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柔性联接的机械艺术,用液体传递!

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我们平时泵与电机的连接,大多数都属于刚性联接,但还有一种常用的是依靠液体传动动力。

▲液力耦合器

液力传动是由几个叶轮组成的一种非刚性连接的传动装置。这种装置把机械能转换为液体的动能,再将液体的动能转换为机械能,起着能量传递的作用。常见的有液力耦合器、液力变矩器和液力机械元件。

液力耦合器又称液力联轴器,是一种用来将动力源(通常是发动机或电机)与工作机连接起来传递旋转动力的机械装置,1905年德国 Hermann Föttinger博士的专利发明。曾应用于汽车中的自动变速器,在海事和重工业中也有着广泛的应用。

▲液力耦合器

液力耦合器如上图所示,它是由 泵轮和涡轮组成的。泵轮与主动轴相连,涡轮与从动轴相接。如果不计机械损失,则液力耦合器的输入力矩与输出力矩相等,而输入与输出轴转速不相等。因工作介质是液体,所以泵轮和涡轮之间属非刚性连接。

液力耦合器是一个内含两个环形轮片的密封机构。驱动轮称为泵轮,被驱动轮称为涡轮,泵轮和涡轮都称为工作轮。在工作轮的环状壳体中,径向排列着许多叶片。泵轮和涡轮装合后,形成环形空腔,其内充有工作油液。

泵轮通常在内燃机或电机驱动下旋转,带动工作油液做比较复杂的向心力运动。高速流动的油液在科里奥利力的作用下冲击涡轮叶片,将动能传给涡轮,使涡轮与泵轮同方向旋转。油液从涡轮的叶片边缘又流回到泵轮,行成循环回路,其流动路线如同一个首尾相连的环形螺旋线。

德国福伊特VOITH做了一个小实验,借助两台风扇很生动地解释了液力传动原理。有两台风扇面对面放置,左边的插电,右边不插电同时连着一个灯。左边的风扇转动时搅动空气,带动右边风扇转动同时点亮后面的电灯。

液力耦合器曾应用于早期的汽车半自动变速器及自动变速器中。液力耦合器的泵轮与发动机的飞轮相连接,动力由发动机曲轴传入。在有些时候,耦合器严格上讲是飞轮的一部分,在这种情况下,液力耦合器又被称为液力飞轮。

涡轮与变速器的输入轴相联。液体在泵轮与涡轮间循环流动,使得力矩从发动机传至变速器,驱动车辆的前进。在这方面,液力耦合器的作用非常类似于手动变速器中的机械离合器。由于液力耦合器无法改变转矩的大小,现已被液力变矩器所取代。

▲液力变矩器

变矩器比耦合器多了一个液体导流部件“导轮”,它对流动的液体导向,使其根据一定的要求,按照一定的方向冲击泵轮的叶片,从而实现力矩的变化。

▲液力变矩器

当液力变矩器工作时,因导轮对液体的作用,而使液力变矩器输入力矩与输出力矩不相等。当传动比小时,输出力矩大,输出转速低;反之,输出力矩小而转速高。它可以随着负载的变化自动增大或减小输出力矩与转速。因此,液力变矩器是一个无级力矩变换器。

▲三元件综合式液力变矩器

液力耦合器其实是一种非刚性联轴器,液力变矩器实质上是一种力矩变换器。它们所传递的功率大小与输入轴转速的3次方、与叶轮尺寸的5次方成正比。

传动效率在额定工况附近较高:耦合器约为96~98.5%,变矩器约为85~92%。偏离额定工况时效率有较大的下降。

液力传动用于现代化机器始于20世纪初,最早作为船舶动力装置与螺旋桨之间的传动机构,解决大功率、高转速的气轮机和转速受到"气蚀"限制的螺旋桨间的减速传动问题。

20世纪30年代,瑞典的阿尔夫·里斯豪姆与英国里兰汽车公司的史密斯工程师合作研制了里斯豪姆一史密斯型三级液力变矩器,先后应用到公共汽车和其他车辆上。

20世纪40年代,液力传动在军事装备上得到了较广泛的应用,如:打捞绞车、登陆艇的锚链绞车、坦克、自行火炮等,同时,带动了液力传动在汽车、拖拉机、工程机械等相关领域的应用和发展。

现在液力传动已广泛应用于汽车、拖拉机、工程机械、建筑机械、铁路机车、坦克装甲车辆、石油钻探机械、起重运输机械、风机、水泵等产品上。

来源:机械cax360


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