液力耦合器

液力耦合器（英語：fluid coupling）是一種用來將動力源（通常是发动机或電動機）與工作機連接起來傳遞旋轉動力的機械裝置。

歷史

液力耦合器最初來自於斯德丁的伏爾甘造船廠（AG Vulcan Works）總設計師赫爾曼·費廷格（Hermann Föttinger）的研究工作。 他在 1905 年取得的專利同時包括有液力耦合器與扭力轉換器。

英國液壓耦合器專利有限公司（Hydraulic Coupling Patents Limited）的工程師哈羅德·辛克萊（Harold Sinclair），鑒於1920年代倫敦公共汽車行駛時的劇烈衝擊感，與伏爾甘造船廠的古斯塔夫·鮑爾（Gustav Bauer）博士合作，將費廷格的耦合器應用於車輛變速系統。 1926 年 10 月，辛克萊開始與倫敦通用巴士公司（London General Omnibus Company）洽談，在戴姆勒聯合（Associated Daimler）的巴士底盤上進行試驗。隨後，戴姆勒集團的珀西·馬丁（Percy Martin）決定將此原理應用於集團旗下的私家車。

於1930 年，位於英國考文垂的戴姆勒公司開始在巴士與旗艦車款上，引進結合「液力耦合器」與「威爾遜自選變速齒輪箱（Wilson self-changing gearbox）」的變速系統。1933 年，該集團生產的所有新款戴姆勒、蘭徹斯特（Lanchester）及 BSA 車輛（從重型商用車到小型轎車）均已採用此系統，接著是其所生產的軍用車輛，到了1934年則以液體驅動系統（Fluidrive）為名，搭載於 Singer Eleven 車款上。據稱這些耦合器為「基於伏爾甘—辛克萊與戴姆勒專利」。

1939 年，通用汽車（General Motors）推出了使用液力耦合器的 Hydramatic 驅動系統，這是世界首款使用在量產車的全自動汽車變速系統。 1930年代也出現了首批使用液力耦合器的鐵路柴油機車。

结构及工作原理

液力耦合器是一个内含两个环形轮片的密封机构。外殼 (Housing) 又稱為殼體（Shell），其內有連接到原動機輸出軸的驱动轮（泵轮），與連接到輸出軸的被驅動輪（涡轮）。泵輪與渦輪径向排列着许多叶片。殼體內充滿傳動液壓油，故在傳動軸周圍必須設計為密封防油。

原動機（通常為内燃机或电机）驅動泵轮旋转，使液壓油作向外的線性運動與旋轉運動。泵輪的形狀會導引使液壓油流向輸出渦輪。當輸入端與輸出端之間有角速度差異（轉速差）時，便會對輸出渦輪產生淨力並形成扭矩，使輸出渦輪朝向與泵輪相同的方向旋轉。

液壓油将动能传给涡轮後从涡轮的叶片边缘又流回到泵轮，形成循环回路，流动路线如同首尾相连的环形螺旋线，路徑可以想像是在環面上移動。當輸入端與輸出端角速度不同時，流體運動具有極向分量（Poloidal component）。輸入端與輸出端的角速度完全相同時，就沒有淨向心力，液壓油的運動呈圓周狀，且與旋轉軸同心（即僅沿著圓環邊緣繞行），流體不會在兩個渦輪之間流動。

应用

液力耦合器主要用于传递动力，可以達到传动过程中的无级调速，减小动力源启动时的冲击負載，还可以在传动部件过载时保护动力源。

汽车

液力耦合器曾应用于早期的汽车半自动变速器及自动变速器中。液力耦合器的泵轮与发动机的飞轮相连接，动力由发动机曲轴传入。在某些階段，耦合器严格上讲是飞轮的一部分，在这种情况下，液力耦合器又被称为液力飞轮。涡轮与变速器的输入轴相联。液体在泵轮与涡轮间循环流动，使得力矩从发动机传至变速器，驱动车辆的前进。在这方面，液力耦合器的作用非常类似于手动变速器中的机械离合器。由于液力耦合器无法改变转矩的大小，现已被液力变矩器所取代。

重工业

可用于冶金设备，矿山机械，电力设备，化工及各种工程机械中。

特性

失速转速

這是液力耦合器的一個重要特性。失速转速乃指当输入动能达到最大，而輸出涡轮被锁死（固定不動時）时，泵轮能够达到的最大转速；此情景相當於车辆驾驶者把油门踩到底使节气门全开，但同时踩住刹车使车辆保持静止的状态。在此状态下，引擎所有輸出能量都在液力耦合器中转化为热能，可能导致耦合器损毁。

转速差

當輸入端與輸出端的角速度完全相同時，液力耦合器無法產生輸出扭矩。是故液力耦合器的功率傳輸效率無法達到 100%。任何液力耦合器在負載下都會發生轉速差（slippage），必定會有部分功率因流體摩擦與紊流而損耗，以熱能形式散失。與其他流體動力機械類似，液力耦合器的效率通常會隨著規模變大而逐漸提升（以雷諾數計量）。

紊流

当油液从涡轮回到泵轮时，油液的运动方向与泵轮相反，于是会产生一些制动效应并引起不小的紊流。这将增加泵轮与导轮间的转速差，降低传动效率。

参见

• 液力变矩器