单相和多相液力变矩器介绍

液力变矩器的相是指液力变矩器可能的工作状态，这种工作状态是以一种独立的液力变矩器或耦合器的形式表现出来的。

液力变矩器可以根据各个叶轮共同工作时的组合不同，以及使某个叶轮工作情况不同，如使导轮空转、不转或反转，从而获得具有单相、两相、三相或多相的性能。为了达到相的转换和组成，一般是借助于单向联轴器或其他机械方法，如片式离合器、制动器以及行星排。

在运输车辆和工程机械上，最常见的多相液力变矩器是单级两相（如综合式液力变矩器）、单级三相、单级四相等几种形式。

1.单级两相液力变矩器

在三工作轮的液力变矩器中，如果把导轮D置于单向联轴器上，当单向联轴器将导轮楔紧固定不转时，即为普通的液力变矩器；当单向联轴器松脱而允许导轮自由旋转时，即成为液力耦合器。

在单级两相液力变矩器中，从液力变矩器工作状态到液力耦合器工作状态的转换是在液流作用下自动进行的。

图13.4.9所示为一种单级两相液力变矩器的结构简图、原始特性曲线及导轮受力作用的示意图。导轮D通过单向联轴器固定在壳体上。

图13.4.9　单级两相液力变矩器的结构简图及原始特性曲线

（a）结构简图；（b）导轮受力示意图；（c）原始特性曲线

当液力变矩器的转速比在0～iM范围内时，涡轮流出的液流冲向导轮的工作面，液流方向在图中以1、2表示。此时，液流对导轮的作用转矩MD，使导轮在单向联轴器上被楔紧。这时，整个系统作为液力变矩器工作。

当涡轮轴上的负荷减小，液力变矩器转速比增大到大于iM时，从涡轮流出的液流（图13.4.9（b）中的3和4）冲向导轮的背面，此时液流对导轮的作用转矩MD反向，使单向联轴器松脱，因而导轮自由旋转。此时，导轮的旋转方向与泵轮一致。由于液体在循环流动的过程中没有固定的导轮叶片作用，因而液力变矩器将失去变矩能力，而转变成为液力耦合器。

当液力变矩器转入耦合器工况工作后，如果不考虑单向联轴器以及密封装置和轴承等的机械损失以及泵轮壳体与空气摩擦的风阻，则变矩比为1，此时耦合器的效率η=i，效率的曲线为一直线。一般在较低转速比时（i=0～iM），液力变矩器的效率高于液力耦合器，但当转速比大于iM后，液力耦合器的效率高于液力变矩器。单级两相液力变矩器的工作在任何转速比时，都处于最有利的高效率情况下，因而大大扩展了液力变矩器高效率区的工作范围。

必须指出，单级两相液力变矩器在转入液力耦合器工况工作时与一般液力耦合器的工作状况并不完全相同，这是因为存在一个随液流空转的导轮，因此要增加一部分能量损失。于是，单级两相液力变矩器在液力耦合器工况的效率曲线比一般耦合器的效率曲线要低一些。在一般液力耦合器中ηmax=97％～98％，而单级两相液力变矩器中ηmax=95％～97％。(www.xing528.com)

2.单级三相液力变矩器

某些起动变矩比K0大的单级两相液力变矩器，在由变矩器工况过渡到耦合器工况时效率η值有些明显的下降，为了避免这一缺陷，可把单级两相液力变矩器的导轮分割成两个（DⅠ和DⅡ，见图13.4.10），两个导轮分别安装在各自的单向联轴器上。

这种液力变矩器由于具有两个导轮，所以也称为单级双导轮多相液力变矩器，目前应用较广。

图13.4.10为一种典型的单级三相液力变矩器的结构简图、两个导轮在不同工况下受液流作用的示意图及其原始特性曲线。

在i=0～i′区段，从涡轮流出的液流沿两个导轮DⅠ和DⅡ的工作面流动，如图中1、2所示的液流方向，液流作用在两导轮上的转矩MDⅠ和MDⅡ使两个单向联轴器都被楔紧，导轮DⅠ和DⅡ固定不转，此时液力变矩器如同一个简单的三叶轮液力变矩器。其原始特性见图13.4.10（c）中0＜i≤i′区段的曲线。

当速比i增大至i′＜i≤iM时，液流作用于导轮DⅠ和DⅡ的方向如图13.4.10（b）中3、4所示。由于3、4液流对导轮DⅠ的作用转矩MDⅠ改变方向，而对DⅡ的作用转矩MDⅡ方向保持不变，导轮DⅠ因单向联轴器松脱开始自由旋转。此时液力变矩器以泵轮B、涡轮T和导轮DⅡ所组成的三叶轮液力变矩器进行工作，其原始特性见图13.4.10（c）中i′＜i≤iM区段的曲线。

当速比i继续增高，达到iM＜i≤1时，涡轮出口的液流方向变为5，它对导轮DⅠ和DⅡ的作用转矩MDⅠ和MDⅡ均改变方向，导轮DⅠ和DⅡ的单向联轴器均松脱，导轮DⅠ和DⅡ自由旋转。此时，液力变矩器以耦合器工况工作，其原始特性见图13.4.10中的i＞iM区段曲线。

图13.4.10　单级三相液力变矩器结构简图及原始特性曲线

（a）结构简图；（b）导轮受力示意图；（c）原始特性曲线

双导轮单级三相液力变矩器的原始特性，是两个液力变矩器和一个液力耦合器共同形成的。速比在i=0～i′区段时，两个导轮固定不动，两个叶片组成一个弯曲程度较大的叶片，这样就保证了在较低的速比范围内，有较高的变矩比K。当速比在i′＜i≤iM范围时，第一导轮DⅠ不参与工作，由于第二导轮DⅡ的叶片弯曲程度较小，此时导轮的入口冲击减小，因此在此范围内可得到较高的效率和较高的变矩器K=f（i）曲线。在速比iM＜i≤1区段中，由于两个导轮均不参与工作，液力变矩器的工作类似液力耦合器，此时变矩比为1，而效率η=i按直线规律变化。

由于第一导轮DⅠ叶片的入口角大于第二导轮DⅡ叶片的入口角，所以在液力变矩器正常工作情况下，不可能存在导轮DⅠ固定不转和导轮DⅡ自由旋转的相位，除非采用附加的特殊机构。

在双导轮单级三相液力变矩器中，第一导轮DⅠ和第二导轮DⅡ是严格地按不同的速比区域下顺次开始松脱旋转或接合固定的，这是由设计时赋予导轮DⅠ和DⅡ的不同叶片入口角度所决定的。