相似原理及其在液力耦合器研制中的应用

　　1 引言

　　1.1 液力耦合器原理

　　液力耦合器是一种安装在动力机(内燃机、电动机等)和工作机之间的传动元件,如图1所示。主要由泵轮、涡轮、外壳和输入输出轴等构件组成。泵轮与动力机相联起主动轴作用,涡轮与减速器或工作机相联起从动轴作用。泵轮和涡轮具有径向叶片的凹腔部分形成圆环状工作腔。当动力机带动输入轴旋转时,被离心式泵轮甩出的工作液以高速度和压力冲向涡轮叶片,沿叶片表面与工作腔外环构成的流道做向心流动,将从泵轮获得的能量传递给输出轴,然后返回泵轮。工作腔内液体的牵连运动和相对运动构成复杂的螺管运动,如图2所示。液力耦合器正是靠作连续螺管运动的工作液将动力机和工作机柔性地联接在一起。

　　改变液力耦合器工作腔中液体的充满度,便可调节输出力矩和转速。液力耦合器的特性因工作腔与泵轮、涡轮的形状不同而有差异。采用不同的结构措施,即可构成普通型、限矩型、调速型液力耦合器。

　　1.2 驱动装置采用液力耦合器的优点

　　(1)在输入转速不变的情况下可输出无级变化的宽范围转速,便于控制;

　　(2)泵轮涡轮间没有机械联系,能减缓冲击负荷,延长动力机和工作机寿命;

　　(3)柔性传动可在从动轴阻力突然增大(甚至堵转)时,动力机仍能继续运转,很好实现过载保护;

　　(4)可缓和地起动、加速、减速、停止,实现软起动;

　　(5)用于大容量工作机的高速调节,节能效果显著。

　　1.3 液力耦合器的应用概况

　　液力耦合器开始应用于船舶内燃机与螺旋桨间的传动,继而很快在车辆、工程机械、起重运输机械、钻探设备、大型风机、泵和其它冲击大惯性大的传动装置广泛应用,其传动功率为0. 1~27000KW,最高输出转速达12000r/min。

　　2 相似原理

　　2.1 力学相似原则

　　要使放大或缩小后的实物液力耦合器与模型液力耦合器具有相同的性能,必须保证工作腔中液体流态和受力情况相似,即符合力学相似原则。力学相似包括:

　　2. 1. 1 几何相似

　　两液力耦合器的过流部分形状相似,而且相应的各线性尺寸成比例,相对应的角度相等。

　　2. 1. 2 运动相似

　　两液力耦合器中液体流动状态相似,相应点的速度成比例且方向相同,即各相应点上液体的速度三角形相似。运动相似建立在几何相似基础上。

　　2. 1. 3 动力相似

　　动力相似以运动相似为先决条件,是指两液力耦合器中叶轮内液流各相应点上作用着同样性质的力,并且每类作用力的方向、大小成比例。以雷诺数Re作为判断相似性的准则,对叶片中的液体: