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高效液力偶合器幅频特性分析 王立文高建树 (中国民航学院) 摘要本文分析了高效无滑差液力机械偶合器的工作原理，采用“双质量”系统模型研究了系统的动力学特眭-并进行r 仿真分折，通过幅频特性分析指出．使用高效液力偶合器可以降低在额定工况的波动幅值．尤其是在共振频率之外的工作区 关键词(无滑誊液力偶合器幅频特性 0前言 在许多机器的传动中安全型动液偶合器得到了推广，它可靠地防止过载，还能使起动平衡、迅速，吸 收负载的波动等。但是，当传动功率超过300KW时，采用这种动液偶合器则要受到限制，这是由于在工 作载荷下的滑差(3％～5％)会产生很高的热量。 在这种情况下可以采用高效无滑差液力机械偶合器．这种偶合器在额定工况下的理论效率为l，实际 进行时，由于轴承的磨擦损失及风损等，约存在o．5％左右的功率损失．因为传动无滑差，偶合器内部没有 热量产生．大功率传动才得以应用。 l 工作原理 高效液力偶合 器是一种行星传动， ： 其中装有斗叶．这些 斗叶和灌人偶合器 的流体之间发生相 霸 互作用。 一L—U正 这种偶合器(图 1j的构成为：原动 机带动一个圆筒，它 早一l 一 本身是行星传动的 ．t 厂 系杆．几个行星轮和 Jm_i{ J』 中心齿轮处于啮合 一州一L 状态，中心齿轮安装 —I l l f一 在从动轴上．作行星 圭拦 运动的斗轮安装在 行星齿轮的轴上，在 圆筒中灌人的工作 油液通常为矿物油，当和原动机接通后，圆筒开始旋转，其中的液体在离心力作用下被抛向周边．在圆筒 的内表面上形成油环。由于作用于工作机构的外负载对中心齿轮的旋转造成阻力，当圆筒转动时则带动行 星轮沿着中心齿轮表面滚动．而且同时每个行星轮围绕各自的轴转动。与此同时斗轮也随着这种方式运动， 这就产生了作用在斗轮上的力矩，这个力矩是由作用于斗轮上的速度水头和离心力F1(见图一中的F．、^ 和凡)造成的。这些离心力在牵连旋转运动中作用在位于斗轮中的斗叶上，斗叶中的液体来自旋转油环 这些力矩最后作用于偶合器的轴上．当它大于外负载阻力矩时．偶合器的从动轴开始起动，随着从动 轴转速的提高、滑差减小，斗轮转子相对旋转速度也同时下降：当上述力矩相等时，斗轮的相对运动便停 止，这时作用在斗轮上的力矩则全靠离心力来形成，在这种工况下偶合器没有滑差，但也不是作为一个整 体工作：当外负载波动时，从动轴相对圆筒要转过一个角度，当外负载力矩减小时，从动轴的这个转角的 方向为圆筒的转向，这时部分原先从油环中出来的斗轮又回到其中，从而减小了^旧合力，使力矩平衡。 当外负载力矩增加时出现和上述情况相反的现象，当外负载力矩不断增加时斗轮转角会到达极限值，这时 斗轮中的流体开始从斗中流出来。对应这个转角的力矩是极限值，当超过这个数值时斗轮将绕本身的轴转 动。这样，就实现了高效液力偶 合器在有滑差时的力矩限制。 通过模型试验，其特性见图 2：试验是在专用试验台上进行 的，可测量主动轴、从动轴的力 矩和转速。模型主要参数为斗叶 半径为23mm、斗轮半径为 110mm．圆筒宽为532mm、齿 轮齿轮比为1．67、斗叶数为16、 斗轮数为4．研究工作表明，高效 液力偶合器的特性可以通过改 0∞ n∞0S0 变充液量和改变斗轮之间的进 圈2让验特n 口面积(遮盖度)来改变。 m，一璃^#々建：j—f々动_．M一铵一力矩：群．～迎盖度 2幅频特性 各种机器的传动中，最大载荷发生在执行 机构的突然制动的情况。图3为带有高效液力 偶合器的传动机构的制动的动力学模型。 对本系统，考虑到偶合器在运动学上的特 点，其数学模型可用双“双质量”系统在进行 拉哥朗日变换基础上得到的微分方程。