下。圖10-20卡特皮勒外分流液力機(jī)械變矩器簡(jiǎn)圖2023/2/45610.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式1）L接合，Z松開。此時(shí)，液力變矩器空轉(zhuǎn)，是傳動(dòng)比直接傳動(dòng)。此工況主要用于車輛高速行駛，下長(zhǎng)坡利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)及拖拉起動(dòng)。2）L分離，Z制動(dòng)。此時(shí)，液力變矩器不工作，該工況是一種純機(jī)械的增速傳動(dòng)，，是行星排特性參數(shù)。適用于車輛的運(yùn)輸工況。3）L及Z同時(shí)松開。此時(shí)輸入的功率，分流傳遞。一路由行星排直接傳遞，另一路由液力變矩器傳遞，兩路功率在輸出軸上匯合。此工況適用于車輛的牽引工況。2023/2/45710.4液力變矩器的分類

及結(jié)構(gòu)型式由于液力變矩器已系列生產(chǎn)，因此可用發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩（等于泵輪力矩）和轉(zhuǎn)速及液力變矩器的有效直徑D繪制成液力變矩器的系列型譜如圖10-21，以供選用。適合工程機(jī)械用的375液力變矩器系列有270、295、320、345、375、405、440、475八個(gè)尺寸64個(gè)品種，其功率為29.4~294KW，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500~2400r/min。圖10-21液力變矩器系列型譜2023/2/45810.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作當(dāng)液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)配合后，可作為一種新的動(dòng)力裝置看待，它具有了新的特性。它們共同工作性能如何不僅取決于各自性能的好壞，而且也與二者能否很好的協(xié)調(diào)配置有很大的關(guān)系。因此，如何使它們合理匹配，如何選擇液力變矩器的有效直徑等就是研究其共同工作的目的。2023/2/45910.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作10.5.1液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的要求及匹配原理液力傳動(dòng)車輛的性能不僅與所用的發(fā)動(dòng)機(jī)、液力變矩器及機(jī)械變速箱等的性能有關(guān)，而且與它們之間的匹配恰當(dāng)與否有關(guān)。因此，其匹配要求是：（1）為了獲得良好的起步性能，希望液力變矩器在低速比時(shí)的負(fù)荷拋物線（特別是i=0時(shí)）能通過發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)；（2）為使車輛具有較高的使用效率，希望共同工作范圍能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率，要求綜合式液力變矩器最高效率（i≈l）時(shí)的負(fù)荷拋物線通過發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率標(biāo)定扭矩點(diǎn)；2023/2/46010.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作（3）有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，希望共同工作的范圍處于發(fā)動(dòng)機(jī)比燃油消耗量最低值附近。匹配原理是計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖和液力變矩器的輸入曲線圖，考察兩者的交點(diǎn)，看是否符合匹配要求以及計(jì)算出輸出特性，看輸出特性是否符合要求。下面用框圖的形式給出如何用兩者間的特性曲線來確定液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作點(diǎn)。2023/2/46110.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作液力變矩器特性曲線渦輪特性曲線泵輪特性曲線發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線輸入特性曲線共同工作點(diǎn)

圖10-22匹配原理2023/2/46210.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作10.5.2液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的特性曲線繪制對(duì)于已確定的液力變矩器及工作液體，其有效直徑D、液體重度及其原始特性線應(yīng)是已知的。另外所選用的內(nèi)燃機(jī)的特性線也應(yīng)是已知的。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)曲軸（或飛輪）與液力變矩器直接連接后的工作稱為共同工作。此時(shí)，泵輪就是內(nèi)燃機(jī)的直接負(fù)載。在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有式中、—分別是內(nèi)燃機(jī)、泵輪的轉(zhuǎn)速；、—分別是內(nèi)燃機(jī)輸送給泵輪的力矩（凈力矩）和泵輪力矩。2023/2/46310.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作所謂內(nèi)燃機(jī)的凈力矩是指內(nèi)燃機(jī)曲軸力矩扣除輔助裝置（如風(fēng)扇、油泵等）消耗的力矩后，輸入到泵輪上的力矩。對(duì)于穿透性液力變矩器和內(nèi)燃機(jī)共同工作的特性線繪制方法如下。（1）在液力變矩器原始特性圖上取若干個(gè)值（見圖10-22），如、、……（一般要包括、、、這幾個(gè)特殊工況值，各符號(hào)意義參見圖10-8），就有與之對(duì)應(yīng)的、、……及、、……和、、……。

2023/2/46410.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作圖10-23液力變矩器的原始特性2023/2/46510.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作（2）做液力變矩器的輸入（負(fù)荷）特性線根據(jù)公式，分別以、、……為定值，可以做出若干條的輸入特性線，分別記作、、……，這一組曲線所分布的寬度與液力變矩器的透穿度有關(guān)。（3）做液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的輸入曲線將上述的液力變矩器輸入特性線、、……和內(nèi)燃機(jī)的凈特性線用同一比例尺畫在同一個(gè)坐標(biāo)圖上,就得到它們共同工作的輸入特性曲線（圖10-23）。、、……就是內(nèi)燃機(jī)凈外特性線與液力變矩器輸入特性線上的幾個(gè)交點(diǎn)。同樣也可找到內(nèi)燃機(jī)在部分特性線(圖中虛線)工作時(shí)與液力變矩器輸入特性線的交點(diǎn)。2023/2/46610.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作（4）做液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的輸出特性曲線以內(nèi)燃機(jī)的凈外特性為例，利用共同工作的輸入特性圖10-23和液力變矩器的原始特性圖10-22及有關(guān)公式，可列出表10-1中各值。

圖10-24液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的輸入特性2023/2/467表10-1液力變矩器各參數(shù)數(shù)據(jù)根據(jù)上表數(shù)據(jù)可繪出、、、。2023/2/46810.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作對(duì)于不穿透液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的輸入和輸出特性線的繪制方法與上述方法相同,是上述方法的特例,即液力變矩器輸入特性曲線與內(nèi)燃機(jī)的凈外特性曲線只有一個(gè)交點(diǎn),也就是只有一個(gè)工況點(diǎn)。所以,共同工作的輸入、輸出特性線的繪制要簡(jiǎn)單一些。如果內(nèi)燃機(jī)是柴油機(jī)，其繪制共同工作的輸入和輸出特性曲線的方法基本與上述方法相同，不再贅述。2023/2/46910.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作從圖10-24可以看出，當(dāng)液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)共同工作時(shí)，其輸出特性比內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)工作時(shí)的輸出特性有明顯的優(yōu)點(diǎn)。如輸出力矩隨輸出轉(zhuǎn)速的減小而自動(dòng)增大，能很好地適應(yīng)外力矩的變化，而內(nèi)燃機(jī)這樣的特性就很差；又如當(dāng)外力矩超過渦輪的最大力矩()時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速（）仍不為零，即內(nèi)燃機(jī)仍不會(huì)熄火。對(duì)于像裝載機(jī)、推土機(jī)這一類工作阻力變化很大的建設(shè)機(jī)械來講，這些優(yōu)點(diǎn)尤為重要。2023/2/47010.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作

圖10-25液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的輸出特性線2023/2/47110.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作10.5.3全功率匹配和部分功率匹配有些工程機(jī)械（如輪式裝載機(jī)），在作業(yè)時(shí)存在不同的兩種工況。第一種工況是只驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)而不驅(qū)動(dòng)工作裝置（如運(yùn)送物料），在此工況時(shí)，可認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的功率或力矩基本上全部用來通過液力變距器而驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)；第二種工況是在驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)的同時(shí)，還要用很大的功率（對(duì)于輪式裝載機(jī)，這部分功率約占發(fā)動(dòng)機(jī)總功率的40~60%）去驅(qū)動(dòng)工作裝置。因在不同的工況下，液力變距器吸收的功率差異很大，因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配上應(yīng)考慮變矩器是按發(fā)動(dòng)機(jī)的全部功率來選擇，還是按扣除了其它裝置所必要的功率來選擇，即所謂全功率匹配還是部分功率匹配。2023/2/47210.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作為分析方便起見，設(shè)柴油機(jī)與具有不透穿性液力變距器共同工作，如圖10-25所示。圖10-26在兩種工況下和液力變距器的匹配2023/2/47310.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作圖10-25中，為第一種工況時(shí)柴油機(jī)輸入到變距器的力矩，為第二工況時(shí)輸入到變距器的力矩。若按第一種工況，則應(yīng)以為A點(diǎn)的參數(shù)求液力變矩器的有效直徑D值，這時(shí)的輸入特性線e必然經(jīng)過A點(diǎn)，表明柴油機(jī)是在最大功率工況下工作。但是，當(dāng)處于第二種工況時(shí)，二者共同工作點(diǎn)變?yōu)?，轉(zhuǎn)速為,因而不能充分利用柴油機(jī)的功率。又因轉(zhuǎn)速下降很多，還會(huì)造成工作裝置動(dòng)作緩慢，生產(chǎn)率下降。如果按第二種工況，則應(yīng)以B點(diǎn)的參數(shù)求，此時(shí)的輸入特性線d應(yīng)通過B點(diǎn)。但是，在第一工況時(shí)，d與的交點(diǎn)為，轉(zhuǎn)速為,因而也不能充分利用柴油機(jī)的功率。

2023/2/47410.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作因此，對(duì)于工作循環(huán)中存在上述兩種工況時(shí)的建設(shè)機(jī)械，要有所兼顧，并考慮到工作裝置的液壓泵并不總是在最大工作壓力下工作。一般應(yīng)根據(jù)具體情況，用A和B之間適當(dāng)?shù)膮?shù)來計(jì)算液力變矩器的有效直徑，這種匹配方法稱為部分功率匹配。對(duì)于工作裝置不經(jīng)常和液力變矩器同時(shí)工作的建設(shè)機(jī)械，如推土機(jī)、自行式鏟運(yùn)機(jī)等就用A點(diǎn)參數(shù)計(jì)算，這即為全功率匹配。2023/2/47510.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作10.5.4液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)合理匹配的一般原則1．為了使液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合工作的性能良好，在為給定的發(fā)動(dòng)機(jī)選擇變矩器時(shí)，一般是通過調(diào)整有效直徑來達(dá)到；在為已定的變矩器選擇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，一般是先畫出變矩器的輸入特性曲線，按工作需要和機(jī)器所需功率選擇一個(gè)與上述輸入特性配合得較好的發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線。2023/2/47610.5液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)

的共同工作2．在液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)都定下來時(shí)，一般是在它們之間加裝一個(gè)傳動(dòng)裝置借以達(dá)到較好的配合。3．對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來說，一般都選擇具有良好正透穿性的變矩器與其配合，這樣在傳動(dòng)比小時(shí)可獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的最大力矩，而在大傳動(dòng)比時(shí)可充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。對(duì)于柴油機(jī)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩特性曲線比較平坦，即發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩變化不大。尤其是大型工程機(jī)械和重型車輛，由于它們的后備功率小，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在滿負(fù)荷（接近最大扭矩）情況下工作。為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，則宜采用不可透穿性的變矩器與其配合。2023/2/47710.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)如前所述,液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配的常規(guī)方法是采用作圖與手工計(jì)算相結(jié)合的辦法進(jìn)行的,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而借助CAD技術(shù)即可進(jìn)行二者共同工作的特性計(jì)算,又可計(jì)算出匹配的若干評(píng)價(jià)參數(shù),用以最佳選擇。10.6.1液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配的基本方法1.內(nèi)燃機(jī)性能特性模型及外特性曲線車輛在行駛過程中，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速取決于車輛行駛速度，扭矩取決于行駛阻力，兩者沒有特定的關(guān)系，但從內(nèi)燃機(jī)的萬有特性圖可知不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下的扭矩，這樣只需建立阻力模型并將等效到內(nèi)燃機(jī)曲軸端，再通過對(duì)萬有曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值的方法即可得出內(nèi)燃機(jī)扭矩轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。2023/2/47810.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)性能特性數(shù)學(xué)模型主要是用發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性（對(duì)汽油機(jī)來說是使用外特性；對(duì)柴油機(jī)來說是功率特性）和內(nèi)燃機(jī)萬有特性來描述。描述內(nèi)燃機(jī)特性的方法有表格法、插值法和模型法。如果是已知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)燃機(jī)，其使用外特性可以看作是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一元函數(shù)，一般可以用最小二乘法擬合獲得；而萬有特性可以看作是內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩的二元函數(shù)，用曲面擬合法獲得。對(duì)于只有不完全資料的內(nèi)燃機(jī)模型的建立，一般可采用內(nèi)燃機(jī)的簡(jiǎn)化模型。2023/2/47910.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)通常內(nèi)燃機(jī)外特性曲線由內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)獲得,可用或兩條曲線表示。在液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配計(jì)算中,通常是用內(nèi)燃機(jī)的凈力矩曲線,是內(nèi)燃機(jī)扣除輸入到泵輪上的力矩后,其他裝置所消耗的力矩。用數(shù)值法進(jìn)行匹配計(jì)算時(shí),需要將沒有函數(shù)關(guān)系的內(nèi)燃機(jī)力矩特性曲線以擬合的方式用解析式表示,以便求解內(nèi)燃機(jī)凈外特性與液力變矩器的輸入特性曲線的交點(diǎn),即二者共同工作點(diǎn)。以柴油機(jī)為例,其力矩特性曲線是由外特性曲線段與調(diào)速特性線段組成,如圖10-26所示。2023/2/48010.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)圖10-27內(nèi)燃機(jī)特性曲線2023/2/48110.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)外特性曲線為單凸曲線,可近似用二次曲線表示,調(diào)速特性段為直線,可用直線方程表示。如果已知特性曲線上的若干離散點(diǎn)(，)(=1,2,…),采用分段最小二乘法擬合,曲線方程如下:()（10-8）

()（10-9）式中—柴油機(jī)外特性與調(diào)速特性交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；、、、、—均為待定系數(shù)。2023/2/48210.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)2.液力變矩器的原始特性曲線對(duì)于單級(jí)向心渦輪液力變矩器，可采用如下輸入輸出回歸模型：（10-10）（10-11）式中:、、、、、—均為待定系數(shù)。將、、帶入上式，并用替換,替換(j=0,1,2)后，得2023/2/48310.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)于是，若已知一組離散點(diǎn)（、、）（L=1，2，3…），通過最小二乘法擬合處理，可確定式中的待定系數(shù)、（j=0，1，2）。變矩系數(shù)K和效率η的表達(dá)式為（10-12）（10-13）液力變矩器原始特性曲線多項(xiàng)式擬合的意義在于確定變矩器的高效區(qū)(即=0.75所對(duì)應(yīng)的值)，并確定在任一值所對(duì)應(yīng)的、、值，以求共同工作的輸入、輸出特性。2023/2/48410.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)3.共同工作的輸入特性求解共同工作的輸入特性，就是尋求內(nèi)燃機(jī)凈力矩曲線與變矩器輸入特性曲線的一系列交點(diǎn)（如圖10-27所示），由聯(lián)立二曲線方程求解可得。但內(nèi)燃機(jī)凈力矩曲線與變矩器的輸入特性曲線的交點(diǎn)可能在外特性線段（如圖中），也可能在調(diào)速特性線段（如圖中）。若將凈力矩曲線人為外延（見圖中虛線），則任一條輸入特性曲線與兩區(qū)段都有交點(diǎn)。由此可將輸入特性曲線方程分別與兩區(qū)段特性方程聯(lián)立，求得各自交點(diǎn)后，再進(jìn)行判斷，取其實(shí)際交點(diǎn)。2023/2/48510.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)圖10-28液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的輸入特性2023/2/48610.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)1)與外特性線段曲線方程聯(lián)立考慮到、，經(jīng)整理后，得其解為：（10-14）由圖10-27的幾何關(guān)系，可知（10-15）2023/2/48710.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)2）與調(diào)速特性段直線方程聯(lián)立同樣考慮到、，經(jīng)整理后，得其解為（10-16）同理可知（10-17）2023/2/48810.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)由圖10-27的幾何關(guān)系，實(shí)際交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速應(yīng)為（10-18）再利用，就可求出對(duì)應(yīng)的值。那么就可得出內(nèi)燃機(jī)與液力變矩器二者共同工作的工作點(diǎn)（）（…）。2023/2/48910.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)4.共同工作的輸出特性根據(jù)二者共同工作的工作點(diǎn)，按如下公式計(jì)算在各傳動(dòng)比下的渦輪輸出力矩、輸出轉(zhuǎn)速、輸出功率及變矩器效率。

（這里指角標(biāo)）2023/2/49010.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以為參數(shù)，可求得關(guān)于渦輪轉(zhuǎn)速的離散函數(shù)值、、，將這些離散值用最小二乘法擬合，得到函數(shù)關(guān)系式、、。把所擬合的函數(shù)以圖像的形式表示，就得到了共同工作的輸出特性曲線，所得函數(shù)關(guān)系式也是求解匹配性能的評(píng)價(jià)參數(shù)。

2023/2/49110.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)5.共匹配結(jié)果分析及問題的解決方法匹配結(jié)果分析后，需要對(duì)不良結(jié)果提出解決方法，例如，液力變矩器最高效率時(shí)的輸入特性沒有通過發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，液力變矩器負(fù)荷特性曲線區(qū)域未通過發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)；液力變矩器在i=0時(shí)的負(fù)荷特性曲線沒有通過發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)。根據(jù)，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，可以通過改變其余三項(xiàng)的值來提高扭矩，使液力變矩器輸入特性曲線在起動(dòng)工況下通過發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，如果不考慮，在保證不變的情況下，一般都通過改變來實(shí)現(xiàn)。2023/2/49210.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)10.6.2匹配性能評(píng)價(jià)參數(shù)的確定原則工程機(jī)械的工作環(huán)境較為惡劣，為使工程機(jī)械的牽引性能、經(jīng)濟(jì)性能及高效率工作性能不被破壞，應(yīng)從以下幾個(gè)方面來滿足工程機(jī)械的作業(yè)要求：①為提高工程機(jī)械的作業(yè)生產(chǎn)率，應(yīng)使變矩器最高效率工況i*時(shí)的負(fù)荷拋物線經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)額定工作點(diǎn)；②液力變矩器在轉(zhuǎn)速比i＝0時(shí)的負(fù)荷拋物線應(yīng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩點(diǎn)，以保證工程機(jī)械具有較大的起步扭矩；③要求變矩器的高效區(qū)范圍盡可能地寬；④發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量少；⑤變矩器渦輪上應(yīng)具有較大的平均輸出功率。2023/2/49310.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)10.6.3液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性能的評(píng)價(jià)參數(shù)常采用以下參數(shù)作為評(píng)價(jià)匹配性能的指標(biāo)：（1）最大輸出力矩。液力變矩器失速工況（）時(shí)的渦輪輸出力矩，它表征車輛起步力矩的大小。（2）液力變矩器高效區(qū)輸出轉(zhuǎn)速范圍。其中、為對(duì)應(yīng)液力變矩器高效區(qū)上、下限、（參見圖10-8）的渦輪輸出轉(zhuǎn)速。它表征了共同工作特性中可用于正常工作的速度范圍。（3）液力變矩器高效區(qū)輸出力矩范圍。其中、為對(duì)應(yīng)于、時(shí)的渦輪輸出力矩。它表明共同工作在高效區(qū)內(nèi)的動(dòng)力特性。2023/2/49410.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（4）全工況范圍內(nèi)的平均輸出功率（10-19）其中為空載時(shí)渦輪最大轉(zhuǎn)速，。該參數(shù)可用來評(píng)價(jià)車輛起步檔的起步加速能力。5．高效區(qū)的平均輸出功率（10-20）其中。該參數(shù)評(píng)價(jià)車輛正常工作時(shí)的動(dòng)力性能。2023/2/49510.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)10.6.4程序結(jié)構(gòu)所編程序結(jié)構(gòu)及流程分別如圖10-28、10-29所示。程序的計(jì)算結(jié)構(gòu)，如共同工作輸出特性、評(píng)價(jià)匹配性能參數(shù)等可以表格或其它形式輸出，并可設(shè)置打印輸出功能。2023/2/49610.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)圖10-29程序結(jié)構(gòu)

圖10-30程序流程2023/2/49710.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)例10.1某工程機(jī)械采用的柴油機(jī)的凈特性，曲線如圖10-30所示，與之配用的是YB355-2型液力變距器，其原始特性見圖10-11。該液力變距器和工作裝置不經(jīng)常同時(shí)工作。繪制柴油機(jī)與液力變距器共同工作的輸入和輸出特性曲線并對(duì)其匹配情況進(jìn)行分析。

解：（1）繪制共同工作的輸入特性線在原始特性線上取，并查找出對(duì)應(yīng)的值。根據(jù)（＝0.355ｍ），計(jì)算出一系列的曲線上的點(diǎn)的坐標(biāo)值，填入表10-2。由與一系列的曲線組成的圖線（用相同的比例尺）就是共同工作的輸入特性，如圖10-30所示。

2023/2/498圖10-31共同工作的輸入特性2023/2/49910.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（2）繪制共同工作的輸出特性曲線根據(jù)原始特性及共同工作的輸入特性完成表10-3（表中只列出了部分?jǐn)?shù)值）根據(jù)表10-3可繪制出共同工作的輸出特性曲線，如圖10-31所示。2023/2/4100表10-2液力變矩器原始特性線各參數(shù)數(shù)據(jù)2023/2/4101表10-3原始特性及共同工作的輸入特性參數(shù)數(shù)據(jù)

2023/2/410210.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)圖10-32共同工作的輸出特性2023/2/410310.6液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)匹配

的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（3）匹配分析，起動(dòng)工況起動(dòng)柴油機(jī)的力矩大約為148N·M，液力變矩器的起動(dòng)力矩約為480N·M；變矩器的起動(dòng)輸出力矩=1392N·M。==0.67，高效工況最高效率=0.85，柴油機(jī)的輸出力矩465N·M，接近標(biāo)定工況時(shí)的力矩458N·M（或輸出功率接近最大功率91.1KW）；高效率的下限=0.75時(shí)，=0.45和=0.89的兩條

=負(fù)載線包括了最大功率范圍，變矩器的高效區(qū)輸出轉(zhuǎn)速=819～1753r/min；r/min為增矩輸出轉(zhuǎn)速范圍。在高效區(qū)，柴油機(jī)單位功率時(shí)間耗油率都小。綜上所述，用YB355—2型液力變矩器（D=355mm）與該柴油機(jī)匹配得當(dāng)。2023/2/410410.7液力變矩器的尺寸選擇

在液力變矩器的類型及內(nèi)燃機(jī)決定后，再就是要選用合適的液力變矩器的有效直徑D。而D值大小又會(huì)影響液力變矩器與內(nèi)燃機(jī)共同工作的工況是否能滿足工作機(jī)械的要求。根據(jù)，可知

因內(nèi)燃機(jī)是和泵輪直接相連接的，因此，上式也可改寫為

（10-21）（10-22）2023/2/410510.7液力變矩器的尺寸選擇上兩式中

—液力變矩器的有效直徑（m）；、—分別是內(nèi)燃機(jī)的凈力矩及泵輪力矩，

，(N·m)；、—分別是內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和泵輪轉(zhuǎn)速，,(r/min)；

—泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)（min2/r2·m）；

—工作液體的重度（N/m3）。下面分別討論D的選擇問題。2023/2/410610.7液力變矩器的尺寸選擇10.7.1不透穿液力變矩器D的確定如前所述，當(dāng)使用不透穿液力變矩器時(shí)，它的輸入特性曲線不隨變化，只有一條。如果與其配用的是柴油機(jī)，因柴油機(jī)的力矩特性線比較平坦，最大功率