液力傳動與流體機(jī)械 第一章 緒 論

第一章緒論

1.1常見傳動技術(shù)、流體機(jī)械的分類、流體機(jī)械相關(guān)定義

1.2

流體機(jī)械與液力傳動的發(fā)展與應(yīng)用

1.3流體機(jī)械和液力傳動的特點(diǎn)

1.4流體機(jī)械所應(yīng)用的液力傳動與液壓傳動的區(qū)別

思考題

11.1常見傳動技術(shù)、流體機(jī)械的分類、流體機(jī)械的相關(guān)定義

傳動技術(shù)，是指能夠使物體按照指定動作規(guī)律運(yùn)動起來的技術(shù)。通常是通過傳動裝置（PowerTransmissionEngineering）來實現(xiàn)的。按照工作介質(zhì)不同，傳動技術(shù)種類可分為：

傳動技術(shù)的定義2傳動機(jī)械傳動齒輪、齒條杠桿、連桿電氣傳動流體傳動復(fù)合傳動直流交流氣體傳動液體傳動氣壓傳動射流靜壓傳動動力傳動液粘傳動液壓

液壓軸承直流液壓交流液壓液力傳動射流1.1.1常見傳動技術(shù)的種類31.1.2流體機(jī)械的分類

流體機(jī)械可以分成從機(jī)械向流體傳遞能量的流體機(jī)械和將流體能量傳遞給機(jī)械的流體動力機(jī)械根據(jù)流體是液體還是氣體分為水力機(jī)械和氣體機(jī)械；根據(jù)能量是輸出還是輸入機(jī)械功可分為動力機(jī)械(或原動機(jī))和工作機(jī)械。按工作原理又常分為速度式、容積式(往復(fù)、回轉(zhuǎn))和其它形式的流體機(jī)械(如射流泵等)。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式流體機(jī)械還可以細(xì)分4(1)軸流、(2)徑流(離心)壓縮機(jī)視頻旋轉(zhuǎn)軸軸流離心5(3)混流式

照片子午面(軸面)6泵是典型的流體機(jī)械7柱塞泵8泵實圖9流體機(jī)械的分類10按工作方式分類作為媒介的力工作方式

壓力表面力剪切力容積式往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式葉片式離心式、斜流式、軸流式、橫流式其他非定常式、差壓式摩擦式湍流式渦流式、射流式

重力體積力電磁力浮力式電磁式、磁流體式11“所謂流體機(jī)械，是指在流體和機(jī)械之間進(jìn)行能量交換的機(jī)械的總稱”。什么是流體機(jī)械?其實并不嚴(yán)密1.1.3流體的機(jī)械能和流體機(jī)械的分類12(一)流體內(nèi)部具有的能量流體的內(nèi)部能量具有：

1)由分子間的勢能和分子不規(guī)則運(yùn)動的動能之和定義的內(nèi)能(當(dāng)其變化時常伴隨著壓力和溫度等狀態(tài)量的變化，有時也伴隨著相變化)。

2)構(gòu)成分子的原子的結(jié)合能(伴隨著化學(xué)反應(yīng)而放出或吸收的化學(xué)能)。

3)構(gòu)成原子核的基本粒子的結(jié)合能(伴隨著核聚變或核裂變面釋放出的能量)。(二)流體流動具有的動能(三)流體在有勢場中具有的勢能具有的勢能有：

1)重力場中的位能

2)導(dǎo)電流體在電場和磁場中具有的電磁能。

在明確流體機(jī)械的定義之前，讓我們先考慮一下流體所具有的能量。流體具有的能量主要包括以下幾類：13

設(shè)流體的密度為，,表示單位質(zhì)量流量流體的功和熱量，則

上式的意義是，對于單位質(zhì)量流量的流體，有與右邊第二項相當(dāng)?shù)哪芰苛魅霗C(jī)械，與右邊第一項相當(dāng)?shù)哪芰苛鞒鰴C(jī)械。即是說，在有流體流出流人的流體機(jī)械中(開口系統(tǒng))，除流體本身具有的能量之外，還需要加入通過流道斷而傳遞的能量。(1-1)14

對普通的流體機(jī)械來說，相變化的可以忽略．

應(yīng)用分部積分公式；

上式表示流體機(jī)械對單位質(zhì)量流量流體所作的功，

稱為比功。在流體機(jī)械中，起主要作用的只是右邊第1-3項的流體機(jī)械能的變化，該3項的和特別稱為可逆比功。

即對單位質(zhì)量流量的流體，可逆比功指在機(jī)械所作的功與流體所具有的機(jī)械能之間沒有摩擦損失地可逆地進(jìn)行轉(zhuǎn)換的比功。(1-2)(1-3)15

我們對流體機(jī)械下這樣的定義：“所謂流體機(jī)械，是指在流體具有的機(jī)械能和機(jī)械所作的功之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械?！?6

液力傳動已有上百年的歷史，1902年，德國工程師蓋爾曼·費(fèi)丁格爾發(fā)現(xiàn)了液力傳動的原理。1.2

液力傳動和流體機(jī)械的發(fā)展與應(yīng)用1.2.1

液力傳動的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀液力傳動有兩種主要類型：液力偶合器傳動和液力變矩器傳動。

傳動效率：偶合器約為96％～98.5％，變矩器約為85％～92％，在額定工況附近較高。

從投入使用的液力元件的數(shù)目多少，液力傳動裝置可以分為三種型式：純液力元件傳動裝置、單液力元件傳動裝置和多液力元件傳動裝置。17美國日本歐洲應(yīng)用液力傳動裝置始于20世紀(jì)50年代20世紀(jì)70年代20世紀(jì)70年代以來1.液力傳動在國際上的發(fā)展情況2.液力傳動在國內(nèi)的發(fā)展情況181.2.2液力傳動技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1.內(nèi)燃機(jī)車video

2.各類大中型施工機(jī)械video

3.各類汽車video

4.各類轉(zhuǎn)動設(shè)備5.坦克及裝甲車輛video

6.船舶驅(qū)動及相關(guān)設(shè)備

video

圖1-1液力傳動應(yīng)用示意圖

19圖1-2坦克液力傳動系統(tǒng)圖

1.2.3液力傳動技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域201.2.4流體機(jī)械的發(fā)展應(yīng)用1.電力工業(yè)

核電、火電、水電目前我國熱電站的廠用電占發(fā)電量的12%，而發(fā)達(dá)國家只占4~5%三峽大壩2122水輪機(jī)機(jī)組裝置圖潮汐發(fā)電視頻23TheSolarChimney

TETTAGTrotzenburgerWeg351465BergischGladbachGermanyTel:+492202246751Fax:+492202246754太陽能視頻24風(fēng)能風(fēng)扇視頻英國風(fēng)力發(fā)電視頻252.水利工程263.石油工業(yè)采油泵274.鋼鐵、木材工業(yè)高爐鼓風(fēng)機(jī)NumericalStudyofaTurbineDraftTubeFlow

木材加工機(jī)械視頻28反動式?jīng)_擊式連續(xù)流動5.動力工程29單級單吸離心壓縮機(jī)葉輪進(jìn)風(fēng)口擴(kuò)壓器蝸殼軸承306.生物醫(yī)學(xué)工程人造心臟返回311.3液力傳動和流體機(jī)械的特點(diǎn)液力傳動之所以能得到這樣廣泛的應(yīng)用，發(fā)展這樣迅速，原因就是它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.自動適應(yīng)性

液力變矩器的輸出力矩能隨外載荷的增加而自動增加。

2.提高了機(jī)械的使用壽命由于液力傳動的工作介質(zhì)是液體，它能吸收或減少來自發(fā)動機(jī)和外載荷的振動與沖擊，從而使機(jī)械啟動、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)柔和，加速過程均勻，改善操縱舒適性，起過載保護(hù)作用。

3.具有良好的穩(wěn)定低速性能，提高了機(jī)械的通過性能裝有液力傳動的機(jī)械能夠以任意小的速度行駛，這樣就增加了車輛或履帶與地面的附著力，提高機(jī)械在松軟的土質(zhì)、砂質(zhì)路面、雪地和泥濘沼澤地帶上的通過能力。

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4.無級調(diào)速，簡化了操作，提高駕駛員和乘客的舒適性液力變矩器本身就是一個無級自動變速器，從而使發(fā)動機(jī)的動力范圍得到擴(kuò)大，變速箱的檔數(shù)也可以減少。

5.便于維護(hù)保養(yǎng)液力元件的葉輪之間無機(jī)械聯(lián)系，無機(jī)械磨損，工作介質(zhì)為無機(jī)礦物油，不僅可靠度高，使用壽命長，而且便于維護(hù)保養(yǎng)。

6.多機(jī)并車性能和限矩保護(hù)性能當(dāng)工作機(jī)械采用多臺動力機(jī)驅(qū)動時，易于并車且能夠自動協(xié)調(diào)載荷分配。

7.改善車輛的動力性能

液力變矩器的作用使自動變器能夠輕快平穩(wěn)起動且連續(xù)自動無沖擊換檔，故汽車的起步加速性能得到提高，同時可以帶載啟動。此外，由于自動換檔在時機(jī)控制上能保證發(fā)動機(jī)功率得以充分利用，所以大大改善了動力性能。33

8.降低排放污染

使用液力自動變速器時，由于采用了液力傳動和自動換檔技術(shù)，可以把發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速限制在污染較小的范圍內(nèi)，加上不必頻繁換檔，因而可以降低對空氣的污染。液力傳動與電氣傳動和機(jī)械傳動相比有其缺點(diǎn)：

1.效率較低，液力變矩器最高效率約85％～92％，液力偶合器最高效率約96％～98％。

2.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造精度要求高，成本較高。

3.液力變矩器和調(diào)速型偶合器需要一套補(bǔ)償冷卻系統(tǒng)，因而增加了成本。

4.不能利用發(fā)動機(jī)的慣性來制動，也不能用牽引的辦法啟動發(fā)動機(jī)，需要有附加裝置。

5.液力傳動的某些裝置維修技術(shù)較復(fù)雜，要求有專門的維修人員，具有較高的修理水平和故障檢查分析能力。341.4流體機(jī)械所應(yīng)用的液力傳動與液壓傳動的區(qū)別簡單來說，液壓傳動是以液體的壓力能按照容積變化相等的原理進(jìn)行能量傳遞的，它要通過泵—閥—馬達(dá)或液壓缸三種主要元件一起來傳遞能量。液力傳動與之不同，它是以動量矩方程為工作原理，靠液力偶合器或液力變矩器的葉輪來傳遞能量。

1.4.1

液壓傳動

液壓傳動的原理基于流體力學(xué)的帕斯卡定理，即靜液壓傳動的基本原理。根據(jù)這個原理，高壓液體在密閉的幾何形體內(nèi)被迫移動時，將傳遞機(jī)械能。與機(jī)械傳動相比，液壓傳動更容易實現(xiàn)其運(yùn)動參數(shù)（流量）和動力參數(shù)（壓力）的控制，而液壓傳動較之液力傳動具有良好的低速負(fù)荷特性。35圖1-3液壓傳動原理簡圖1－活塞2、4－容器3－管路

如圖1-3所示，容器2用管路3與容器4連通，那么第一個容器中加在活塞1上的力F所建立的壓力p＝F/A（A為活塞面積）傳至第二個容器，并使容器周壁受到液壓力的作用?？梢?，在液壓傳動裝置中，利用容積變化相等的原理，通過管路傳遞載荷。以此原理進(jìn)行能量傳遞的形式稱為容積式液壓傳動，簡稱液壓傳動。361.4.2液力傳動

液力傳動基于流體力學(xué)的歐拉方程，它是利用流體的動能，即利用液力傳動裝置中葉輪內(nèi)動量矩的變化來傳遞和改變能量。

圖1-4所示的傳動系統(tǒng)，原動機(jī)帶動離心泵1高速旋轉(zhuǎn)，離心泵通過吸入管路由貯液池吸進(jìn)液體，液體在離心泵葉輪內(nèi)加速，獲得動能，離心泵是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體動能的主要元件。由離心泵打出的高速液體通過管路3和噴嘴進(jìn)入渦輪機(jī)2，沖擊渦輪機(jī)葉片使之旋轉(zhuǎn)，將液體的動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過輸出軸推動工作機(jī)運(yùn)動。由渦輪機(jī)2排回的液體速度降低，動能減少，流回貯液池。液體按這樣方式周而復(fù)始的循環(huán)流動，并在循環(huán)流動過程中與葉輪相互作用，完成能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。這種傳動形式稱為動力式液力傳動，簡稱液力傳動。37圖1-4液力偶合器原理簡圖

1－離心泵（泵輪）2－渦輪機(jī)（渦輪）3－連接管路（導(dǎo)輪）4－貯液池5－渦輪機(jī)尾水管6－渦輪機(jī)殼體7－導(dǎo)水機(jī)構(gòu)8－離心泵進(jìn)水管9－離心泵殼體10－液力變矩器原理簡圖1.4.2液力傳動38如果將圖1-4泵輪1和渦輪2靠近，將管路和噴嘴變成固定不動的一組葉片組成的導(dǎo)輪3，并將它們裝在同一殼體內(nèi)，就變成圖1-4中心部分10所指示的液力變矩器的結(jié)構(gòu)簡圖，液力變矩器由于導(dǎo)輪3的存在，它承受一部分力矩，使之輸入泵輪1的力矩和由渦輪2輸出的力矩不相等，它可改變能