1
液力传动
清华大学 热能工程系
流体机械及工程研究所
刘树红
2
前 言
主要任务是扩大专业知识范围，了
解流体机械的多种应用功能，为开展液
力传动技术的研究、设计、制造及应用
打下基础。
3
本课程重点,
1）流体传动的工作过程、组成
2）流体传动的类型及结构型式
（自学有关结构图纸）
3）流体传动的工作要求及应用条件
4
本课程内容,
1）液力偶合器（原理、型式及应用）
2）液力变矩器（原理、型式及应用）
3）液力机械传动（简介）
5
本课程要求,
1）按课程讲授内容进行 复习 。
2） 学习 书中原理及结构图例。
3） 复习 流体机械原理有关内容，认真 学
习 ?流体机械流动设计 ?课程的内容，
并应用于本课程中。
6
第一节 液力传动概述
液力传动 是以液体为工作介质的
叶片式传动机械。它装置在动力机械
（如蒸汽机、内燃机、电动机等）和
工作机械（如水泵、风机、螺旋桨、
机车和汽车的转轴等）之间，是动力
机和工作机的联接传动装置，起着联
接和改变扭矩的作用。
7
一、液力传动基本工作原理
液力传动是靠叶轮来实现的，通常有
泵轮、涡轮、导轮。
泵轮 —— 与动力机（输入轴）联接，把输入的机械
能变为工作液体的能量，使工作液体的动
量矩增加，相当于水泵的工作原理。
涡轮 —— 与工作机（输出轴）联接，把工作液的能
量转变为机械能输出，使工作液体的动量
矩减小，相当于水轮机的工作原理。
导轮 —— 不转动，起液流的导向作用，与水轮机的
导水机构（导叶）作用一样。
8
液力变矩器示意图
动力机 ?泵 ?液体能量（动量矩） ??流经水轮
机导叶 ?水轮机（涡轮） ?液体能量（动量矩） ?
?工作机工作
动力机 (B)泵 (T) 水轮机 工作机
9
简 图
由于管路联接损失很大，有些部件也不需
要（如尾水管、吸水管等），将核心部件叶轮
保留，组成液力传动元件（统称 液力元件 ）。
B
D
T
固定
输入 输出
10
由于导轮固定，传动机械外部的反作用扭矩通
过导轮传给液体，使液体动量矩改变，则输出
的扭矩也变化（液力变矩器）。
如果不用导轮，则没有外部的反作用扭矩作用
液体，因此扭矩不变，就成为液力偶合器。
循环园简图
B T
输入 输出
11
二、液力传动的基本类型
液力变矩器
液力偶合器
液力机械传动
三
类
12
1,液力变矩器 —— 传动过程中，改变输出扭矩，
而输入的扭矩基本不变（结构组成可参见教材中图 1-2）
。 组成,泵轮、涡轮、导轮,
旋转外罩和导流表面。
工作过程,
动力输入 ?外罩带动泵轮旋转 ?
液体能量（扭矩） ??进入涡轮 ?
液体能量（扭矩） ?，使涡轮旋转
?带动工作机（输出）工作 ?液流
进入导轮（导轮不动），改变扭矩
（外面阻力矩传入） ?液体进入泵
轮，继续循环。
特点,输入部分与输出部分没有
刚性的机械联接，而是通过工作
液体为介质来传递动力。
13
通常把工作腔的轴面投影图相对旋转轴心线是对称的
这种循环图，简化为一半（相对轴线），称作 循环圆 。
由循环圆的液流方向，叶轮顺序,
泵轮 ?涡轮 ?导轮。
B T
D
In Out
14
特性参数,液力变矩器有三个外部力矩（扭矩）,
BM
TM
DM
0????? DTBi MMMM
在液力传动中规定：扭矩、转速与动力机转速方
向相同为正，相反时为负。
泵轮轴扭矩 —— 由动力机方向传入
涡轮轴扭矩 —— 由工作机方向传给涡轮轴
导轮扭矩 —— 固定支架（外部）传给导轮
由平衡条件，所有扭矩之和为 0，即
15
对泵轮轴,0?
BM, 0?Bn,功率, 0?BB nM
对涡轮轴：若正向转动的液力变矩器，即输入
轴转向与输出轴转向相同,0?Tn
而涡轮轴的扭矩为工作机方向传入,
即
TM
与
Bn
方向相反，即
0?TM
涡轮轴功率
0?TT nM
16
液力变矩器效率 ? （输出功率 /输入功率）,
BB
TT
nM
nM???
液力变矩器系数 K,
B
T
M
MK ??
液力传动转速比 i,
B
T
n
ni ?
? Ki??
17
液力变矩器的特性曲线,（ 1）当 AOn
T ????0
时,
BT MM ?
,0?
DM
,1?K 。
（ 2）当 ODnAO
T ????
时,
BT MM ?
,0?DM,1?K 。
（ 3）当 AOnT ??? 时,
BT MM ?, 0?DM
,
1?K 。
（ 4）效率最高点时,
?? TT nn, ????
18
2.液力偶合器 —— 传递过程中，扭矩不变化，只进行
联接（结构组成可参见教材中图 1-4）。
组成,泵轮、涡轮。（与变矩器区
别 —— 取消导轮 ！）
工作过程,动力机输入 ?带着泵轮
旋转 ?液体能量（扭矩）增加 ?液
体进入涡轮 ?液体能量（扭矩）减
少，使涡轮旋转 ?带动工作机（输
出）工作 ?液体再流入泵轮，继续
循环。
特点,泵轮转动，使工作液旋转，
把扭矩传给涡轮，涡轮轴带动工作
机工作。没有刚性联接，没有扭矩
变化，两叶轮的扭矩相等，即
TB MM ??
（不计损失情况）
19
1?K,（
TB MM ??
）
B
T nni ?
%5.97~97????
B
T nniKi?
液力偶合器的输入转速 Bn
与输出转速 Tn
要克服摩擦等损失，扭矩不完
全相等，则转速也不完全相等
，产生 滑差,约为 2.5~3%。消
除的办法是在偶合器中装置摩
擦离合器（图 1-4中的 6——
锥形摩擦面）。
接近相等。
20
3.液力机械传动 （结构组成可参见教材中图 1-5简图）
组成,机械元件 —— 三轴或四轴的齿轮式行星机构
（两个自由度）。
液力元件 —— 二轴的液力传动机构。
工作过程,
动力机输入 ?泵轮 ?导轮 ?
涡轮 ?齿圈、行星轮
特点,功率传动过程中，
分为两路进行，其效率比
单独的液力传动要高。
输出轴 行星齿轮机构
21
三、液力传动的主要特点
与机械传动、液压（静压）传动、电力传动等其他传
动机械相比，具有一些明显的特点和优点。
1,能容量大、功率 重量比 小。
即在大功率、高转速传动中具有突出优越性。因为液力传
动有叶片式流体机械的工作特点，传输的功率与叶轮的直
径 5次方和转速的 3次方成正比，可传送大的功率，而尺寸
可小
2,无摩擦，寿命长，可靠性高。
传动中的主要构件 —— 叶轮之间没有摩擦面，不直接
磨损，因而传动机械的使用寿命长，可靠性高。
35 )()(
m
p
m
p
mp n
n
D
DNN ? ),( 35 nDfN ?? 泵的功率式,
22
3,具有自适应性、过载保护性和无级调速性能。
由于传动之间没有直接刚性联接，输入和输出的转速差是
随时可变的，而且能自动调整扭矩与转速的关系（ MnN ?,
ConstN ?, M ?? n ?，反之 M ?? n
4,可以隔离和衰减扭转振动的作用，提高转动装置和整体
机器的寿命。
如果传动装置安装于车辆上，可使乘坐舒适。
5,工作状况变化时，液力变矩器最高效率约 85~92%，液力
偶合器效率约为 96~98%。
?），达到过载 自动保护作用。
23
液力传动不足之处 为,
（ 1）与齿轮传动型式相比，效率偏低；
（ 2）机械布置上，基本是：动力机 — 传动装置 — 工作
机在一轴线方向上，不如液压传动、电力传动的布置
位置和方向上的方便；
（ 3）另外尚需配置辅助装置 —— 润滑油装置、冷却装
置等，使设备复杂。
24
四、液力传动的应用
由于液力传动具有传动的很多优点（如大功率、自适应
等），在工业和技术的各部门得到广泛应用。由最早应用在
轮船上（ 1907年，法国人应用）开始，现在广泛应用于各部
门。
1,在汽车（重型卡车、高级轿车）、拖拉机、工程机械、建
筑机械、铁路运输等各种车辆上作为主传动装置。如内燃机
在大功率起动，高级轿车传动的无级变速等，工程机械的传
动。
2,在军事工业中的坦克、自动火炮等作传动应用。
3,在一般的工业生产中（化工厂的泵、炼钢厂的风机等等）
用液力偶合器作调节速度用，节省能源。
4,在船舶、重载设备（大型皮带机等）等启动时应用,
可减少起动的电力冲击和并车的协调。
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液力传动
清华大学 热能工程系
流体机械及工程研究所
刘树红
2
前 言
主要任务是扩大专业知识范围，了
解流体机械的多种应用功能，为开展液
力传动技术的研究、设计、制造及应用
打下基础。
3
本课程重点,
1）流体传动的工作过程、组成
2）流体传动的类型及结构型式
（自学有关结构图纸）
3）流体传动的工作要求及应用条件
4
本课程内容,
1）液力偶合器（原理、型式及应用）
2）液力变矩器（原理、型式及应用）
3）液力机械传动（简介）
5
本课程要求,
1）按课程讲授内容进行 复习 。
2） 学习 书中原理及结构图例。
3） 复习 流体机械原理有关内容，认真 学
习 ?流体机械流动设计 ?课程的内容，
并应用于本课程中。
6
第一节 液力传动概述
液力传动 是以液体为工作介质的
叶片式传动机械。它装置在动力机械
（如蒸汽机、内燃机、电动机等）和
工作机械（如水泵、风机、螺旋桨、
机车和汽车的转轴等）之间，是动力
机和工作机的联接传动装置，起着联
接和改变扭矩的作用。
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一、液力传动基本工作原理
液力传动是靠叶轮来实现的，通常有
泵轮、涡轮、导轮。
泵轮 —— 与动力机（输入轴）联接，把输入的机械
能变为工作液体的能量，使工作液体的动
量矩增加，相当于水泵的工作原理。
涡轮 —— 与工作机（输出轴）联接，把工作液的能
量转变为机械能输出，使工作液体的动量
矩减小，相当于水轮机的工作原理。
导轮 —— 不转动，起液流的导向作用，与水轮机的
导水机构（导叶）作用一样。
8
液力变矩器示意图
动力机 ?泵 ?液体能量（动量矩） ??流经水轮
机导叶 ?水轮机（涡轮） ?液体能量（动量矩） ?
?工作机工作
动力机 (B)泵 (T) 水轮机 工作机
9
简 图
由于管路联接损失很大，有些部件也不需
要（如尾水管、吸水管等），将核心部件叶轮
保留，组成液力传动元件（统称 液力元件 ）。
B
D
T
固定
输入 输出
10
由于导轮固定，传动机械外部的反作用扭矩通
过导轮传给液体，使液体动量矩改变，则输出
的扭矩也变化（液力变矩器）。
如果不用导轮，则没有外部的反作用扭矩作用
液体，因此扭矩不变，就成为液力偶合器。
循环园简图
B T
输入 输出
11
二、液力传动的基本类型
液力变矩器
液力偶合器
液力机械传动
三
类
12
1,液力变矩器 —— 传动过程中，改变输出扭矩，
而输入的扭矩基本不变（结构组成可参见教材中图 1-2）
。 组成,泵轮、涡轮、导轮,
旋转外罩和导流表面。
工作过程,
动力输入 ?外罩带动泵轮旋转 ?
液体能量（扭矩） ??进入涡轮 ?
液体能量（扭矩） ?，使涡轮旋转
?带动工作机（输出）工作 ?液流
进入导轮（导轮不动），改变扭矩
（外面阻力矩传入） ?液体进入泵
轮，继续循环。
特点,输入部分与输出部分没有
刚性的机械联接，而是通过工作
液体为介质来传递动力。
13
通常把工作腔的轴面投影图相对旋转轴心线是对称的
这种循环图，简化为一半（相对轴线），称作 循环圆 。
由循环圆的液流方向，叶轮顺序,
泵轮 ?涡轮 ?导轮。
B T
D
In Out
14
特性参数,液力变矩器有三个外部力矩（扭矩）,
BM
TM
DM
0????? DTBi MMMM
在液力传动中规定：扭矩、转速与动力机转速方
向相同为正，相反时为负。
泵轮轴扭矩 —— 由动力机方向传入
涡轮轴扭矩 —— 由工作机方向传给涡轮轴
导轮扭矩 —— 固定支架（外部）传给导轮
由平衡条件，所有扭矩之和为 0，即
15
对泵轮轴,0?
BM, 0?Bn,功率, 0?BB nM
对涡轮轴：若正向转动的液力变矩器，即输入
轴转向与输出轴转向相同,0?Tn
而涡轮轴的扭矩为工作机方向传入,
即
TM
与
Bn
方向相反，即
0?TM
涡轮轴功率
0?TT nM
16
液力变矩器效率 ? （输出功率 /输入功率）,
BB
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液力变矩器系数 K,
B
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液力传动转速比 i,
B
T
n
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17
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T ????0
时,
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,0?
DM
,1?K 。
（ 2）当 ODnAO
T ????
时,
BT MM ?
,0?DM,1?K 。
（ 3）当 AOnT ??? 时,
BT MM ?, 0?DM
,
1?K 。
（ 4）效率最高点时,
?? TT nn, ????
18
2.液力偶合器 —— 传递过程中，扭矩不变化，只进行
联接（结构组成可参见教材中图 1-4）。
组成,泵轮、涡轮。（与变矩器区
别 —— 取消导轮 ！）
工作过程,动力机输入 ?带着泵轮
旋转 ?液体能量（扭矩）增加 ?液
体进入涡轮 ?液体能量（扭矩）减
少，使涡轮旋转 ?带动工作机（输
出）工作 ?液体再流入泵轮，继续
循环。
特点,泵轮转动，使工作液旋转，
把扭矩传给涡轮，涡轮轴带动工作
机工作。没有刚性联接，没有扭矩
变化，两叶轮的扭矩相等，即
TB MM ??
（不计损失情况）
19
1?K,（
TB MM ??
）
B
T nni ?
%5.97~97????
B
T nniKi?
液力偶合器的输入转速 Bn
与输出转速 Tn
要克服摩擦等损失，扭矩不完
全相等，则转速也不完全相等
，产生 滑差,约为 2.5~3%。消
除的办法是在偶合器中装置摩
擦离合器（图 1-4中的 6——
锥形摩擦面）。
接近相等。
20
3.液力机械传动 （结构组成可参见教材中图 1-5简图）
组成,机械元件 —— 三轴或四轴的齿轮式行星机构
（两个自由度）。
液力元件 —— 二轴的液力传动机构。
工作过程,
动力机输入 ?泵轮 ?导轮 ?
涡轮 ?齿圈、行星轮
特点,功率传动过程中，
分为两路进行，其效率比
单独的液力传动要高。
输出轴 行星齿轮机构
21
三、液力传动的主要特点
与机械传动、液压（静压）传动、电力传动等其他传
动机械相比，具有一些明显的特点和优点。
1,能容量大、功率 重量比 小。
即在大功率、高转速传动中具有突出优越性。因为液力传
动有叶片式流体机械的工作特点，传输的功率与叶轮的直
径 5次方和转速的 3次方成正比，可传送大的功率，而尺寸
可小
2,无摩擦，寿命长，可靠性高。
传动中的主要构件 —— 叶轮之间没有摩擦面，不直接
磨损，因而传动机械的使用寿命长，可靠性高。
35 )()(
m
p
m
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mp n
n
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DNN ? ),( 35 nDfN ?? 泵的功率式,
22
3,具有自适应性、过载保护性和无级调速性能。
由于传动之间没有直接刚性联接，输入和输出的转速差是
随时可变的，而且能自动调整扭矩与转速的关系（ MnN ?,
ConstN ?, M ?? n ?，反之 M ?? n
4,可以隔离和衰减扭转振动的作用，提高转动装置和整体
机器的寿命。
如果传动装置安装于车辆上，可使乘坐舒适。
5,工作状况变化时，液力变矩器最高效率约 85~92%，液力
偶合器效率约为 96~98%。
?），达到过载 自动保护作用。
23
液力传动不足之处 为,
（ 1）与齿轮传动型式相比，效率偏低；
（ 2）机械布置上，基本是：动力机 — 传动装置 — 工作
机在一轴线方向上，不如液压传动、电力传动的布置
位置和方向上的方便；
（ 3）另外尚需配置辅助装置 —— 润滑油装置、冷却装
置等，使设备复杂。
24
四、液力传动的应用
由于液力传动具有传动的很多优点（如大功率、自适应
等），在工业和技术的各部门得到广泛应用。由最早应用在
轮船上（ 1907年，法国人应用）开始，现在广泛应用于各部
门。
1,在汽车（重型卡车、高级轿车）、拖拉机、工程机械、建
筑机械、铁路运输等各种车辆上作为主传动装置。如内燃机
在大功率起动，高级轿车传动的无级变速等，工程机械的传
动。
2,在军事工业中的坦克、自动火炮等作传动应用。
3,在一般的工业生产中（化工厂的泵、炼钢厂的风机等等）
用液力偶合器作调节速度用，节省能源。
4,在船舶、重载设备（大型皮带机等）等启动时应用,
可减少起动的电力冲击和并车的协调。
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