性能评价指标与测量技术

液力变矩器具有无级变矩性能、无级变速性能、容能性能、自动适应性、负荷性能、透穿性能、经济性、减振、隔振性能等多种性能，比较重要和有代表性的是无级变矩性能、经济性和透穿性能，通常也称为液力变矩器的3项基本性能，在原始特性中分别以K=f（i）、η=f（i）、λB=f（i）3条性能曲线来表示。下面介绍液压变矩器的常见性能指标。

1.无级变矩性能

无级变矩性能是指液力变矩器在一定范围内，按一定规律无级地改变由泵轮轴传至涡轮轴的转矩值的能力。变矩性能主要用无因次的变矩比特性曲线K=f（i）来表示。

评价液力变矩器变矩性能好坏的指标是以下两种：

（1）i=0时的变矩比值K0，通常称为起动变矩比（或失速变矩比）；

（2）变矩比K=1时的转速比i值，以iM表示，通常称作耦合器工况点的转速比，它表示液力变矩器增矩的工况范围。

一般认为K0值和iM值大者，液力变矩器的变矩性能好。但实际上不可能两个参数同时都高，一般K0值高的液力变矩器，iM值小。因此，在比较两个液力变矩器的变矩性能时，应该在K0值大致相同的情况下来比较iM值；或者在iM近似相等的情况下来比较K0值。

变矩性能是使装有液力变矩器的车辆获得自动适应性的基础。

2.经济性能

经济性能是指液力变矩器在传递能量过程中的效率。它可以用无因次效率特性η=f（i）来表示。

一般评价液力变矩器经济性能有两个指标：最高效率值ηmax和高效率区范围的宽度。后者一般用液力变矩器效率不低于某一数值（对工程机械取η=75％，对汽车取η=80％）时所对应的转速比i的比值dη=i2/i1来表示。i1、i2分别为η不小于某一值的最低和最高转速比。通常认为，高效率范围dη越宽，最高效率ηmax越高，则液力变矩器的经济性能越好。但实际上，对各种液力变矩器来说，这两个要求往往是矛盾的。

在评价经济性能时，必须兼顾ηmax和dη两个方面。单纯地认为ηmax高，液力变矩器的经济性能就好是片面的。因为对于运输车辆来说，因其外部阻力是变化的，使得液力变矩器不可能在固定工况工作，而是处于一定的工况范围之内，因此高效区的宽度，对整个液力变矩器的经济性有着重要的影响。

3.负荷特性

液力变矩器的负荷特性是指它以一定的规律对发动机施加负荷的性能。

由于发动机与液力变矩器的泵轮相连，并驱动泵轮旋转，因此液力变矩器施加于发动机的负荷性能完全可由泵轮的转矩变化特性决定。

对给定有效直径D的液力变矩器，当工作液体及其工作温度确定后，ρ为已知的数值，在某个给定转速比i时，λB=f（i）也为常数，于是MB可写为

式中，c=ρgD5λB i（），是一个随i不同而变化的系数。

在某个转速比i时，泵轮转矩MB随泵轮转速nB变化的曲线是一条通过原点的抛物线（图13.3.8），通常称为液力变矩器泵轮的负荷抛物线。当λB随i的变化规律不同时，即液力变矩器的透穿性不同时，将得到一条或一组负荷抛物线。这一组负荷抛物线表示了不同工况下施加于发动机的负荷，或发动机提供给泵轮的转矩曲线，有时也称为液力变矩器的输入特性曲线。

图13.3.8　液力变矩器泵轮的负荷抛物线

负荷抛物线清楚地表明了随着泵轮nB的不同，所能施加于发动机的负荷。

4.透穿性能

液力变矩器的透穿性能是指液力变矩器涡轮轴上的转矩和转速变化时，泵轮轴上的转矩和转速相应变化的能力。

当涡轮轴上转矩变化时，泵轮负荷抛物线不变，泵轮的转矩和转速均不变，称这种变矩器具有不透穿的性能。当发动机与这种变矩器共同工作时，不管外界负荷如何变化，当油门一定时发动机将始终在同一工况下工作。

当涡轮轴上的转矩变化时，泵轮负荷抛物线也变化，引起泵轮的转矩和转速变化，称这种变矩器具有透穿性。发动机与这种变矩器共同工作时，油门不变，而外界负荷变化时，发动机工况也发生变化。

透穿的液力变矩器根据透穿的情况不同，可分为正透穿、负透穿（或反透穿）和混合透穿液力变矩器。

液力变矩器是否透穿，什么性质的透穿，可以由λB=f（i）的曲线形状来判断，如图13.3.9所示。

当λB=f（i）曲线随i增大而λB单值下降（见图13.3.9中的曲线1），负荷抛物线由i=0到i=1，按顺时针呈扇形散布，见图13.3.10（a）。当涡轮负荷增大，i减小时，泵轮上的负荷也增大，液力变矩器具有正透穿性。

当λB=f（i）曲线随i增大，而λB单值增大（见图13.3.9中的曲线2）时，负荷抛物线由i=0到i=1，按反时针呈扇形散布，见图3.3.10（b））。当涡轮负荷增大，i减小时，泵轮上的负荷减小，液力变矩器具有负（反）透穿性。

图13.3.9　具有各种透穿性能的液力变矩器(www.xing528.com)

1—正透穿；2—负透穿；3—混合透穿；4—不透穿

图13.3.10　具有不同透穿性能的液力变矩器的负荷抛物线分布情况

（a）正透穿；（b）负透穿；（c）混合透穿；（d）不透穿

当λB=f（i）曲线随i增大，λB先增大后减小（见图3.3.9中的曲线3）时，负荷抛物线由i=0到i=1，先逆时针后顺时针展开，见图13.3.10（c）。这种液力变矩器具有混合透穿性。

当λB=f（i）曲线随i增大是一条平直线（见图13.3.9中的曲线4）时，负荷抛物线在不同工况时均为一条线。在实际上，可能是一分布很窄的一组抛物线，见图13.3.10（d）。这种变矩器为不透穿的。

车辆上所应用的液力变矩器具有正透穿、不透穿或混合透穿的特性。由于具有负透穿特性的液力变矩器会使车辆的经济性和动力性变坏，因此在车辆上不采用。

可透穿液力变矩器的透穿程度以透穿性系数来评价。常用的透穿性系数的计算公式如下：

式中，λB0——起动工况（i=0）泵轮转矩系数；

λBM——耦合器工况（i=iM，K=1）泵轮转矩系数。

当T＞1时，液力变矩器具有正透穿特性；当T=1时，液力变矩器具有不透穿特性；当T＜1时，液力变矩器具有负透穿特性。

当T=1时，液力变矩器是完全不可透穿的。但实际上这种液力变矩器是不存在的。一般T=0.9～1.2就可认为是不透穿的液力变矩器。当T＞1.6时，液力变矩器可认为是具有正透穿性的。

在液力变矩器的设计时，为了方便，有时透穿系数应用如下公式代替：

式中，——最高效率工况时泵轮转矩系数。

5.容能性能

液力变矩器的容能性能是指在不同工况下，液力变矩器由泵轮轴所能吸收功率的能力。对于两个尺寸D相同的液力变矩器，容能量大的液力变矩器传递的功率大。液力变矩器的容能性能可以用功率系数λNB=f（i）来评价。

由于功率系数

而，所以

功率系数λNB与转矩系数λB具有一定的比例关系。因此，液力变矩器的容能量也可以用转矩系数λB=f（i）的数值来评价。转矩系数λB越大，则液力变矩器的容能量也越大，在相同的尺寸、工作液体和泵轮转速下，能够传递更大的功率。

6.评价体系及参数

在以上各种性能中，比较重要和有代表性的是液力变矩器的无级变矩性能、经济性和透穿性能这3项基本性能，在全面评价液力变矩器的性能时，应用几种典型工况下，有关上述性能指标作为依据。

几种典型工况是起动工况、最高效率工况、高效区工况和耦合器的工况。

（1）起动工况：i=0；η=0。在此工况下能够作为评价的参数是起动变矩比K0和转矩系数λB0。

（2）最高效率工况：η=ηmax。ηmax可作为评价指标的参数。此外，还包括转速比i*以及此工况下的泵轮转矩系数。

（3）高效区工况：限定在此区域内工作的效率值η高于75％或80％，对应效率值可以得到两个最大和最小的变矩比K值以及两个对应的速比i1和i2值。取作评价指标的参数是高效区的最大变矩比K1，即速比i1所对应变矩比，以及高效区最大和最小转速比i2和i1的比值dη=i2/i1。

（4）耦合器工况：K=1，η=Ki=i。一般取此时的转速比i=iM作为评价参数。另外，转矩系数值λBM也是一个评价参数。

因此，全面评价一个液力变矩器的参数共有10个，即K0、K1、ηmax、i*、dη、iM、λB0、、λBM和T。这些参数虽然都可作为独立评价液力变矩器一种性能的指标，但有些参数是彼此相互有关的。例如，λB0=TλBM，η=Ki，等等。

在评价一个液力变矩器是否能够满足使用要求时，必须就上述指标做全面衡量。虽然上述参数的大小，在设计时可以通过对液力变矩器各结构参数的选择来加以变动，但各性能参数之间存在相互制约的关系，往往当起动变矩比K0增大时，最高效率ηmax降低及对应速比i*减小，高效区变窄，iM变小，同时λB0降低，T减小。