液力变矩器是汽车动力传动的重要组成部分，因其具有无级变速、延长传动系统使用寿命等优点而被广泛应用。 液力变矩器由三个基本元件组成：可旋转的泵轮和涡轮，以及固定的导轮。汽车上使用的液力变矩器工作轮一般是钢板冲压焊接而成，而工程机械和部分军用车辆上使用的液力变矩器工作轮是铝合金精密铸造而成。 液力变矩器不仅能传递扭矩，而且能在泵轮扭矩不变的情况下，随着涡轮转速的不同，自动改变涡轮输出的扭矩。 液力变矩器的结构 普通液力变矩器由三个基本元件组成：可旋转的泵轮和涡轮，以及固定的导轮。主要部件如图3-6所示。汽车上使用的液力变矩器工作轮一般是钢板冲压焊接而成，而工程机械和部分军用车辆上使用的液力变矩器工作轮是铝合金精密铸造而成。 图3-6液力变矩器结构示意图 1-发动机曲轴2-变矩器壳3-涡轮4-泵轮5-导轮6-导轮固定套7-输出轴 汽车液力变矩器有两种结构类型：组装式(可拆卸)和焊接式(不可拆卸)。可拆卸，维修方便，但平衡精度不高，特别是拆卸检查后，平衡受到影响。一般只用重卡，因为重卡转速低，对动平衡要求低，完全允许。汽车液力变矩器高速旋转，现在都是焊接保证平衡精度。这种液力变矩器是不能拆卸检修的，出现故障后才能更换，但是这种液力变矩器的零件在使用中几乎从来没有出现过故障。 液力变矩器的工作原理 液力变矩器的三个工作轮都安装在封闭的变矩器壳内，该壳内充满了变速器油(ATF)。泵轮由发动机驱动，涡轮固定在涡轮轴上，涡轮轴与变速器输入轴相连。导轮的导轮轴固定在变速器的壳体上，悬挂在泵轮和涡轮之间，与泵轮和涡轮的叶片端面留有一定的间隙。三个工作轮之间没有机械连接。为了保证液力变矩器的性能和ATF的良好循环，泵轮、涡轮和导轮的叶片弯曲成一定弧度，沿径向倾斜布置。图3-7显示了三个元件的结构和内部液体流动方向。 和液力耦合器一样，液力变矩器正常工作时，储存在环形腔内的油不仅绕着变矩器的轴线运动，而且在循环圈内循环，所以扭矩可以从泵轮传递到涡轮。与液力耦合器不同的是，液力变矩器不仅能传递扭矩，而且在泵轮扭矩不变的情况下，随着涡轮转速的不同，自动改变涡轮输出的扭矩，即“变扭矩”。变矩器之所以能变扭矩，是因为它在结构上比联轴器多了一个导轮机构。在液体循环的过程中，固定的导轮给涡轮一个反扭矩，使涡轮输出的扭矩与泵轮输出的扭矩不同。 图3-7液力变矩器的流体流向 现在用液力变矩器工作轮展开图来说明液力变矩器的工作原理。如图3-7所示，沿工作轮循环圆的中间流线展开工作轮的三个叶片，得到泵轮、涡轮和导轮的环形平面(见图3-8)。图中显示了每个轮叶的形状和入口和出口角度。为了方便起见，假设发动机和负载是恒定的，即变矩器泵叶轮的转速和扭矩是恒定的。以自动启动为例来讨论。 图3-8液力变矩器工作原理图 当发动机正在运转，汽车还没有启动时，涡轮转速为零，如图3-8a所示。在叶轮叶片的驱动下，变速器油以一定的绝对速度沿图中箭头1的方向冲向涡轮叶片，对涡轮产生作用力，并围绕涡轮轴产生扭矩，这就是变矩器的输出扭矩。因此，当涡轮静止时，液体流沿叶片流出涡轮，冲向导轮，其方向如图中箭头2所示，液体流也对导轮产生作用力矩。然后，液体沿箭头3的方向从固定的导轮流回泵轮。当液体流过叶片时，对叶片有一个冲击力矩。根据作用力与反作用力定律，此时液流也会受到叶片的反作用力矩，大小相等，方向与作用力矩相反。 作用力矩或反作用力矩的方向和大小与液体流入和流出工作轮的方向有关。设泵轮、涡轮和导轮对液流的作用力矩分别为、和，方向如图中箭头所示。根据液流的力平衡条件，三者在数值上满足关系式，即涡轮扭矩等于泵轮扭矩和导轮扭矩之和。虽然，此时涡轮扭矩大于泵轮扭矩，也就是变矩器起到了增加扭矩的作用。也可以理解为它的增矩作用，当液体流入涡轮时，有一个力矩作用在涡轮上，这个力矩就是泵轮供给液体的力矩；当液体流出涡轮冲击导轮时，也对导轮施加一个力矩。由于导向轮固定在传动箱上，导向轮的进给流体的反扭矩通过流体流动再次作用在涡轮上，使涡轮的扭矩等于泵轮扭矩和导向轮扭矩之和。 当液力变矩器输出的扭矩和传动系统对驱动轮产生的牵引力足以克服汽车启动阻力时，汽车启动并开始加速，与之相连的涡轮转速从零逐渐升高。我们将液体沿叶片方向流动的速度定义为相对速度W，叶轮沿周向运动的速度定义为牵连速度U，两者的矢量和为绝对速度v，当涡轮转速不为零时，涡轮出口的液体流动不仅有相对速度，还有牵连速度，所以液体流动撞击导叶的绝对速度为两者的合成速度，如图3-8b所示。因为泵叶轮的转速是恒定的，即液流的循环流量基本恒定，涡轮出口处的相对速度也是恒定的，只有涡轮的转速，即牵连速度发生变化。从图中可以看出，撞击在导轮叶片上的液流的绝对速度会随着卷入速度的增加而逐渐向左倾斜，从而使导轮上的扭矩值逐渐减小。 当涡轮转速增加到一定值时，从涡轮流出的液体正好沿着导轮的出口方向冲到导轮上。因为液体流过导轮时方向不变，所以导轮扭矩为零，即涡轮扭矩等于泵轮扭矩。如果涡轮转速继续增加，液流的绝对速度方向继续向左倾斜，如图3-8b所示，液流撞击导轮叶片的反面，导轮扭矩的方向与泵轮扭矩的方向相反，那么涡轮扭矩就是前两个扭矩之差，即变矩器的输出扭矩小于输入扭矩。当涡轮速度增加到与泵轮速度相同时，工作流体在循环中循环。 内部循环流动停止，不能传递动力。 液力变矩器的特性 泵轮转速不变时，涡轮的扭矩随其转速而变化，这就是液力变矩器的特性(见图3-9)。液力变矩器的特性曲线反映了amo 液力变矩器的传动效率是输出轴功率(涡轮轴功率)与输入功率(泵轮轴功率)的比值，用。也就是 变速箱效率表示变矩器输出轴上获得的功率比输入功率小几倍。基本液力变矩器的传动效率曲线一般为抛物线，其最高效率约为0.6，一般约为80% ~ 86%。 从特性图可以看出，涡轮扭矩随着涡轮转速的变化而不断变化。当汽车起步、上坡或遇到较大阻力时，如果发动机的传递负荷不变，车速会降低，即涡轮转速会降低。因此，涡轮的扭矩相应增加，使驱动轮获得更大的扭矩，保证汽车能够克服增加的阻力继续行驶。所以液力变矩器本身就是一个可以随着汽车阻力的不同自动改变输出扭矩的无级变速器。此外，液力变矩器还具有使汽车平稳起步、衰减传动系统扭转振动和防止传动系统过载的功能。 液力变矩器应用不足 当液力变矩器从联轴器工况切换点开始处于大速比的联轴器范围时，转矩比曲线变为，传动效率急剧下降。原因是导向轮是固定的。当泵叶轮与涡轮的转速差较大时，如图3-10a所示，泵叶轮叶片外缘与涡轮叶轮叶片外缘的压差也较大，因此沿叶轮叶片流动的ATF速度A也较大。在涡轮转速B(即ATF圆周运动速度)的影响下，速度A发生方向偏移，ATF实际上以速度C的方向流向导轮，冲击导轮叶片的前部。由于导轮是固定的，ATF被迫改变方向，流向叶轮叶片的背面，这样会增加扭矩。速差较小时，如图3-10b所示，涡轮转速B增大，ATF转速A减小，ATF向速度C方向流向导轮，冲击导轮背面。如果导向轮不移动。ATF会产生涡流。 ,同时，ATF产生的涡流阻挡了其平稳流动，造成不必要的能量损失，导致传动效率大幅降低。 图3-10速度变化时ATF的流向 由此可见，固定导轮有必要在小速比范围内发挥扭转作用，以适应汽车行驶阻力的变化。但在大速比工作范围内，固定导轮会阻碍液力变矩器的动力传递，降低其传动效率，需要加以克服和改进。