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液力變矩器

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液力變矩器以液體為工作介質的一種非剛性扭矩變換器,是液力傳動的形式之一。圖為液力變矩器,它有一個密閉工作腔,液體在腔內循環流動,其中泵輪、渦輪和導輪分別與輸入軸、輸出軸和殼體相連。動力機(內燃機、電動機等)帶動輸入軸旋轉時,液體從離心式泵輪流出,順次經過渦輪、導輪再返回泵輪,周而復始地循環流動。泵輪將輸入軸的機械能傳遞給液體。高速液體推動渦輪旋轉,將能量傳給輸出軸。液力變矩器靠液體與葉片相互作用產生動量矩的變化來傳遞扭矩。液力變矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的導輪。導輪對液體的導流作用使液力變矩器的輸出扭矩可高于或低于輸入扭矩,因而稱為變矩器。輸出扭矩與輸入扭矩的比值稱變矩系數,輸出轉速為零時的零速變矩系數通常約2~6。變矩系數隨輸出轉速的上升而下降。液力變矩器的輸入軸與輸出軸間靠液體聯系,工作構件間沒有剛性聯接。液力變矩器的特點是:能消除沖擊和振動,過載保護性能和起動性能好;輸出軸的轉速可大于或小于輸入軸的轉速,兩軸的轉速差隨傳遞扭矩的大小而不同;有良好的自動變速性能,載荷增大時輸出轉速自動下降,反之自動上升;保證動力機有穩定的工作區,載荷的瞬態變化基本不會反映到動力機上。液力變矩器在額定工況附近效率較高,最高效率為85%~92%。葉輪是液力變矩器的核心。它的型式和布置位置以及葉片的形狀,對變矩器的性能有決定作用。有的液力變矩器有兩個以上的渦輪、導輪或泵輪,借以獲得不同的性能。最常見的是正轉(輸出軸和輸入軸轉向一致)、單級(只有一個渦輪)液力變矩器。兼有變矩器和耦合器性能特點的稱為綜合式液力變矩器,例如導輪可以固定、也可以隨泵輪一起轉動的液力變矩器。為使液力變矩器正常工作,避免產生氣蝕和保證散熱,需要有一定供油壓力的輔助供油系統和冷卻系統。


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液力變矩器的變矩原理

液力耦合器中油液流動反向,液力耦合器泵輪主動與發動機曲軸剛性聯接,轉動時,離心力使ATF向外甩,沖擊渦輪葉片,渦輪從動,渦輪回流的液體又沖擊泵輪,阻礙了泵輪轉動,其特點是轉動效率低,但在一定范圍內能實現無極變速,有利于汽車起步換擋的平順性。

液力變矩器中油液流動方向,在增加了導輪的液力變矩器中,自動變矩器油從渦輪流入導輪后方向會改變,當油液再流回到泵輪時,其流動方向變得與泵輪運動方向相同,這就加強了泵輪的轉動力矩,進而也就增大了輸出轉矩,這就是液力變矩器可以增大轉矩的原因。

單向離合器的作用,由于導輪軸上裝有單向離合器,使得導輪在受到來自渦輪的油液沖擊時,能保持不動,這樣才能使導輪改變了經過它的油流方向,進而達到增大轉矩的作用。

當變矩器變為耦合器時,液力變矩器中油液流動方向,渦輪開始轉動時(即汽車起步后),轉動渦輪的使得從渦輪流入導輪的油液方向有所變化。在渦輪轉動產生的離心力作用下,油流不再直接射向導輪,而是越過導輪流回泵輪。流回泵輪的油流方向不再與泵輪轉向相同,因而失去了加強泵輪轉矩的作用,所以此時液力變矩器又變成了液力耦合器,不再具有增大轉矩的作用。當導輪開始轉動后,隨著渦輪轉速繼續增加,從渦輪進入導輪的油液沖擊到了導輪的背向,使導輪以與渦輪和泵輪相同的方向轉動。

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液力變矩器的工作原理

(1)機械能→動能過程:泵輪由發動機驅動旋轉,推動液體隨泵輪一起繞其軸線旋轉,使其獲得一定的速度(動能)和壓力。其速度決定于泵輪的半徑和轉速。

(2)動能→機械能過程:液體靠動能沖向渦輪,作用于葉片一個推力,推動渦輪一起旋轉,渦輪獲得一定轉矩(機械能)。少部分液體動能在高速流動中與流道摩擦生熱被消耗。

(3)動量矩變化過程:導輪固定,液體流經時無機械能轉化,由于導輪葉片形態變化(進出口葉片面積不等),液流速度和方向發生變化,其動量矩改變。動量矩變化取決于葉片面積的變化。

渦輪轉速隨外界負荷的不同而變化,液流沖擊葉片的方向和速度亦隨之變化。


增扭:渦輪速度低時,渦流速度大,環流速度小,合成液流的方向沖擊導輪正面,經導向順著泵輪葉片槽沖擊渦輪,渦輪的輸出轉矩增大。

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液力變矩器故障檢測

油溫過高

油溫過高表現為機器工作時油溫表超過120°C或用手觸摸感覺燙手,主要有以下幾種原因:變速器油位過低;冷卻系中水位過低;油管及冷卻器堵塞或太臟;變矩器在低效率范圍內工作時間太長;工作輪的緊固螺釘松動;軸承配合松曠或損壞;綜合式液力變矩器因自由輪卡死而閉鎖;導輪裝配時自由輪機構化機構缺少零件。

液力變矩器油溫過高故障的診斷和排除方法如下:出現油溫過高時,首先應立即停車,讓發動機怠速運轉,查看冷卻系統有無泄漏,水箱是否加滿水;若冷卻系正常,則應檢查變速器油位是否位于油尺兩標記之間。若油位太低,應補充同一牌號的油液;若油位太高,則必須排油至適當油位。如果油位符合要求,應調整機器,使變矩器在高效區范圍內工作,盡量避免在低效區長時間工作。如果調整機器工作狀況后油溫仍過高,應檢查油管和冷卻器的溫度,若用手觸摸時溫度低,說明泄油管或冷卻器堵塞或太臟,應將泄油管拆下,檢查是否有沉積物堵塞,若有沉積物應予以清除,再裝上接頭和密封泄油管。若觸摸冷卻器時感到溫度很高,應從變矩器殼體內放出少量油液進行檢查。若油液內有金屬末,說明軸承松曠或損壞,導致工作輪磨損,應對其進行分解,更換軸承,并檢查泵輪與泵輪轂緊固螺栓是否松動,若松動應予以緊固。以上檢查項目均正常,但油溫仍高時,應檢查導輪工作是否正常。將發動機油門全開,使液力變矩器處于零速工況,待液力變矩器出口油溫上升到一定值后,再將液力變矩器換入液力耦合器工況,以觀察油溫下降程度。若油溫下降速度很慢,則可能是由于自由輪卡死而使導輪閉鎖,應拆解液力變矩器進行檢查。

油壓過低

現象為:當發動機油門全開時,變矩器進口油壓仍小于標準值。主要由以下幾種原因引起:供油量少,油位低于吸油口平面;油管泄漏或堵塞;流到變速器的油過多;進油管或濾油網堵塞;液壓泵磨損嚴重或損壞;吸油濾網安裝不當;油液起泡沫;進出口壓力閥不能關閉或彈簧剛度減小。

如果出現供油壓力過低,應首先檢查油位:若油位低于最低刻度,應補充油液;若油位正常,應檢查進、出油管有無泄漏,若有漏油,應予以排除。若進、出管密封良好,應檢查進、出口壓力閥的工作情況,若進、出口壓力閥不能關閉,應將其拆下,檢查其上零件有無裂紋或傷痕,油路和油孔是否暢通,以及彈簧剛度是否變小,發現問題應及時解決。如果壓力閥正常,應拆下油管或濾網進行檢查。如有堵塞,應進行清洗并清除沉積物;如油管暢通,則需檢查液壓泵,必要時更換液壓泵。如果液壓油起泡沫,應檢查回油管的安裝情況,如回油管的油位低于油池的油位,應重新安裝回油管。

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