汽车液力减速器的总体设计
液力减速器的总体设计
1 绪论
过去汽车的出现只是作为一种交通工具，然而随着科技的发展今天已经不能把汽车仅仅理解为“行”的手段。因为“汽车化”改变了整个社会的面貌，已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表。人类社会及人民生活的“汽车化”，大大地扩大了人们日常生活的活动范围，加速了地区间、国际间的交往，极大地提高了人们做事的效率，大大改善了人们的生活水平，促进了世界经济的大发展与人类文明的快速进步，开创了一个崭新的“汽车社会”时代。
随着社会节奏的加速以及人们生活水平的提高，对汽车来说，人们要求汽车有自重轻、耗油少、减速快、安全制动、行驶及机动灵活等特点。为了满足汽车各种行驶的需求，在汽车上要需要有一套复杂的传动系统。现在国内外的汽车、拖拉机、坦克、装甲运输车、装载机、铲运机、挖掘机等很多机械和车辆都采用了液力传动减速器，液力传动已经占据了绝对的优势地位。
1.1 本课题的意义
液力传动减速器是用于车辆中的一种减速器，与其它类型的器相比,液力传动减速器有如下优点:(1) 高速制动力矩大、噪声低、冲击小;(2) 属于间接制动,反应灵活,控制系统完善,能自动适应载荷需要;(3) 散热容易,散热能力强,可连续制动;(4) 体积小,便于安装,操作使用方便;(5) 没有磨损,使用寿命长,几乎不需要维修,养护费用低;(6) 制动平稳,安全可靠,使货物免受刹车损坏;(7) 减轻了车轮制动器的负荷,改善了使用条件,避免局部升温过高;(8) 节约车辆点刹车运行时间。液力传动减速器的种种优势表明对该减速器的研究对车辆性能的提高具有重大的实际意义。
纵观液力传动减速器的发展历程，结合市场需求和相关技术的发展，今后商用车辆、重型汽车和军用车辆液力传动减速器的发展，将会出现以下几个特点：(1) 高速制动安全化：液力传动减速器具有其它类型的减速器所不具备的许多优势，这决定了液力传动减速器在车辆上的普遍应用是未来发展的总趋势。(2) 控制集成智能化：液力传动减速器制动力矩的控制日趋精确,在高档车上,将出现对停车制动器、ABS控制系统和液力减速系统进行统一集成控制的减速制动电控系统,该系统将成为现代车辆智能控制和自动巡航电子管理系统的一部分。
1.2 本课题的研究内容和方向
本课题主要研究液力减速器的总体设计方案。通过设计计算，选择合适的液压元件和各部分机械零件的尺寸，并按要求进行液压和机械各个部分的传动比分配。本课题的所需完成工作如下：
1 查阅相关手册和资料，确定液力减速器的结构和参数。
2 用CAD软件画出其减速器装配图和减速器部分零件图。
3 利用AMESim软件对液压部分进行仿真。
2 液力传动
液力传动装置主要由油泵、油箱、溢流阀、调速阀，液力耦合器等部件组成。用于传递转矩。为实现空载慢速启动，过载保护，无级调速和离合方便等功能，选用调速型液力耦合器。
2.1 概述
根据任务要求电动机输出转矩为970r/min，根据参考文献[9],可选YOCQ 500HA 调速型液力耦合器作为YG型液力传动减速器的传动件。它可在电动机转速恒定的情况下无级调速水泵的转速。采用这种液力偶合器可空载或轻载启动电动机，可控地逐步启动大惯量负载。无级调速时可大量节电，可方便地实现自动控制，并且可以减小振动，缓和冲击，提高设备使用性能，延长使用寿命。
2.2 主要技术参数
查参考文献[9]，此型号的耦合器主要技术参数如表2.1所示：
表2.1 YOCQ 500型液力耦合器的主要技术参数
型 号 YOCQ 500HA
额定输入转速（r/min） 1490
最大输出功率（kW） 5300
额定工况转差率 ≤ 3 %
涡轮最大输出转速（r/min） 5100
调速范围 (0.25~1.00)×涡轮最大输出转速
输出轴旋转方向 逆时钟方向（从电机向负载看）
输入轴旋转方向 顺时钟方向（从电机向负载看）
本体最大尺寸(mm)长×宽×高 1120×1140×1245×750
2.3结构特征
液力耦合器的基本结构由以下部件组成：泵轮、涡轮、转动外壳、主动（输入）轴、从动（输出）轴及勺管,如图2.1所示：
图2.1 液力耦合器的结构图
2.4安装方式
液力耦合器的输入轴与电动机联在一起，随电动机的转动而转动，是液力的主动部分。涡轮和输出轴连接在一起，是液力耦合器的从动部分，与负载连在一起。
在安装时，液力耦合器安装在电动机与负载之间，通常由于负载较大，且与其它设备有联锁，采用将电机后移方案，在改造方案中需重新做电机的基础。
2.5工作原理
如图2.2所示，电动机运行时带动液力的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随之一同旋转，在离心力的作用下，液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在受到液压油冲击力而旋转；冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘，然后又被泵轮再次甩向外缘。液压油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。液力中的循环液压油，在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，泵轮对其作功，其速度和动能逐渐增大；而在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，液压油对涡轮作功，其速度和动能逐渐减小。液压油循环流动的产生，是泵轮和涡轮之间存在着转速差，使两轮叶片外缘处产生压力差。液力工作时，电动机的动能通过泵轮传给液压油，液压油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。液压油在循环流动的过程中，除受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其他任何附加的外力。根据作用力与反作用力相等的原理，液压油作用在涡轮上的扭矩应等于泵轮作用在液压油上的扭矩，这就是液力的工作原理。
图2.2 液力的原理图
2.6 调速方法
液力在实际工作中的情形是：电动机驱动泵轮旋转，泵轮带动液压油进行旋转，涡轮即受到力矩的作用，在液压油量较小时，当其力矩不足于克服载的起步阻力矩，所以涡轮还不会随泵轮的转动而转动，增加液压油，作用在涡轮上的力矩随之增大，作用在涡轮上的力矩足以克服负载起步阻力而起步，其液压油传递的力矩与负载力矩相等时，转速随之稳定。负载的的力矩和转速成平方比，当随着液压油量的增加，输出力矩加大，涡轮的转速随之加大，达到调节转速的目的。
油液螺旋循环流动的流速VT保持恒定，VL为泵轮和涡轮的相对线速度， VE为泵轮出口速度，VR为油液的合成速度。涡轮高速转动，即输出和输入的转速接近相同时小，而合成速度VR与泵轮出口速度之的夹角很大，这使液流对涡轮很小，这将使输出元件滑动，速度降低。当将油液量加大，相对速度VL和合成速度VR都很这就使液流对涡轮叶片的推力变得直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力，输出转速变高。
1 绪论
过去汽车的出现只是作为一种交通工具，然而随着科技的发展今天已经不能把汽车仅仅理解为“行”的手段。因为“汽车化”改变了整个社会的面貌，已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表。人类社会及人民生活的“汽车化”，大大地扩大了人们日常生活的活动范围，加速了地区间、国际间的交往，极大地提高了人们做事的效率，大大改善了人们的生活水平，促进了世界经济的大发展与人类文明的快速进步，开创了一个崭新的“汽车社会”时代。
随着社会节奏的加速以及人们生活水平的提高，对汽车来说，人们要求汽车有自重轻、耗油少、减速快、安全制动、行驶及机动灵活等特点。为了满足汽车各种行驶的需求，在汽车上要需要有一套复杂的传动系统。现在国内外的汽车、拖拉机、坦克、装甲运输车、装载机、铲运机、挖掘机等很多机械和车辆都采用了液力传动减速器，液力传动已经占据了绝对的优势地位。
1.1 本课题的意义
液力传动减速器是用于车辆中的一种减速器，与其它类型的器相比,液力传动减速器有如下优点:(1) 高速制动力矩大、噪声低、冲击小;(2) 属于间接制动,反应灵活,控制系统完善,能自动适应载荷需要;(3) 散热容易,散热能力强,可连续制动;(4) 体积小,便于安装,操作使用方便;(5) 没有磨损,使用寿命长,几乎不需要维修,养护费用低;(6) 制动平稳,安全可靠,使货物免受刹车损坏;(7) 减轻了车轮制动器的负荷,改善了使用条件,避免局部升温过高;(8) 节约车辆点刹车运行时间。液力传动减速器的种种优势表明对该减速器的研究对车辆性能的提高具有重大的实际意义。
纵观液力传动减速器的发展历程，结合市场需求和相关技术的发展，今后商用车辆、重型汽车和军用车辆液力传动减速器的发展，将会出现以下几个特点：(1) 高速制动安全化：液力传动减速器具有其它类型的减速器所不具备的许多优势，这决定了液力传动减速器在车辆上的普遍应用是未来发展的总趋势。(2) 控制集成智能化：液力传动减速器制动力矩的控制日趋精确,在高档车上,将出现对停车制动器、ABS控制系统和液力减速系统进行统一集成控制的减速制动电控系统,该系统将成为现代车辆智能控制和自动巡航电子管理系统的一部分。
1.2 本课题的研究内容和方向
本课题主要研究液力减速器的总体设计方案。通过设计计算，选择合适的液压元件和各部分机械零件的尺寸，并按要求进行液压和机械各个部分的传动比分配。本课题的所需完成工作如下：
1 查阅相关手册和资料，确定液力减速器的结构和参数。
2 用CAD软件画出其减速器装配图和减速器部分零件图。
3 利用AMESim软件对液压部分进行仿真。
2 液力传动
液力传动装置主要由油泵、油箱、溢流阀、调速阀，液力耦合器等部件组成。用于传递转矩。为实现空载慢速启动，过载保护，无级调速和离合方便等功能，选用调速型液力耦合器。
2.1 概述
根据任务要求电动机输出转矩为970r/min，根据参考文献[9],可选YOCQ 500HA 调速型液力耦合器作为YG型液力传动减速器的传动件。它可在电动机转速恒定的情况下无级调速水泵的转速。采用这种液力偶合器可空载或轻载启动电动机，可控地逐步启动大惯量负载。无级调速时可大量节电，可方便地实现自动控制，并且可以减小振动，缓和冲击，提高设备使用性能，延长使用寿命。
2.2 主要技术参数
查参考文献[9]，此型号的耦合器主要技术参数如表2.1所示：
表2.1 YOCQ 500型液力耦合器的主要技术参数
型 号 YOCQ 500HA
额定输入转速（r/min） 1490
最大输出功率（kW） 5300
额定工况转差率 ≤ 3 %
涡轮最大输出转速（r/min） 5100
调速范围 (0.25~1.00)×涡轮最大输出转速
输出轴旋转方向 逆时钟方向（从电机向负载看）
输入轴旋转方向 顺时钟方向（从电机向负载看）
本体最大尺寸(mm)长×宽×高 1120×1140×1245×750
2.3结构特征
液力耦合器的基本结构由以下部件组成：泵轮、涡轮、转动外壳、主动（输入）轴、从动（输出）轴及勺管,如图2.1所示：
图2.1 液力耦合器的结构图
2.4安装方式
液力耦合器的输入轴与电动机联在一起，随电动机的转动而转动，是液力的主动部分。涡轮和输出轴连接在一起，是液力耦合器的从动部分，与负载连在一起。
在安装时，液力耦合器安装在电动机与负载之间，通常由于负载较大，且与其它设备有联锁，采用将电机后移方案，在改造方案中需重新做电机的基础。
2.5工作原理
如图2.2所示，电动机运行时带动液力的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随之一同旋转，在离心力的作用下，液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在受到液压油冲击力而旋转；冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘，然后又被泵轮再次甩向外缘。液压油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。液力中的循环液压油，在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，泵轮对其作功，其速度和动能逐渐增大；而在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，液压油对涡轮作功，其速度和动能逐渐减小。液压油循环流动的产生，是泵轮和涡轮之间存在着转速差，使两轮叶片外缘处产生压力差。液力工作时，电动机的动能通过泵轮传给液压油，液压油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。液压油在循环流动的过程中，除受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其他任何附加的外力。根据作用力与反作用力相等的原理，液压油作用在涡轮上的扭矩应等于泵轮作用在液压油上的扭矩，这就是液力的工作原理。
图2.2 液力的原理图
2.6 调速方法
液力在实际工作中的情形是：电动机驱动泵轮旋转，泵轮带动液压油进行旋转，涡轮即受到力矩的作用，在液压油量较小时，当其力矩不足于克服载的起步阻力矩，所以涡轮还不会随泵轮的转动而转动，增加液压油，作用在涡轮上的力矩随之增大，作用在涡轮上的力矩足以克服负载起步阻力而起步，其液压油传递的力矩与负载力矩相等时，转速随之稳定。负载的的力矩和转速成平方比，当随着液压油量的增加，输出力矩加大，涡轮的转速随之加大，达到调节转速的目的。
油液螺旋循环流动的流速VT保持恒定，VL为泵轮和涡轮的相对线速度， VE为泵轮出口速度，VR为油液的合成速度。涡轮高速转动，即输出和输入的转速接近相同时小，而合成速度VR与泵轮出口速度之的夹角很大，这使液流对涡轮很小，这将使输出元件滑动，速度降低。当将油液量加大，相对速度VL和合成速度VR都很这就使液流对涡轮叶片的推力变得直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力，输出转速变高。
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