基本结构：建筑设计中的关键元素

由于液力变矩器结构较液力耦合器复杂，且三元件液力变矩器中各叶轮功能各不相同，具有一定的代表性，本章以结构较为简单的单级单相向心式三工作轮液力变矩器为例，说明液力传动中的一些重要概念，图13.1.1为变矩器结构简图。本章所论述的一些内容同样适用于液力耦合器等其他液力元件，特殊情况将在具体章节予以说明。

液力变矩器的主要构件是3个叶轮：泵轮B、涡轮T和导轮D，各叶轮中均有沿圆周方向均匀分布的具有空间曲面形状的叶片。液力变矩器的工作腔内充满着工作液体，液力变矩器不工作时，工作液体处于静止状态，不传递任何能量。向变矩器工作腔内填充工作液体的是变矩器的供油系统，如图13.1.2所示。供油系统的主要功能是使变矩器充满工作液体并使其进、出口保持一定的压力差，防止变矩器内产生气蚀现象，补偿工作腔内工作液体的泄漏，带走变矩器工作时产生的热量。供油系统是变矩器不可缺少的重要组成部分。在车辆液力传动系统中，液力变矩器的供油系统一般与传动装置的操纵、润滑、冷却油路组成统一的供油系统。

图13.1.1　单级单相向心式液力变矩器结构简图

图13.1.2　变矩器供油系统

1—过滤器；2—齿轮泵；3—定压阀；4—溢流阀；5—变矩器；6—背压阀；7—热交换器；
8—（齿轮、离合器等的）润滑冷却；9—油箱

液力变矩器工作时，由发动机通过罩轮（壳体）带动泵轮B以转速nB旋转，并将发动机的转矩施加于泵轮。泵轮旋转时，泵轮内的叶片带动工作液体一起做牵连的圆周运动，并迫使液体沿叶片间通路做相对运动。工作液体经受泵轮叶片的作用，在离开泵轮时获得一定的动能和压能，从而实现了将发动机的机械能变为液体的液体能。

由泵轮流出的高速液流，经过一段无叶片区段进入涡轮T，高速液流冲击涡轮叶片，使涡轮开始以转速nT旋转，并且使涡轮轴上获得一定的转矩去克服外阻转矩做功。此时，液流在涡轮中的运动仍由两部分组成，即与旋转的涡轮一起运动的牵连运动，以及在涡轮叶片流道内的相对运动。由于液体冲击叶片，一部分液能转变为机械能，所以液体的动能和压能降低。

由涡轮流出的液流进入导轮D。由于导轮固定不转，即转速nD=0，所以不管导轮上有无液流施加的转矩，导轮上的功率始终等于零。因此，液流在导轮内流动时，叶轮对工作液体不做功，液流与叶轮间没有能量的输入和输出。(www.xing528.com)

当液体流经导轮时，液体只有沿导轮叶片所限制的流道作相对运动，因为没有旋转的牵连运动，所以液流的相对运动就是液流的绝对运动。

液体流经导轮时，相对运动或绝对运动速度可发生两种变化：一是速度大小发生变化，根据管中流动液流的伯努利方程式，这只有当叶片间的通道或导轮的流道过流截面发生变化时才有可能，当导轮叶片进、出口处的过流截面相等时，则速度的绝对值相同；二是速度的方向改变，液流进入叶片以后和离开叶片以前，液流的运动方向完全由叶片的形状和进、出口安装角所决定。由于液流速度大小和方向的改变都将导致液流动量矩的变化，而动量矩的变化导致在导轮上承受液体转矩的作用。导轮的主要作用是改变液体的动量矩。

导轮改变液流的动量矩的同时，虽然液流液能的总量不变，但会实现液能间的相互转化，即将液流的压能变为动能，或将液体的动能变成压能。

液流从导轮流出后，重新流入泵轮，形成循环流动，并重复上述液体的能量变换过程。在液力变矩器中，泵轮、涡轮和导轮的工作过程彼此相互联系，前一叶轮的出口液流状态决定了后一叶轮入口液流状态。

从以上描述中可以看出，在液力变矩器的工作过程中，液流与叶轮叶片的相互作用，包括速度的变化，能量和转矩的变化与传递，是一个相当复杂的过程。

为了详细研究发生在液力变矩器各叶轮中的这些过程，并确定这种过程的数量关系，下面基于一维束流理论，分别研究各叶轮与液流间的相互作用。