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液力耦合器简介

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液力耦合器又称液力联轴器,是一种将动力源(通常是发动机或电动机)连接到工作机器上,通过液体动量的变化传递转矩的液压传动装置。

液力耦合器

液力耦合器介绍

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液力耦合器又称液力联轴器,是一种将动力源(通常是发动机或电动机)与工作机器连接以传递转动动力的机械装置。汽车上使用的自动变速器在船舶和重工业中也得到了广泛的应用。

液力耦合
一种以液体为工作介质的非刚性联轴器,也称为液压联轴器。当动力机器(内燃机、电动机等)带动输入轴转动时,液体由离心泵轮抛出。这种高速液体进入涡轮后,带动涡轮旋转,将泵轮获得的能量传递到输出轴。最后,液体返回泵叶轮,形成循环流动。液力联轴器通过液体与泵和涡轮叶片的相互作用产生动量的变化来传递扭矩。它的输出转矩等于输入转矩减去摩擦转矩,所以它的输出转矩总是小于输入转矩。液力联轴器的输入轴和输出轴通过液体连接,工作部件之间没有刚性连接。液力耦合器的特点是:能消除冲击和振动;输出转速低于输入转速,两轴转速差随负载的增加而增大;过载保护性能和起动性能好,当负载过大而停止转动时,输入轴仍能转动,以免对动力机造成损坏;当负载减小时,输出轴转速增大,直至接近输入轴转速。液力联轴器的传动效率等于输出轴转速乘以输出转矩(输出功率)与输入轴转速乘以输入转矩(输入功率)之比。一般的液力耦合器在正常工况下速比大于0.95时,能达到较高的效率。由于工作腔、泵轮和涡轮的形状不同,液力耦合器的特性也不同。如果将液力耦合器的油放空,则液力耦合器将处于脱离状态,可以起到离合器的作用。
耦合叶轮与液力偶合器传递动力的方法是使用两个没有机械连接的叶轮,通过液压油等连接动力。联轴器的封闭外壳内有两个传动叶轮及其配套的机械装置,其中主动叶轮称为泵叶轮,另一个称为透平。两个轮子是带有许多叶片径向排列的半圆形环,它们相互耦合并以相反的方向排列,彼此不接触。中间有3mm ~ 4mm的间隙,形成圆形工作轮。发动机曲轴带动泵轮,涡轮与输出轴相连。联轴器壳体内充满液压油。当泵轮旋转时,叶片驱动油。在离心力的作用下,这些油被抛向泵轮叶片的边缘,冲击涡轮叶片,使涡轮开始旋转。在惯性作用下,奔向涡轮的油进入涡轮内缘,再返回泵轮内缘。这种循环不断重复。

液力耦合器工作原理

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液力联轴器是以液体为工作介质的非刚性联轴器。液力偶合器的泵轮与涡轮(见图)形成一个封闭的工作腔,使液体循环流动。泵轮安装在输入轴上,涡轮安装在输出轴上。泵轮与涡轮组装后,形成一个圆形腔,腔内充入工作油。
泵的叶轮通常在内燃机或电动机的驱动下旋转,叶片驱动油。在离心力的作用下,这些油被抛向泵叶轮叶片的边缘。由于泵叶轮与水轮机的半径相等,当泵叶轮的转速大于水轮机的转速时,泵叶轮叶片外缘处的液压大于水轮机叶片的液压。由于压力差,液体冲击涡轮叶片。当足以克服外部阻力时,水轮机开始转动,这是将动能传递给水轮机,使水轮机与泵轮沿同一方向转动。油的动能降低后,从涡轮叶片的边缘流回泵轮,形成循环回路,其流道类似于一条始尾相连的圆形螺旋线。液力联轴器通过液体与泵和涡轮叶片的相互作用产生动量的变化来传递扭矩。当忽略叶轮转动过程中的风和其他机械损失时,其输出(涡轮)转矩等于输入(泵轮)转矩。

液力耦合器分类

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根据用途的不同,液力耦合器分为普通液力耦合器、限矩液力耦合器和调速液力耦合器。限矩液力偶合器主要用于电机减速器的起动保护、运行时的冲击保护、位置补偿、能量缓冲等;调速液力耦合器主要用于调节输入输出速比,其其他功能与限矩液力耦合器基本相同。
根据工作腔数的不同,液力耦合器分为单工作腔液力耦合器、双工作腔液力耦合器和多工作腔液力耦合器。根据叶片类型的不同,液力偶合器分为径向叶片液力偶合器、斜叶片液力偶合器和回转叶片液力偶合器。

优缺点

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优点

(1)具有柔性传动自动适配功能。
(2)具有减小冲击、隔离扭振的作用。
(3)具有提高动力机起动能力的能力,使其能带载或空载起动。
(4)具有过载保护功能,在外部过载时保护电机和工作机器不受损坏。
(5)具有协调多台动力机组顺序启动,平衡负载,保证并联平稳运行的功能。
(6)具有灵活的制动和减速功能(指液压减速器和锁转子阻尼液力耦合器)。
(7)具有工作机器延迟、缓慢启动的功能,能平稳启动大惯性机械。
(8)对环境的适应性强,能在寒冷、X、多尘、防爆等环境下工作。
(9)可以用便宜的笼型电机代替昂贵的绕线电机。
对环境没有污染。
(11)发射功率与其输入速度的平方成正比。当输入转速高时,能量容量大,成本效益高。
(12)调速液力偶合器具有无级调速功能,在输入端转速一定的情况下,工作时通过调节工作腔的充液量来改变输出转矩和输出转速。
(13)具有离合功能,调速和离合式液力偶合器可以在不停止电动机转动的情况下启动或制动工作机器。
(14)具有扩大动力机稳定运行范围的作用。
(15)具有节能效果,可以减小电机的启动电流和持续时间,减少对电网的冲击,减少电机的装机容量,对于使用限矩液力偶合器的大惯性难以启动的机械应用和使用调速液力偶合器的离心机械应用具有显著的节能效果。
(16)除轴承和油封外无直接机械摩擦,故障率低,使用寿命长。
(17)结构简单,操作维护方便,无需特别复杂的工艺,维护成本低。
(18)性价比高,价格低廉,初投资少,投资回收期短。

缺点

(1)总有一个滑移率,并且由于滑移存在功率损耗。限矩液力耦合器的额定效率约为0.96,与离心机械匹配的调速液力耦合器的相对工作效率在0.85 ~ 0.97之间。
(2)输出速度总是低于输入速度,不能像齿轮传动那样精确地改变输出速度。
(3)变速液力偶合器需要附加冷却系统,增加了投资和运行成本。
(4)占地面积大,要求动力机与工作机之间有一定的空间。
(5)调速范围比较窄,离心机械的匹配调速范围为1 ~ 1/5,恒转矩机械的匹配调速范围为1 ~ 1/3。
(6)无变矩器功能。
(7)传输功率的能力与其输入速度的平方成正比。当输入速度过低时,耦合器尺寸增大,成本效益降低。

应用领域

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汽车

液力耦合器曾用于早期的汽车半自动变速器和自动变速器。液力联轴器的泵轮与发动机的飞轮相连,动力从发动机曲轴传递。有时,液力耦合器严格来说是飞轮的一部分,在这种情况下,液力耦合器也称为液力飞轮。涡轮与变速器的输入轴相连。液体在泵轮和涡轮之间循环,使扭矩从发动机传递到变速器,驱X辆前进。在这方面,液压联轴器的功能非常类似于手动变速器中的机械离合器。由于液力联轴器无法改变扭矩的大小,现在已被液力变矩器所取代。

重工业

可用于冶金设备,矿山机械,电力设备,化工及各种工程机械中。

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