液力耦合器的轴向力及实用计算

　　液力耦合器开始应用于船舶内燃机与螺旋桨间的传动, 现在已被车辆、工程机械、起重运输机械、钻探设备、大型风机、泵和冲击大惯性大的传动装置广泛应用。其最大传动功率已达27000kW, 最高输出转速已达12000r/min。液力耦合器运行时, 环流液体对叶轮产生的轴向力关系到轴上推力轴承选型和寿命设计以及轴向定位。深入研究分析影响轴向力的因素和计算方法具有重要意义。

　　1影响轴向推力的因素

　　1.1由涡轮内外表面液体压力差产生的轴向力

　　轴向力的大小与耦合器的类型及结构关系密切。图1所示为无内环、接近全充油、由涡轮轴孔提供冷却油的耦合器的轴向力分析简图。传动比i=1时, 泵轮、涡轮和外壳转速相同, 耦合器中的液体在离心力作用下绕2-2旋转, 处于静压力平衡, 涡轮内外表面上作用的液体压力大小相等、方向相反, 总的轴向力为零。当i<1时, 由于涡轮转速低于泵轮及外壳, 对侧辅腔中的液体产生制动作用, 使其中液体的角速度ω低于泵轮角速度ω_B,引起涡轮内(工作腔) 外表面上压力不等, 产生了轴向压力F₁。

　　以涡轮为隔离体分析如下:在旋转叶轮中距轴线r处离心力产生的液体压力为:

　　侧辅腔中r处的液体压力为:

　　涡轮半径为r处内表面液体压力为:

　　涡轮半径为r处内外表面的液体压力差为:

　　△p的方向是从涡轮外表面指向泵轮, 由此引起的轴向推力F₁, 其大小为:

　　1.2由工作腔中的液体轴面流速方向变化引起的轴向力

　　循环液流流经涡轮时, 单位时间内在轴线方向上动量变化引起轴向力F₂, 可由质点系动量定理求出。由图1(b)可知:

　　在不计叶片厚度的近似条件下:

　　则有:

　　F₂的方向指向涡轮内表面。

　　1.3由供油压力和不平衡面积引起的轴向力

　　对具有冷却供液系统的耦合器(如调速型液力耦合器), 供液系统工作压力为F₀, 因涡轮轴中的液孔的结构会在涡轮上产生一个附加的轴向推力F₃。如图1(a)所示, F₃指向泵轮, 大小为:

　　2轴向力的应用计算

　　上述轴向力计算公式是在许多简化条件下推出的, 即是这样, 其中有些参数的具体值仍很难确定, 所进行的理论分析成为轴向推力实用计算的重要指导。通常情况下, 是由实验测定不同i值的轴向力, 然后用相似定理计算出几何相似的耦合器的轴向推力。轴向推力的实用计算公式为: