液力耦合器的外特性分析

耦合器的效率是它的输出功率与输入功率之比，即

式中，——耦合器的变矩比，K=1。

则耦合器的效率为

耦合器的效率η是评价其经济性能的指标。当泵轮转速nB为常数时，耦合器的效率η=f（i）是直线变化的，因此不再进行讨论。

耦合器的泵轮输入功率PB是评价其能容量大小的指标。除了用转速比i表示耦合器工况外，也常用相对滑转率s来表示工况。相对滑转率（简称滑转率）是指泵轮与涡轮的转速差与泵轮转速的比值（百分数），即

显然，i=0时，s=100％；s=0时，i=1。

下面讨论耦合器外特性中的转矩MB=f（nT）及-MT=f（nT）的变化情况。

对径向直叶片的耦合器来说，忽略耦合器中圆盘摩擦阻力、轴承阻力、油封阻力和外壳的风阻所产生的转矩，由式（14.1.3）可得出泵轮轴上转矩为

液力耦合器的外特性是指当泵轮转速和工作液体不变时，泵轮轴上的转矩、涡轮轴的输出转矩及耦合器效率与涡轮转速之间的关系。即

耦合器的外特性一般由试验求得。泵轮转速为一定值。几何尺寸不同，外特性曲线不同。

因为功率PB和MBnB成正比，nB为常数时，若改变外特性转矩坐标的比例，MB=f（nT）曲线也代表了耦合器泵轮的功率PB=f（nT）的曲线。

图14.2.1中η=f（i）的虚线，是未考虑各种能量损失时所获得的理论变化关系，即η=i，为45°的斜线，直至i=1处。实际耦合器的效率随转速比i变化的关系曲线如图14.2.1上实线所示。这是因为当耦合器在高转速比（0.95＜i＜1）工作时，液体的循环流动明显减弱，摩擦损失转矩所占的比重显著增加，所以效率显著地低于转速比，在i=0.985左右，η即达到最大值，随之急剧下降，到i≈1时，效率等于零。

图14.2.1　液力耦合器的外特性曲线

耦合器的计算工况（或称设计工况），一般是在i*≈0.95～0.98内，并且与耦合器的结构有关。

耦合器不仅在牵引工况和制动（反传）工况下能够工作，并且在反传工况下也能工作。这里主要讨论液力耦合器在牵引工况和反传工况下的特性。

1.牵引工况(www.xing528.com)

功率由泵轮输入，涡轮输出，且两工作轮旋转方向相同的工况，为耦合器的牵引工况（常用工况），其外特性见图14.2.1，在图上给出了特征点1，2和3。

特征点1是空负荷工况，也就是外负荷等于零时的工况（如汽车停车，发动机带动耦合器空转状况）。该点处的MB=-MT≈0；nB≈nT；i≈1，s=0；PB=PT≈0，η≈0。

特征点2是计算工况，即耦合器设计时传递设计功率时所选的工况，一般该工况的效率η*对应于耦合器的最大效率值ηmax。根据传递的功率大小，制造的方法不同，η*=ηmax变化在0.95～0.98内。一般汽车用耦合器η*=0.97；挖土机用耦合器η*=0.95～0.96。如果要求计算工况的能容量较大，则i*较低，而η*也偏离最大效率值而降低。

在计算工况i*下，耦合器传递的转矩较小，随着i的减小，传递转矩的能力迅速增大。因而提出了耦合器过载能力的问题，常用过载系数Kg来作为评价指标。

式中　Mmax——i=0时，耦合器泵轮转矩；

M*——i=i*时，耦合器泵轮转矩。

在计算工况点2处的参数关系为

特征点3是起动工况，相当于发动机带着耦合器带载起动时，耦合器涡轮不转时的工况。该点的参数为MB=-MT=Mmax；nT=0；i=0；s=100％；PT=0；η=0。

由于起动工况时耦合器所传递的功率全部转变成热量，容易引起传动装置的过热。因此，一般耦合器在牵引工况工作时，特征点1到特征点2之间是传动装置的正常工作范围，而特征点2到特征点3之间是超载工况范围。

2.反传工况

反传工况就是涡轮的转速大于泵轮转速，涡轮带动泵轮旋转的工况，即nT＞nB，因此也称为超速工况。例如，当车辆下长坡，汽车在平坦公路上由高挡换低挡的换挡过程中，耦合器都处于反传工况下工作。

图14.2.2（a）为耦合器在反传工况下工作的简图，此时工作液体由涡轮流向泵轮（图14.2.2（a）中用虚线箭头表示），涡轮变成泵轮工作，而泵轮变成涡轮工作，能量的传递方向改变了，耦合器在反传工况下同样可有效地传递功率。在反传工况下耦合器中工作液体的能量平衡方程仍为HB+HT-∑Hs=0，但式中HB为负值，而HT为正值。

图14.2.2（b）表示耦合器在反传工况下工作的外特性曲线。该特性曲线的斜率比耦合器在牵引工况下工作的外特性增大了，这是因为涡轮变成泵轮工作，而涡轮的转速较高的缘故。

图14.2.2　耦合器的外特性

（a）工作简图；（b）反传工况的外特性曲线