液力传动系统教学课件

液力传动系统概述欢迎学习液力传动系统课程液力传动是一种利用液体动能传递动力的技术，广泛应用于汽车、工程机械、船舶等领域在这门课程中，我们将深入探讨液力传动的基本原理、核心组件、工作特性以及实际应用通过系统化的学习，您将掌握液力传动系统的设计、选型、维护与故障诊断等关键知识无论您是工程专业的学生，还是已经从事相关行业的技术人员，这门课程都将为您提供全面而深入的液力传动知识体系课程目标和大纲理论基础掌握液力传动的基本概念、工作原理以及系统组成，建立液力传动的理论知识框架核心组件深入理解液力耦合器、液力变矩器等核心部件的结构与工作特性，掌握其选型方法系统设计学习液力传动系统的回路设计、控制方式和效率优化，能够进行简单的系统设计实际应用了解液力传动在各领域的应用案例和发展趋势，培养实际工程问题的解决能力什么是液力传动？定义工作介质液力传动是利用液体作为工作介通常采用液力传动油作为工作介质，依靠液体的动能变化来传递质，主要依靠液体的流动而非压动力和运动的一种传动方式与力来传递能量，这是其与液压传机械传动、电力传动和液压传动动的本质区别并列为四大传动方式之一典型装置液力耦合器和液力变矩器是两种最主要的液力传动装置，广泛应用于需要平稳传递大扭矩的场合，如汽车自动变速器和重型机械液力传动的基本原理能量转换原动机的机械能首先转换为液体的动能，液体高速流动携带能量动能传递高速流动的液体冲击工作轮，将液体动能再次转换为机械能，实现能量传递循环流动液体在封闭的工作腔内循环流动，形成连续的能量传递过程，实现原动机与工作机之间的动力传递液力传动基于流体动力学原理，特别是依据冲量矩定理和角动量守恒定律，当液体流经叶轮时，其动量的变化产生力矩，从而实现能量的传递液力传动系统的主要组成部分导轮涡轮在液力变矩器中，用于改变工作腔液流方向，增大转矩比固连接负载，将液体动能转换容纳工作介质并形成液流回定在壳体上，不参与旋转回机械能，是液力传动系统路的密闭空间，通常由壳体的输出部件和内部叶片构成泵轮辅助系统连接原动机，将机械能转换包括冷却系统、润滑系统、为液体动能，是液力传动系密封系统和控制系统，保证3统的输入部件液力传动装置正常工作2415液力传动的优点过载保护平稳启动减振隔振由于液体的可滑特性，当启动过程中，液力传动可液力传动系统中的液体介负载过大时，液力传动装以实现扭矩的平稳传递，质可以吸收系统振动，隔置会自动产生滑差，避免减少冲击，降低对机械零离原动机与工作机之间的原动机过载损坏，具有天部件的磨损，延长设备使振动传递，提高系统运行然的过载保护功能用寿命稳定性安装灵活液力传动装置体积小，可以灵活布置，原动机与工作机可以不在同一轴线上，大大增加了系统设计的灵活性液力传动的缺点1效率较低由于液体在流动过程中存在能量损失，液力传动系统的效率通常低于机械传动，一般在80%-90%之间，在低速大扭矩工况下效率更低2发热问题能量损失主要以热能形式释放，导致液力传动系统工作时产生大量热量，需要额外的冷却系统进行散热，增加了系统复杂性和成本3维护成本高液力传动系统结构相对复杂，需要定期更换工作介质和维护各组件，维护成本较高同时，系统出现泄漏时，不仅影响性能，还可能造成环境污染4调速范围有限液力传动系统的调速范围相对较窄，无法像电力传动那样实现精确的速度控制，在需要精确控制的场合应用受限液力传动的应用领域汽车工业工程机械船舶推进液力传动主要应用于汽车自动变速器，作在挖掘机、装载机、推土机等大型工程机在中大型船舶中，液力传动常用于主推进为发动机与变速箱之间的传动元件，实现械中，液力传动装置用于连接发动机与工系统，连接主发动机与螺旋桨，缓冲转速平稳起步和换挡大部分乘用车和商用车作装置，可以在恶劣工况下提供可靠的动波动，提高船舶操控性能特别是在渔船的自动变速器都采用液力传动装置力传递和过载保护功能、拖船等需要频繁变速的船舶上应用广泛液力耦合器概述定义与功能特点典型应用液力耦合器是一种只传递转矩而不改变液力耦合器的转矩比（输出转矩/输入转广泛应用于需要平稳启动的大型机械设转矩大小的液力传动装置其主要功能矩）等于或略小于1，但能将原动机与工备，如皮带输送机、球磨机、制粉机等是实现原动机与工作机之间的动力软连作机之间的转速差（即滑差）转化为热在这些应用中，液力耦合器能有效减接，平滑传递转矩，缓冲冲击负荷能，实现平稳起动和过载保护轻启动冲击，保护机械和电机液力耦合器的工作原理静止状态1当原动机静止时，泵轮和涡轮都不旋转，工作腔内的液体静止，不传递转矩启动阶段2原动机启动后，泵轮开始旋转，工作液体在离心力作用下从泵轮内部流向外缘，并具有切向速度分量，携带动量冲击过程3高速流动的液体冲击涡轮叶片，将动量传递给涡轮，使涡轮获得转矩并开始旋转，带动负载运转稳定运行4泵轮和涡轮之间建立起液力循环，实现连续的能量传递由于流体摩擦损失，涡轮转速总是略低于泵轮，产生滑差液力耦合器的结构液力耦合器主要由泵轮、涡轮和壳体三部分组成泵轮和涡轮均采用叶片式结构，叶片通常呈半径状或略带弯曲，两者面对面安装形成密闭的工作腔泵轮通过轴与原动机相连，涡轮则与负载连接壳体包围泵轮和涡轮，形成密闭空间，防止工作介质泄漏在壳体上还设有加油口、放油口和排气装置，便于维护和操作某些设计中还包含可调节装置，如充液控制阀或挡板，用于调节工作腔内的液体量，从而改变传递的转矩液力耦合器的特性曲线转速比效率转矩比功率比液力耦合器的特性曲线主要表示转速比、转矩比、效率和功率比之间的关系转速比指涡轮转速与泵轮转速的比值，其范围通常为0-

0.98转矩比约为

0.9-

0.98，略小于1，表明输出转矩略小于输入转矩效率随转速比增大而提高，在高转速比区域可达90%以上在实际应用中，液力耦合器通常工作在

0.95-

0.98的转速比区域，以获得较高的传动效率这些特性曲线对设计和选型具有重要指导意义液力耦合器的应用实例皮带输送机球磨机在长距离皮带输送机启动过程中球磨机启动时，需要克服巨大的，液力耦合器可以实现软启动，静摩擦力和球料重量，采用液力减少皮带的拉伸应力和电机的启耦合器可以实现平稳启动，避免动电流当负载突变时，液力耦对电机和减速机的冲击同时，合器的滑差特性能够起到缓冲作当球磨机过载时，液力耦合器可用，保护输送机和驱动电机以防止电机过载跳闸船舶推进系统在船舶推进系统中，液力耦合器连接主发动机与螺旋桨轴，能够吸收扭振，减轻螺旋桨在波浪中负载波动对发动机的影响，提高船舶的操纵性能和推进系统的可靠性液力变矩器概述定义特点应用液力变矩器是一种能够改变转矩大小的液力变矩器的转矩比可大于1，最大可达主要应用于汽车自动变速器、工程机械液力传动装置，具有自动无级变速功能

2.5-5倍，具有自动变速、过载保护、减、矿山机械等需要自动变速和转矩放大与液力耦合器不同，液力变矩器增加振隔振等特点其效率随工况变化，在的场合特别是在汽车行业，液力变矩了导轮组件，能够实现转矩放大高转速比工况下效率较高，但总体低于器是自动变速器的核心部件之一液力耦合器液力变矩器的工作原理泵轮工作导轮改向1原动机驱动泵轮旋转，将机械能转换为液体动从涡轮流出的液体经导轮改变流向，增加动量2能循环流动涡轮受力4液体在泵轮、涡轮、导轮间循环流动，持续传经导轮处理的高动量液流冲击涡轮，产生更大3递能量转矩液力变矩器的工作原理基于角动量矩理论当涡轮转速低时，导轮发挥重要作用，使液体以有利角度冲击涡轮，产生转矩放大效果随着涡轮转速提高，转矩放大效应减弱，变矩器逐渐向耦合器工况过渡在高速工况下，某些设计中的导轮可通过单向离合器实现自由旋转，减少能量损失，提高传动效率这种工作模式转变是液力变矩器的重要特点液力变矩器的结构泵轮1与原动机相连，将机械能转换为液体动能叶片通常为径向或略向前弯曲设计涡轮2与输出轴相连，将液体动能转换回机械能叶片通常为后弯设计，以获得最佳接收角度导轮3固定在壳体上或通过单向离合器安装，改变液体流向叶片为强烈的弯曲设计，用于有效改变液流方向壳体与辅助装置4封闭整个工作腔，包含锁止离合器、冷却系统、密封装置等辅助系统，确保变矩器正常工作导轮的作用最佳入射角1确保液流以最佳角度进入泵轮动量增强2增加液流冲击涡轮的动量转矩放大3实现输出转矩大于输入转矩循环引导4维持液力循环的连续性导轮是液力变矩器区别于液力耦合器的关键组件，其主要作用是改变从涡轮流出的液体方向，使其以合适的角度再次进入泵轮通过这种方式，导轮实现了对液流动量的有效利用，产生额外的推力，从而放大转矩在低速大负载工况下，导轮保持静止，发挥最大的转矩放大作用而在高速轻负载工况下，某些设计中的导轮会通过单向离合器释放，随液流自由旋转，减少阻力，提高传动效率这种适应性工作方式是液力变矩器的重要技术特点液力变矩器的特性曲线转速比转矩比效率液力变矩器的特性曲线主要表现为转速比与转矩比、效率之间的关系当转速比为0时（涡轮静止状态），转矩比最大，可达2-3倍，此时效率为零随着转速比增大，转矩比逐渐下降，效率先升后降当转速比达到约

0.9时，液力变矩器进入耦合器工况，此时转矩比接近1，转矩放大效应消失为提高高速工况下的效率，现代液力变矩器通常配备锁止离合器，在高速巡航时直接锁止变矩器，实现100%的机械传动效率液力变矩器的效率分析1效率定义液力变矩器的效率定义为输出功率与输入功率之比，等于转速比与转矩比的乘积在不同工况下，效率值变化较大，这是液力变矩器的重要特点之一2影响因素液力变矩器效率受多种因素影响，包括转速比、叶片设计、工作油温度、工作腔几何形状等其中转速比是最主要的影响因素，通常在转速比

0.6-

0.8范围内效率最高3效率提升方法通过优化叶片形状、采用多级导轮设计、增加锁止离合器等方式可以提高液力变矩器效率现代自动变速器中的液力变矩器效率可达90%以上，锁止状态下可达到100%4效率与应用的关系在不同应用领域，对液力变矩器效率的要求不同客车和乘用车注重高效率和燃油经济性，而工程机械则更关注转矩放大能力和工作可靠性液力变矩器的应用实例液力变矩器在汽车行业的应用最为广泛，几乎所有装配自动变速器的车辆都采用液力变矩器作为动力传递装置在乘用车中，液力变矩器通常与行星齿轮变速器配合使用，实现平顺的动力传递和自动换挡在工程机械领域，如推土机、装载机、挖掘机等，液力变矩器与动力换挡变速器组合使用，能够提供强大的启动转矩和良好的调速性能在矿用设备中，如大型卡车和运输机，液力变矩器能够承受高负荷，提供稳定的动力输出，同时保护发动机免受过载损伤液力传动工作介质工作介质的要求常用工作介质工作介质的影响液力传动系统工作介质需具备良好的流目前液力传动系统主要使用专用的液力工作介质的质量直接影响液力传动系统动性、热稳定性、防锈性能和抗氧化性传动油或自动变速器油ATF作为工作介的性能和使用寿命优质的工作介质可能适当的粘度是关键指标，粘度过高质这些油品经过专门配方设计，添加以降低能量损失，减少磨损，延长设备会增加流动损失，粘度过低则会增加泄了多种添加剂，以满足液力传动系统的使用寿命，提高传动效率漏和降低传动效率特殊要求液力传动油的选择标准粘度指标选择合适粘度的液力传动油是最基本要求粘度过高会增加流动损失，粘度过低会增加泄漏通常需要考虑设备的工作温度范围，选择在该温度范围内保持合适粘度的油品抗氧化性能液力传动系统工作温度较高，油品容易氧化变质良好的抗氧化性能可以延长油品使用寿命，减少换油频率，降低维护成本抗氧化性能通常通过添加抗氧化剂来提高抗磨损性能液力传动系统中的泵轮、涡轮等部件在高速旋转时会产生磨损优良的抗磨损性能可以减少零部件磨损，延长设备使用寿命通常通过添加抗磨添加剂来实现防锈防腐性能液力传动系统中的金属部件容易受到腐蚀和锈蚀，特别是在潮湿环境中良好的防锈防腐性能可以保护金属部件，延长设备使用寿命，减少维修费用常用液力传动油的性能指标性能指标单位L-HMD32L-HMD46ATF-III运动粘度mm²/s32463540℃运动粘度mm²/s

5.

56.

87.5100℃粘度指数-110105180闪点℃210220200倾点℃-15-12-42抗磨性FZG级101011常用液力传动油主要包括L-HMD系列液压油和专用的自动变速器油ATFL-HMD系列主要用于工业液力传动设备，而ATF主要用于汽车自动变速器从表中可以看出，ATF的粘度指数更高，低温性能更好，这是因为汽车需要在更广泛的温度范围内工作选择合适的液力传动油时，需要根据设备的工作条件、制造商的推荐以及实际使用环境综合考虑使用不符合要求的油品可能导致传动效率下降、设备过早磨损甚至严重故障液力传动系统的基本回路主回路主回路是液力传动系统的核心部分，包括液力传动装置本身（如液力耦合器或液力变矩器）以及与之连接的原动机和工作机主回路承担主要的能量传递功能充油回路充油回路负责向液力传动装置工作腔内充入足够的工作油，并维持适当的工作油液位通常包括油泵、滤油器、调压阀和控制阀等组件冷却回路冷却回路用于散发液力传动过程中产生的热量，防止工作油温度过高影响传动效率和设备寿命通常包括冷却器、温控阀和冷却风扇等组件控制回路控制回路用于调节液力传动系统的工作状态，如调节充油量、控制锁止离合器、切换工作模式等可以是机械控制、液压控制或电子控制方式开式回路与闭式回路的比较开式回路闭式回路应用对比开式回路中，工作油完成循环后回到油闭式回路中，工作油在系统内部封闭循开式回路多用于工业固定设备和大型车箱，再由充油泵重新抽入系统优点是环，不与外界接触优点是系统紧凑，辆，如皮带输送机、球磨机；闭式回路结构简单，散热良好，易于维护；缺点响应速度快，污染少；缺点是散热困难常用于对响应速度和控制精度要求较高是系统体积大，响应速度较慢，易受环，需要额外冷却系统，维修不便，成本的场合，如高精度数控机床和现代汽车境污染较高变速器液力传动泵的类型和选择离心泵齿轮泵叶片泵离心泵利用叶轮高速旋转产生离心力，将齿轮泵通过啮合齿轮间的容积变化输送液叶片泵利用转子上的可伸缩叶片与偏心定机械能转换为液体动能和压力能适用于体，产生较高压力适用于要求稳定压力子形成变容积空间输送液体适用于对噪大流量、低压力场合，如液力耦合器的充的场合，如液力变矩器的控制系统，特点音和脉动要求较高的场合，如汽车自动变油系统和冷却循环系统，特点是结构简单是结构紧凑、压力高、流量脉动小、自吸速器中的液压控制系统，特点是噪音低、、流量大、压力较低能力强效率高、寿命长离心泵在液力传动中的应用1充油系统2冷却循环离心泵是液力传动系统充油回路中最常用的泵型，其大流量特性能液力传动系统在工作过程中会产生大量热量，需要通过冷却系统散够快速将工作油充入液力传动装置工作腔，确保系统正常启动和运热离心泵能够提供大流量的冷却循环，将热油输送至冷却器，然行特别是在大型工业液力耦合器中，离心泵的应用尤为普遍后将冷却后的油再送回系统，维持适宜的工作温度3润滑系统4选型考虑在某些大型液力传动设备中，轴承和其他运动部件需要单独的润滑选择离心泵时，需要考虑流量、扬程、效率、密封方式等因素在系统离心泵可以提供稳定的油流，确保这些部件得到充分润滑，液力传动系统中，通常选择中低扬程、大流量的离心泵，并考虑介减少磨损，延长设备使用寿命质特性和工作温度范围来确定材料和密封方式液力传动系统的控制方式电子控制系统1最先进，精度高，功能丰富液压控制系统2反应快速，功率大，可靠性高机械控制系统3结构简单，成本低，维护方便液力传动系统的控制是实现其性能和功能的关键控制系统主要负责调节工作油量、控制工作模式转换、监测系统状态等功能随着技术发展，控制方式从最初的纯机械控制，发展到液压控制，再到现代的电子控制和智能控制不同控制方式各有优缺点，适用于不同场合机械控制简单可靠但功能有限；液压控制响应快速且功率大但精度较低；电子控制精度高且功能丰富但复杂度高，抗干扰能力要求高实际应用中常采用多种控制方式结合使用，如电-液结合控制方式，兼顾了电子控制的精度和液压执行的功率机械控制系统基本原理典型结构机械控制系统主要通过杠杆、凸轮、弹簧等机械元件实现对液力传动系典型的机械控制系统包括控制杆、连杆机构、控制阀和反馈机构等操统的控制其基本原理是利用机械装置将操作者的动作转化为对控制阀作者通过移动控制杆，经连杆机构传递到控制阀，改变工作油流向或流门位置的调节，从而改变系统工作状态量，反馈机构则提供位置感知和回位功能优缺点应用场合机械控制系统结构简单，可靠性高，维护方便，成本低廉，不受电源影主要应用于早期液力传动设备和一些简单的工业设备中，如早期的工程响但其控制精度有限，功能单一，难以实现复杂的控制策略，且存在机械、简易液力耦合器等在现代设备中，机械控制多作为应急备用控机械间隙和磨损问题，长期使用后可能需要调整制方式，或与其他控制方式配合使用液压控制系统原理组成1利用液压信号和液压元件控制液力传动系统2包括液压泵、控制阀、执行器和液压管路应用4特点3广泛用于工程机械和船舶液力传动动作迅速，功率大，适应恶劣环境液压控制系统是液力传动领域常用的控制方式，其核心是利用液压信号和液压元件对液力传动系统进行控制当操作者移动控制杆时，先导液压阀产生液压信号，经过液压放大后驱动主控制阀，改变液力传动系统的工作状态，如充油量、锁止状态等与机械控制相比，液压控制响应更快，控制力更大，能够在高负载条件下可靠工作同时，液压控制系统对环境适应性强，能够在高温、高湿、多尘等恶劣环境中正常工作这些特点使其广泛应用于工程机械、矿山设备和大型船舶等领域的液力传动系统中电子控制系统信号采集1通过各种传感器采集系统参数，如转速、温度、压力、位置等信号，并转换为电信号输入控制器现代电子控制系统可同时监测几十个参数信号处理2电子控制单元ECU接收传感器信号，根据预设的控制算法进行处理和计算，确定最佳控制策略这一过程可能涉及复杂的数学模型和自适应算法执行控制3控制单元向电磁阀、电机等执行元件发出控制信号，这些执行元件直接或间接调节液力传动系统的工作状态，如改变充油量、控制锁止离合器等反馈调节4系统持续监测执行结果，将实际工作状态与目标状态比较，进行误差分析和修正，形成闭环控制，确保系统按预期工作液力传动系统的换挡原理完成换挡转矩转移当新传动路径完全建立，旧传动路压力调整在换挡执行阶段，系统逐渐增加新径完全分离后，换挡过程完成系换挡信号接收到换挡信号后，控制系统通过路径离合器压力，同时降低旧路径统进入新的稳定工作状态，等待下换挡过程始于控制系统接收换挡信电磁阀调整各液压离合器和制动带离合器压力，实现转矩平稳转移，一次换挡指令号，可能来自驾驶员的操作（如移的工作压力，准备啮合新的传动路避免换挡冲击动换挡杆）或自动控制系统基于车径并分离旧的传动路径速、发动机转速等参数的判断。