液力偶合器工作原理及传动效率

1.液力偶合器的结构

液力偶合器主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成，如图2-1所示。液力偶合器的泵轮与壳体焊接在一起，并通过螺栓与发动机的飞轮连接，是液力偶合器的主动部分；涡轮通过花键与输出轴连接，是液力偶合器的从动部分。在泵轮和涡轮上有径向排列的叶片，泵轮和涡轮相对安装且中间有一定的间隙。泵轮与涡轮装合成一个整体，并在内腔中充满工作液。

图2-1 液力偶合器结构示意图

1—发动机曲轴 2—偶合器外壳 3—泵轮 4—涡轮 5—从动轴

2.液力偶合器的工作原理

当泵轮被发动机曲轴带动旋转时，工作液被叶片带动一起旋转，在离心力的作用下使工作液从泵轮内缘被甩向外缘，冲向涡轮叶片，使涡轮在工作液的冲击下旋转。冲向涡轮叶片的工作液沿涡轮叶片向内缘流动，返回泵轮叶片内缘，被泵轮再次甩向外缘。工作液从泵轮外缘处流向涡轮，再从涡轮的内缘处流回泵轮形成循环流动，又称涡流。同时，进入涡轮的工作液在作循环流动的同时还与涡轮一起绕其轴线作圆周运动，又称环流。上述两种油流的合成为一空间圆环方向首尾相连的环形螺旋线，如图2-2所示。

图2-2 液力偶合器工作示意图

1—泵轮 2—涡轮(www.xing528.com)

由于泵轮的作用，液力偶合器中的工作液在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，速度和动能逐渐增大，而工作液在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，由于工作液对涡轮做功，速度和动能逐渐减小。因此，在液力偶合器工作时，发动机的动能通过泵轮传给工作液，工作液在循环流动过程中又将动能传给涡轮输出。因此，液力偶合器实现传动的必要条件是工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。而循环流动的产生，是由两个工作轮转速不等而使两轮叶片的外缘处产生液压差所致。故液力偶合器正常工作时，泵轮转速总是大于涡轮转速。如果两者转速相等，液力偶合器则不起传动作用。

由于液力偶合器是用液体作为传动介质，泵轮与涡轮之间允许有很大的转速差。因此装用液力偶合器，可以保证汽车平稳地起步和加速，能够衰减传动系中的扭转振动并防止传动系过载，从而延长传动系和发动机各部件的寿命，并且显著减少换档次数，甚至在暂时停车时不脱开传动系也能维持发动机怠速运转。

由偶合器工作原理可知，液体在循环流动过程中，没有受到任何其他附加外力，故发动机作用于泵轮上的转矩与涡轮所接受并传给从动轴的转矩相等，即液力偶合器只起传递转矩作用，而不能改变转矩的大小，故必须有变速机构与其配合使用。

设泵轮转速为n_B，涡轮转速为n_W，液力偶合器的转速比i为n_W/n_B，则液力偶合器的传动效率为

式中，η为液力偶合器传动效率；P_W为涡轮输出功率；P_B为泵轮输入功率；M_W为涡轮输出转矩；M_B为泵轮输入转矩。不考虑液力损失，M_B=M_W，K=M_W/M_B=1，则η=i。

由此可见，液力偶合器的传动效率等于转速比。涡轮与泵轮的转速差越大，转速比越小，传动效率越低；反之，转速比越大，传动效率越高。汽车起步时，发动机驱动泵轮转动，如果涡轮的转矩不足以克服汽车的起步阻力，涡轮不会随泵轮转动而转动，传动效率为零。加大节气门开度到一定程度，作用在涡轮上的转矩使汽车能克服起步阻力而起步，此时车速低，因而传动效率低。随着发动机转速的继续增高，涡轮的转速也不断提高，涡轮与泵轮转速差逐渐减小，传动效率也随着增加。理论上涡轮转速等于泵轮转速时，传动效率为100％。但实际上涡轮转速不会达到泵轮转速，否则液力偶合器循环流会停止，失去传递转矩的作用，因此液力偶合器传动效率永远达不到100％。

如果考虑液力损失的实际存在，液力偶合器的输出转矩也不会超过输入转矩，且液力偶合器只起传递转矩的作用，低速时传动效率低。正因为如此，近年来生产的轿车基本上不采用液力偶合器，而使用液力变矩器。