液力耦合器的結構和工作原理

液力耦合器安裝在汽車發動機和機械傳動裝置之間。它們由雙箱結構的泵輪和渦輪組成，利用液體在主、從部件之間循環流動過程中的動能變化來傳遞動力。當液壓ATF在液力偶合器中循環時，由于其他外力的作用，發動機作用在泵輪上的扭矩等于渦輪傳遞給從動軸的扭矩。

在介紹液力偶合器之前，首先要了解液力偶合器的結構和工作原理。這是學習液力變矩器工作原理的基礎。液力偶合器是一種液壓傳動裝置，也叫液力偶合器。不考慮機械損失時，輸出轉矩和輸入轉矩相等。它的主要作用有兩個方面，一是防止發動機過載，二是調節工作機構的速度。

一、液力偶合器的結構

液力偶合器安裝在汽車發動機和機械傳動裝置之間，由兩個箱形泵輪3和渦輪4組成，都稱為工作輪。泵輪與殼體2成一體，多個平葉片通過傳動板與發動機曲軸1的法蘭1徑向布置。泵輪和渦輪之間相隔一定的間隙，約為3~4mm，整體化后其軸向截面一般為圓形。

圖3-3液力偶合器結構圖

1-發動機曲軸2-聯軸器外殼3-泵輪4-渦輪5-輸出軸

2.液力偶合器的工作原理

液力偶合器以工作流體(ATF)為傳動介質，利用流體在主從機之間循環過程中的動能變化來傳遞動力。

當發動機旋轉泵輪3時，ATF由泵輪驅動而一起旋轉，并圍繞輸入軸和輸出軸的軸線循環運動。圓周運動產生離心力，ATF從泵輪中心向葉片側甩出；在機翼形成的空間內，ATF從機翼內緣流向機翼外緣，所以機翼外緣壓力高，內緣壓力低，壓差取決于工作輪的半徑和速度。因此，曲軸輸入的機械能轉化為ATF的動能和壓力能。在ATF沒有進入渦輪4的期間，渦輪葉片外緣的液壓低于泵輪外緣的液壓。由于這種壓差，ATF從泵輪流入渦輪。同時ATF與渦輪葉片碰撞，使渦輪與泵輪同向旋轉，液力偶合器輸出軸旋轉。這樣，ATF的動能和壓力能就轉化為輸出軸的機械能。當ATF轉動渦輪時，前進的渦輪葉片反復從外緣流向內緣，再回到泵輪的內緣，這樣不斷循環傳遞動力。

從上述液力偶合器的動作過程可以看出，液力偶合器內部的ATF同時有兩種旋轉運動。一種是與工作車一起進行工作車繞軸線的圓周運動(牽引運動)；第二，如圖3-4所示，經過泵，輪到渦輪，然后從渦輪回到泵輪，循環往復。由于ATF沿工作室循環圈的循環運動(相對運動)，ATF的絕對運動是兩種旋轉運動的合成，運動方向向渦輪傾斜沖擊渦輪葉片。這樣，液力偶合器中ATF的流線就是一個來回連接的環形螺旋線。這也是為什么能量轉換是通過聯軸器內部空間的ATF螺旋運動來完成的。因此，液力偶合器實現動力傳遞的必要條件是泵輪與渦輪之間有ATF的循環流動。由于兩個工作輪的轉速不同，導致兩輪葉片外緣產生液壓差，從而產生循環流動。傳輸差和壓力差th越大

其中——傳輸效率；——泵葉輪輸入功率；——渦輪輸出——泵輪輸入扭矩；——渦輪輸出扭矩。

圖3-5液力偶合器特性曲線

因為聯軸器作用在泵輪和渦輪上的扭矩是相同的，也就是說。

液力偶合器的效率是評價其經濟性能的一個指標，也就是說液力偶合器的傳動效率等于其速比。渦輪與泵輪的速度差越大，速比越小，傳動效率越低。反之，速比越大，傳動效率越高。發動機在運轉，檔位和車都沒有啟動時，泵輪轉動，渦輪轉速為零，偶合器效率為零。汽車剛起步時，渦輪轉速逐漸升高，渦輪轉速與泵輪轉速之比增大，聯軸器的傳動效率也有所提高。理論上，當渦輪轉速等于泵輪轉速時，效率為100%。實際上，當渦輪轉速與泵葉輪轉速相等時，渦輪和泵葉輪葉片外緣的液壓相等，耦合器內的循環流動停止，泵葉輪與渦輪之間沒有能量傳遞，傳遞效率為0。一般來說，汽車耦合器的最高效率達到百分之九十七左右，其效率曲線如圖3-5所示。

4.液力偶合器應用不足

液力偶合器采用自動變速箱油ATF作為傳動介質，泵輪與渦輪允許有轉速差，使液力偶合器能保證自動啟動和加速穩定性；傳動系統扭轉振動和扭轉振動可以被緩沖和衰減。

)慣性矩對應平移質量，轉角對應平移位移，扭矩對應平移載荷，轉速對應平移速度，扭轉剛度對應平移過程中的拉伸剛度。扭轉振動實際上是以轉角的大小作為振動位移的振動方程。當結構阻力的合成中心與外部載荷的合成中心不一致時，通常會發生扭轉振動。防止變速箱系統過載，延長發動機和變速箱系統部件的壽命。但由于聯軸器不能改變傳遞的扭矩，相應的傳動機構需要增加換擋。此外，由于液力偶合器不能將發動機與傳動系統完全分離，因此需要在液力偶合器與變速器之間安裝換擋離合器，以解決換擋問題。這將增加傳動系統的總重量并增加縱向尺寸。

20世紀60年代，英國生產的勞斯萊斯汽車、美國生產的奧茲莫萊汽車和蘇聯生產的體操車所用的自動變速器都裝有液力偶合器。但由于這個缺點，近年來汽車上幾乎不使用液力偶合器，而是使用液力偶合器。