液力傳動

液力傳動是液體傳動的一個分支，它是由幾個葉輪組成的一種非剛性連接的傳動裝置。這種裝置把機械能轉換為液體的動能，再將液體的動能轉換為機械能，起着能量傳遞的作用。

值得注意的是，液力傳動與液壓傳動是不同的，液力傳動是依靠液體的動能來傳遞能量的，而液壓傳動則是依靠液體的壓力能傳遞能量的。

液力傳動具有很多優點，但是也存在一些缺點，它主要有以下優點：

液力變矩器的輸出力矩能夠隨着外負載的增大或減小而自動地增大或減小，轉速能自動地相應降低或增高，在較大範圍內能實現無級調速，這就是它的自動適應性。自動適應性可使車輛的變速器減少擋位數，簡化操作，防止內燃機熄火，改善車輛的通用性能。液力耦合器具有自動變速的特點，但不能自動變矩。

因為各葉輪間的工作介質是液體，它們之間的連接是非剛性的，所以可吸收來自發動機和外界負載的衝擊和振動，使機器啓動平穩、加速均勻，延長零件壽命。

指泵輪轉速不變的情況下，當負載變化時引起輸入軸（即泵輪或發動機軸）力矩變化的程度。由於液力元件類型的不同而具有不同的透穿性，可根據工作機械的不同要求與發動機合理匹配，藉以提高機械的動力和經濟性能。

另外，還具有過載保護、自動協調、分配負載的功能。液力傳動並不完美，它也是有缺點的，比如：效率較低、高效範圍較窄，需要增設冷卻補償系統，使結構複雜、成本高。

液力傳動的基本原理可以用下圖來説明。原動機（內燃機、電動機等）帶動泵輪旋轉，使工作液體的速度和壓力增加，這一過程實現了機械能向液體動能的轉化；然後具有動能的工作液體再衝擊渦輪，此時液體釋放能量給渦輪，使渦輪轉動將動力輸出，實現能量傳遞。

液力傳動裝置是以液體為工作介質以液體的動能來實現能量傳遞的裝置，常見的有液力耦合器、液力變矩器和液力機械元件。

目前，液力傳動元件主要有液力元件和液力機械兩大類。液力元件有液力耦合器和液力變矩器；液力機械裝置是液力傳動裝置與機械傳動裝置組合而成的，因此，它既具有液力傳動變矩性能好的特點，又具有機械傳動效率高的特徵。

液力傳動裝置主要由三個關鍵部件組成，即泵輪、渦輪、導輪。

泵輪：能量輸入部件，它能接受原動機傳來的機械能並將其轉換為液體的動能；

渦輪：能量輸出部分，它將液體的動能轉換為機械能而輸出；

導輪：液體導流部件，它對流動的液體導向，使其根據一定的要求，按照一定的方向衝擊泵輪的葉片。

液力耦合器如下圖所示，它是由泵輪和渦輪組成的。泵輪與主動軸相連，渦輪與從動軸相接。如果不計機械損失，則液力耦合器的輸入力矩與輸出力矩相等，而輸入與輸出軸轉速不相等。因工作介質是液體，所以泵輪和渦輪之間屬非剛性連接。

下圖a是液力變矩器的實物模型圖，圖b是其結構原理簡圖。它主要由泵輪、渦輪、導輪等構成。泵輪、渦輪分別與主動軸、從動軸連接，導輪則與殼體固定在一起不能轉動。當液力變矩器工作時，因導輪D對液體的作用，而使液力變矩器輸入力矩與輸出力矩不相等。當傳動比小時，輸出力矩大，輸出轉速低；反之，輸出力矩小而轉速高。它可以隨着負載的變化自動增大或減小輸出力矩與轉速。因此，液力變矩器是一個無級力矩變換器。

下面以目前廣泛使用的三元件綜合式液力變矩器來具體説明其工作原理。

如圖4所示，泵輪與變矩器外殼連為一體，是主動元件；渦輪通過花鍵與輸出軸相連，是從動元件；導輪置於泵輪和渦輪之間，通過單向離合器及導輪軸套固定在變速器外殼上。

發動機啓動後，曲軸通過飛輪帶動泵輪旋轉，因旋轉產生的離心力使泵輪葉片間的工作液沿葉片從內緣向外緣甩出；這部分工作液既具有隨泵輪一起轉動的園周向的分速度，又有衝向渦輪的軸向分速度。這些工作液衝擊渦輪葉片，推動渦輪與泵輪同方向轉動。

從渦輪流出工作液的速度可以看為工作液相對於渦輪葉片表面流出的切向速度與隨渦輪一起轉動的圓周速度的合成。當渦輪轉速比較小時，從渦輪流出的工作液是向後的，工作液衝擊導輪葉片的前面。因為導輪被單向離合器限定不能向後轉動，所以導輪葉片將向後流動的工作液導向向前推動泵輪葉片，促進泵輪旋轉，從而使作用於渦輪的轉矩增大。

隨着渦輪轉速的增加，圓周速度變大，當切向速度與圓周速度的合速度開始指向導輪葉片的背面時，變矩器到達臨界點。當渦輪轉速進一步增加時，工作液將衝擊導輪葉片的背面。因為單向離合器允許導輪與泵輪一同向前旋轉，所以在工作液的帶動下，導輪沿泵輪轉動方向自由旋轉，工作液順利地迴流到泵輪。當從渦輪流出的工作液正好與導輪葉片出口方向一致時，變矩器不產生增扭作用（這時液力變矩器的工況稱為液力偶合工況）。

液力耦合器其實是一種非剛性聯軸器，液力變矩器實質上是一種力矩變換器。它們所傳遞的功率大小與輸入軸轉速的3次方、與葉輪尺寸的5次方成正比。傳動效率在額定工況附近較高：耦合器約為96～98.5%，變矩器約為85～92%。偏離額定工況時效率有較大的下降。根據使用場合的要求，液力傳動可以是單獨使用的液力變矩器或液力耦合器;也可以與齒輪變速器聯合使用,或與具有功率分流的行星齒輪差速器（見行星齒輪傳動）聯合使用。與行星齒輪差速器聯合組成的常稱為液力-機械傳動。

液力傳動裝置的整體性能跟它與原動機的匹配情況有關。若匹配不當便不能獲得良好的傳動性能。因此，應對總體動力性能和經濟性能進行分析計算，在此基礎上設計整個液力傳動裝置。為了構成一個完整的液力傳動裝置，還需要配備相應的供油、冷卻和操作控制系統。

液力傳動用於現代化機器始於20世紀初，最早作為船舶動力裝置與螺旋槳之間的傳動機構，解決大功率、高轉速的氣輪機和轉速受到“氣蝕”限制的螺旋槳間的減速傳動問題。20世紀30年代，瑞典的阿爾夫·里斯豪姆與英國裏蘭汽車公司的史密斯工程師合作研製了里斯豪姆一史密斯型三級液力變矩器，先後應用到公共汽車和其他車輛上。20世紀40年代，液力傳動在軍事裝備上得到了較廣泛的應用，如：打撈絞車、登陸艇的錨鏈絞車、坦克、自行火炮等，同時，帶動了液力傳動在汽車、拖拉機、工程機械等相關領域的應用和發展。現在液力傳動已廣泛應用於汽車、拖拉機、工程機械、建築機械、鐵路機車、坦克裝甲車輛、石油鑽探機械、起重運輸機械、風機、水泵等產品上。

20世紀50年代末，我國開始自行設計製造液力傳動，在高校、研究所和相關工廠的共同努力下，首先在轎車和內燃機車上得到了應用。經過50多年的發展，液力傳動已在我國得到了廣泛的推廣和應用，現在，國內工程機械、起重運輸機械、車輛等行業廣泛採用液力傳動裝置。 ^[1]