高效液力变矩传动系统

    0 前言

    液力变矩器是一种广泛应用于工程车辆的传动装置，主要由泵轮、涡轮和导轮构成，泵轮与原动机相连，涡轮与输出装置相连，导轮固定，其结构如图 1a 所示。它有许多突出的优点[1]：具有无级变速和变矩能力，使传动系统具有自动适应能力；作为一种柔性传动，可阻隔发动机的扭转振动，降低冲击振动和传动系的动载荷，延长传动部件的使用寿命；结构简单可靠，无机械磨损，使用寿命长。

    液力变矩器虽然具有上述诸多优点，但其缺点也是明显的，那就是传动效率较低且随载荷的变化而变化[2]。其效率是其转速比i (涡轮与泵轮转速的比值)的函数，普通液力变矩器的效率曲线如图 1b所示，呈抛物线形状。当转速比i 等于最佳转速比*i时，效率最高为*η ，最高可到 90%；而当转速比 i大于或小于*i 时，液力变矩器的效率便急剧下降，普通液力变矩器在小转速比和大转速比时效率都很低。当车辆的作业工况发生较大的变化时，通常是对车辆进行换挡使变液力变矩器具有较高的传动效率[3]，但车辆处于某一挡位下工作时，其载荷也是不稳定的，液力变矩器的传动效率也是随时波动的。

    目前，主要通过两个途径提高液力变矩器的传动效率：① 不断改进液力元件的工作腔和叶栅系统的设计，改善液体的流动状态[4-10]，这种改进虽然能提高液力变矩器的效率，但是当转速比偏离*时，传动效率下降的问题依然存在；② 通过一定的结构设计，使液力元件在工作过程中运动状态发生变化[11]，如现代机械传动中广泛采用综合式液力变矩器。综合式液力变矩器的结构如图 2a 所示，导轮安装在单向离合器上，当转速比小于偶合点转速比时，单向离合器楔紧不转，导轮固定，综合式液力变矩器成为普通液力变矩器；当转速比大于偶合点转速比时，单向离合器在液流中自由旋转，综合式液力变矩器就转变为液力偶合器。综合式液力变矩器的效率曲线如图 2b 所示，它解决了普通液力变矩器在i 时效率低下的问题，但当 i <*i 时效率低的问题没有得到解决。对此，本文提出一种具有自适应的高效液力变矩传动系统[12]，较好解决了综合式液力变矩器在i <*i 时效率低下的问题；进一步分析了传动原理，提出了磁粉离合器传递的力矩和传动系统效率的计算公式，为自适应性高效率液力变矩传动系统的设计提供理论基础。

    1 高效液力变矩传动系统的设计

    1.1 高效液力变矩传动系统的设计思想

    传统的液力传动系统中，液力变矩器的泵轮直接与内燃机相连，涡轮与变速器的输入轴相连。液力变矩器通常不具有透穿性(即涡轮所受载荷变化时，泵轮不受影响)。当载荷变化时，涡轮的转速发生变化，泵轮的转速基本不变。因此，内燃机处于较稳定工况，而液力变矩器的转速比随载荷的改变而改变，其传动效率也随之而变。