1
第三节 液力偶合器的特性
一、液力偶合器的原始特性
偶合器的原始特性是扭矩系数（ ）和转速比（ ）
的关系以及效率和转速比的关系。它是通过试验数据经过换算
后得到的。
MB? i
1,泵轮扭矩基本计算方程（扭矩相似方程）
-----（由液力传动相似关系的扭矩关系知）
2
Q由偶合器循环圆中的流量 （泵流量）
2
2
2
BB
mB
mB r
VV
??
平均速度系数
22 BmB FVQ ?
而
260
2
2222
aDnVUVV B
mBBmBmB ???
?
D
da B2?
（
D — 循环圆的最大外径，即有效直径）
)1(22)(4 222 222 aDdDF BB ???? ??
（ 2Bd? 为循环圆平均流线直径，因此 为 2BF 2Bd 的 2倍面积）
3
2
22 )1(
1 2 0 DnVa
aQ
BmB???
?
3
根据泵轮的理论能头表达式
)1(1 212 2 BBBL riUgH ??
得 )(
4
1)
30(
1 22222 ibaDn
gH BBL ??
? （ )
D
db B1?
因此泵轮给液流的功率为,
gQHMN BLBYBYB ?? ??? ??
则泵轮对液流的扭矩 YBM? 为,
52222
2
2
3 ))(1(
1 2 0 Dnibaaa
VM
B
mB
YB ?
? ???
?
（ ) mN?
4
当 时,co nstnB ? ),( 2mBYB VifM ??
当工况一定时（ ），这时,consti ? 2BYB nM ??
当几何相似的偶合器。其系数
D
da B2?,
D
db B1?
是相同的。而相似工况时,相等。 i
而在“自模区”（阻力平方区）时,?? 也视为相等，则有 相等。
2mBV
令,
2
222
2
3 ))(1(
120 mBYMB Vibaaa ????
??
YMB??
为泵轮液力扭矩系数，原型和模型是相等的。（无因次）
5
由此可知,),(
2mBYMB Vif???
由第一章液力传动相似关系知,
52 DnM BYMBYB ?? ?? ? （ ） mN?
泵轮扭矩方程（偶合器计算基本方程，即扭矩相似方程）
5252 DnDnMM
BMBB
jB
YMB
jB
YB
B ????
?
? ???
?? （ ） mN?
式中,
jB
YMB
MB ?
?? ?? — 泵轮扭矩系数。
)(ifMB ?? 由试验确定，因而没有叶片数的影响（曲线如下图）。
jB?
－泵轮机械效率。
6
液力偶 合器的原始特性
7
2.偶合器效率关系
由泵轮功率
53
1 0 0 060
2 DnMnMN
BNBBBBBB ??
?? ???? （ ）
式中令
9 5 4 9MBNB
?? ?
NB?
— 泵轮功率系数
NB?
与
MB? 相差一常数，故 )(ifNB ?? 变化与 相同。 MB?
由
B
T
N
N??? 可知,)(if?? 变化如曲线所示。
i???,而 97.0??
B
T
n
ni,即 97.0?i 时,max?
由 )(ifQ ? 关系知,1?i 时 0?Q, 0?? N
,
0??
由以上讨论知，当 consti ? 时，对几何相似的偶合器,
2
1
B
B
r
r 不变，速度三角形不变化。
但由于温度、粘性和叶片厚度不完全相似，则
MB?
和 ? 只能是近似相等。
因此，称此工况为 等倾角工况 。它们有相同的
MB?
曲线和 ? 曲线。
Kw
8
二、偶合器的特性指标
1,转速比 — 称为 运动指标 。 i
同时与 i 有关的还有滑差（相对值）
innnS
B
TB ???? 1
2,变矩系数
1?K — 称为 力指标,
B
T
M
MK ??
3,最优点泵轮扭矩系数 ?MB? — 功率能容指标,即偶合器传递动力的大小。
BN
和
BM
等与 D, Bn, ? 有关，不便比较，采用在 max? 时
?MB? 为代表（见原始特性曲线）（ 97.0?? ?ii 时 max?
由 52 DnM
BMBB ???
，当
BM
一定,??? D
MB?
???MB?
此时在传递相同 N, M 有效直径 D 可小。
（各种摩擦损失引起）
由于
值）。
时，偶合器的
能容量大。
9
4,偶合器效率
? — 称为 经济指标 。
iKinM
nM
BB
TT ????
5,过载系数 T
??
MB
MBT
?
? 0
0
（
0T
为 持续过载系数 ）
0MB?
为 0?i 时扭矩系数。
??
MB
MBT
?
? m a x
m a x
式中,maxT — 瞬时过载系数
maxMB?
— 最大泵轮扭矩系数
0T — 为持续的过载系数，为 0?T?
时，传递的扭矩是额定工况（ ) ??ii
时所传递扭矩的多少倍。
maxT — 为系统中的最大冲击扭矩值表示系数。
0max TT ?
（ 0?i ），当 ??? ii0 时,0max TT ? 。 通常,
10
三、偶合器的外特性
co nstnB ? 时,BM BN TM TN )(if?? 的关系。
co nstnB ? const?? const?? 条件下，由试验得到的。
const?? 和密度 const??
由试验数据，则可把偶合器泵轮扭矩系数
MB?
计算出来,
52 Dn
M
B
B
MB ?? ?
偶合器外特性是在
它是在
运动粘性系数,就是说在试验过程中,
工作液的温度不发生变化。
因此得到,52 DnM
BMBB ??? BT MM ??
53 DnMN BNBBBB ??? ??? iDnMN BNTTTT 53??? ?????
（
BT MM ???, 1000602 BTTTT MnMN ?????? ??
BBMB inDn 1 0 0 060
252
???
???
iDn BMB 539 5 4 9??
???
?
? iDn BNT 53???
i?? )
11
const??
TM?
外特性曲线如图所示。
co nstnB ?, const??, const??
由 52 DnM
BMBB ???,当 DnB,一定时,)( MBB fM ??
12
A, 设计工况点（ 2点）,??ii, m a x??? ?? ?, ?? MBMB ??
（此时 9 7 5.0~95.0?i,能容量最大）
B, 零速工况点（ 3点）,0?i, 0m a x ?? QQ, 0?BLH
,0?TLH （涡轮不做功）,0?BN
,
0?TN
涡轮为流道，起阻力作用，为“制动工况”工作。
C,零矩工况点（ 1点）,1?i, 0?Q, 0?? BT MM,
0?? TB NN, 0?? 。
（不输出功率）。
由于偶合器可以在各种工况下工作，因而有各种特性。
1,牵引特性
此时,10 ??i
（ 1） 0?Q
（ 2） 0?BLH, 0?TLH
（ 3） 0?BN, 0?TN
在此区有三个工况点特殊,
，主要特点,
，循环流量为正循环（泵轮 ?涡轮 ?泵轮）。
，流体从泵轮获能量，在涡轮内传出给涡轮。
，输入功率 — 泵轮，输出功率 — 涡轮。
13
2,反传特性
此时 （涡轮转速大于泵轮转速），特点,1?i
（ 1） 0??Q
0?BLH, 0?TLH
（ 3） 0?
BN, 0?TN
泵轮输出功率（与牵引工况正好相反）。
，循环流量反向流动（涡轮 ?泵轮 ?涡轮）,
（ 2）,泵轮由液体获能量，涡轮给液体能量。
，由工作机传入动力（涡轮方向）,
在汽车下坡时，车轮带动涡轮旋转，动力由车轮传给涡轮，使液
流能量增加，进入泵轮，液流能量传给泵轮，带动发动机旋转。
14
3,涡轮反转制动特性
涡轮由工作机驱动，反向旋转。如吊车下放重物时即是重物对涡轮
做功，驱动涡轮反转。（ ) 0?i
反转工况特性
15
主要特点,
（ 1）循环流量在 AB 段为正向,BC
（ 2）在 AB 段和 BC 段内,0?
BLH, 0?TLH
因此有,AB 段,0?
BN, 0?gQH BL ? ?泵轮“水泵工况”工作。
0))(( ???? TTT MN ?,0?gQH TL ?
即由工作机和动力机同时输入功率，没有功率输出。
BC 段,0?BLH 0?BN,（泵轮仍是泵工况工作）
0?TLH 0?TN,（涡轮以泵工况工作）
段为反向。
?涡轮也是“水泵工况”工作。
（ 3）在 AB 段随着涡轮反转的加快，使循环流量逐渐减小，当 为零时,Q
而扭矩不为零，因为此时泵轮和涡轮的反向旋转，它们相对速度很大，
则它们的圆盘摩擦力矩较大，在 时，扭矩不为零。 0?Q
（ 4）在平衡稳定运转情况下，液体对涡轮的扭矩与工作机对涡轮作用扭
矩大小相等，方向相反。液体作用扭矩为正向，是阻止涡轮反转，是涡
轮的阻力矩，它对涡轮起制动作用。
16
(%)TM?
(%)Tn
0?Bn %100?Bn
%80?Bn
100
4,偶合器全特性
偶合器的牵引特性、反转特性和涡轮反转制动特性总称偶合器的全特性。
17
5,液力制动器工况特性
0?Bn 时，涡轮由工作机带动旋转，涡轮起泵轮作用。泵轮不旋
转，偶合器起耗能作用。制动扭矩与涡轮的转速平方成正比。
当
此种工况为反传工况的极限情况（汽车下坡时发动机停机）。
18
6,偶合器的通用特性
针对一个具体的偶合器的 ),(
TBBT nnfMM ???
表明偶合器工作的可能性。
特性,
TM?
BM
1Bn
2Bn
3Bn
321 BBB nnn ??
Tn
7.02 ?Y?
8.01 ?Y?
3.02 ?Y?
19
),( TBBT nnfMM ??? 曲线为 ?Bn 而变大。
),( TBY nnf?? 曲线为抛物线，是等效率曲线。
consti ??? 时，由原始特性曲线 )(ifMB ??
即,const
MB ??
则有,52 DnM BMBB ???,只有 Bn
用
2
22
inn TB ?
代入
BM
式
252
2
1
TTMBB CnDniM ?? ??
5
2
1 D
iC MB ???
，当给定 i?? 时，就有一定 C
则,2TB CnM ?
因为方程是在 consti ? 时得到，而 i 是工况相似指数，所以称
2TB CnM ? 为 相似方程 。由此方程得到的曲线，在曲线上各点的 ?
相等，因此，又称为等效率抛物线方程。
当 可知,
为变量了
值
，为抛物线方程。
20
7,相对特性
表示相对扭矩与速度比 i 的关系。
)(ifM ? 主要用于判断偶合器用途的，当为限矩型时,0.3~0.2?M
?? M
MM 表示任一工况的扭矩与设计工况的扭矩（ ?M ）的比值。
21
Bn 由于在工作过程中，（ 1） 不可能是常数； （ 2）由于工作要求，
偶合器的有效直径也不一定合适；（ 3）工作中的液体与试验时液体不
一致等，这些均可能引起偶合器特性变化。因此，利用相似原理可把
模型偶合器换算成要求的偶合器特性。
四、偶合器特性的换算（模型与实际应用）
1,泵轮转速改变时特性换算
当符合相似原理时，偶合器有相等的扭矩系数（为了习惯上统
一，原型下标不用,而用,”表示。）。 p s
c o n s tDnMDnM MB
sBss
Bs
mBmm
Bm ??? ?
?? 5252
若是同一个偶合器，同一种工作液，只是泵轮转速改变,
sm ?? ?, sm DD ?
则有,
2)(
Bm
Bs
BmBs n
nMM ?
可有,)(
TTB nfMM ???
进行换算，就可达到要求。
相似方程（又称等效率抛物线方程）
22
co nstnBs ?
constnBm ?
constD ?
ms ?? ?
等效抛物线
23
2,有效直径变化时特性换算
5252
mBmm
Bm
sBss
Bs
Dn
M
Dn
M
?? ?
，此时 c o n stnn
BmBs ??
,
ms ?? ?
则,
5)(
m
s
BmBs D
DMM ?
由
co n stnn sm ??,此时偶合器 ? 相等，可知，当要改变功率时，改变
D有效直径 较为有效。但是直径相差太大时，相似规律不完全符合了。
24
3,工作液变换是特性的换算
ms ?? ?
m
s
BmBs MM ?
??此时,同样由相似关系可知,
m?
s?
ms ?? ?
因为 co nstnB ?,则有共同的 0?BM
应注意,m? 和 s?
同时温度变化时,m? 也会变化，影响外特性。
点。
不能相差太大，否则相似规律不对。
25
第三节 液力偶合器的特性
一、液力偶合器的原始特性
偶合器的原始特性是扭矩系数（ ）和转速比（ ）
的关系以及效率和转速比的关系。它是通过试验数据经过换算
后得到的。
MB? i
1,泵轮扭矩基本计算方程（扭矩相似方程）
-----（由液力传动相似关系的扭矩关系知）
2
Q由偶合器循环圆中的流量 （泵流量）
2
2
2
BB
mB
mB r
VV
??
平均速度系数
22 BmB FVQ ?
而
260
2
2222
aDnVUVV B
mBBmBmB ???
?
D
da B2?
（
D — 循环圆的最大外径，即有效直径）
)1(22)(4 222 222 aDdDF BB ???? ??
（ 2Bd? 为循环圆平均流线直径，因此 为 2BF 2Bd 的 2倍面积）
3
2
22 )1(
1 2 0 DnVa
aQ
BmB???
?
3
根据泵轮的理论能头表达式
)1(1 212 2 BBBL riUgH ??
得 )(
4
1)
30(
1 22222 ibaDn
gH BBL ??
? （ )
D
db B1?
因此泵轮给液流的功率为,
gQHMN BLBYBYB ?? ??? ??
则泵轮对液流的扭矩 YBM? 为,
52222
2
2
3 ))(1(
1 2 0 Dnibaaa
VM
B
mB
YB ?
? ???
?
（ ) mN?
4
当 时,co nstnB ? ),( 2mBYB VifM ??
当工况一定时（ ），这时,consti ? 2BYB nM ??
当几何相似的偶合器。其系数
D
da B2?,
D
db B1?
是相同的。而相似工况时,相等。 i
而在“自模区”（阻力平方区）时,?? 也视为相等，则有 相等。
2mBV
令,
2
222
2
3 ))(1(
120 mBYMB Vibaaa ????
??
YMB??
为泵轮液力扭矩系数，原型和模型是相等的。（无因次）
5
由此可知,),(
2mBYMB Vif???
由第一章液力传动相似关系知,
52 DnM BYMBYB ?? ?? ? （ ） mN?
泵轮扭矩方程（偶合器计算基本方程，即扭矩相似方程）
5252 DnDnMM
BMBB
jB
YMB
jB
YB
B ????
?
? ???
?? （ ） mN?
式中,
jB
YMB
MB ?
?? ?? — 泵轮扭矩系数。
)(ifMB ?? 由试验确定，因而没有叶片数的影响（曲线如下图）。
jB?
－泵轮机械效率。
6
液力偶 合器的原始特性
7
2.偶合器效率关系
由泵轮功率
53
1 0 0 060
2 DnMnMN
BNBBBBBB ??
?? ???? （ ）
式中令
9 5 4 9MBNB
?? ?
NB?
— 泵轮功率系数
NB?
与
MB? 相差一常数，故 )(ifNB ?? 变化与 相同。 MB?
由
B
T
N
N??? 可知,)(if?? 变化如曲线所示。
i???,而 97.0??
B
T
n
ni,即 97.0?i 时,max?
由 )(ifQ ? 关系知,1?i 时 0?Q, 0?? N
,
0??
由以上讨论知，当 consti ? 时，对几何相似的偶合器,
2
1
B
B
r
r 不变，速度三角形不变化。
但由于温度、粘性和叶片厚度不完全相似，则
MB?
和 ? 只能是近似相等。
因此，称此工况为 等倾角工况 。它们有相同的
MB?
曲线和 ? 曲线。
Kw
8
二、偶合器的特性指标
1,转速比 — 称为 运动指标 。 i
同时与 i 有关的还有滑差（相对值）
innnS
B
TB ???? 1
2,变矩系数
1?K — 称为 力指标,
B
T
M
MK ??
3,最优点泵轮扭矩系数 ?MB? — 功率能容指标,即偶合器传递动力的大小。
BN
和
BM
等与 D, Bn, ? 有关，不便比较，采用在 max? 时
?MB? 为代表（见原始特性曲线）（ 97.0?? ?ii 时 max?
由 52 DnM
BMBB ???
，当
BM
一定,??? D
MB?
???MB?
此时在传递相同 N, M 有效直径 D 可小。
（各种摩擦损失引起）
由于
值）。
时，偶合器的
能容量大。
9
4,偶合器效率
? — 称为 经济指标 。
iKinM
nM
BB
TT ????
5,过载系数 T
??
MB
MBT
?
? 0
0
（
0T
为 持续过载系数 ）
0MB?
为 0?i 时扭矩系数。
??
MB
MBT
?
? m a x
m a x
式中,maxT — 瞬时过载系数
maxMB?
— 最大泵轮扭矩系数
0T — 为持续的过载系数，为 0?T?
时，传递的扭矩是额定工况（ ) ??ii
时所传递扭矩的多少倍。
maxT — 为系统中的最大冲击扭矩值表示系数。
0max TT ?
（ 0?i ），当 ??? ii0 时,0max TT ? 。 通常,
10
三、偶合器的外特性
co nstnB ? 时,BM BN TM TN )(if?? 的关系。
co nstnB ? const?? const?? 条件下，由试验得到的。
const?? 和密度 const??
由试验数据，则可把偶合器泵轮扭矩系数
MB?
计算出来,
52 Dn
M
B
B
MB ?? ?
偶合器外特性是在
它是在
运动粘性系数,就是说在试验过程中,
工作液的温度不发生变化。
因此得到,52 DnM
BMBB ??? BT MM ??
53 DnMN BNBBBB ??? ??? iDnMN BNTTTT 53??? ?????
（
BT MM ???, 1000602 BTTTT MnMN ?????? ??
BBMB inDn 1 0 0 060
252
???
???
iDn BMB 539 5 4 9??
???
?
? iDn BNT 53???
i?? )
11
const??
TM?
外特性曲线如图所示。
co nstnB ?, const??, const??
由 52 DnM
BMBB ???,当 DnB,一定时,)( MBB fM ??
12
A, 设计工况点（ 2点）,??ii, m a x??? ?? ?, ?? MBMB ??
（此时 9 7 5.0~95.0?i,能容量最大）
B, 零速工况点（ 3点）,0?i, 0m a x ?? QQ, 0?BLH
,0?TLH （涡轮不做功）,0?BN
,
0?TN
涡轮为流道，起阻力作用，为“制动工况”工作。
C,零矩工况点（ 1点）,1?i, 0?Q, 0?? BT MM,
0?? TB NN, 0?? 。
（不输出功率）。
由于偶合器可以在各种工况下工作，因而有各种特性。
1,牵引特性
此时,10 ??i
（ 1） 0?Q
（ 2） 0?BLH, 0?TLH
（ 3） 0?BN, 0?TN
在此区有三个工况点特殊,
，主要特点,
，循环流量为正循环（泵轮 ?涡轮 ?泵轮）。
，流体从泵轮获能量，在涡轮内传出给涡轮。
，输入功率 — 泵轮，输出功率 — 涡轮。
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2,反传特性
此时 （涡轮转速大于泵轮转速），特点,1?i
（ 1） 0??Q
0?BLH, 0?TLH
（ 3） 0?
BN, 0?TN
泵轮输出功率（与牵引工况正好相反）。
，循环流量反向流动（涡轮 ?泵轮 ?涡轮）,
（ 2）,泵轮由液体获能量，涡轮给液体能量。
，由工作机传入动力（涡轮方向）,
在汽车下坡时，车轮带动涡轮旋转，动力由车轮传给涡轮，使液
流能量增加，进入泵轮，液流能量传给泵轮，带动发动机旋转。
14
3,涡轮反转制动特性
涡轮由工作机驱动，反向旋转。如吊车下放重物时即是重物对涡轮
做功，驱动涡轮反转。（ ) 0?i
反转工况特性
15
主要特点,
（ 1）循环流量在 AB 段为正向,BC
（ 2）在 AB 段和 BC 段内,0?
BLH, 0?TLH
因此有,AB 段,0?
BN, 0?gQH BL ? ?泵轮“水泵工况”工作。
0))(( ???? TTT MN ?,0?gQH TL ?
即由工作机和动力机同时输入功率，没有功率输出。
BC 段,0?BLH 0?BN,（泵轮仍是泵工况工作）
0?TLH 0?TN,（涡轮以泵工况工作）
段为反向。
?涡轮也是“水泵工况”工作。
（ 3）在 AB 段随着涡轮反转的加快，使循环流量逐渐减小，当 为零时,Q
而扭矩不为零，因为此时泵轮和涡轮的反向旋转，它们相对速度很大，
则它们的圆盘摩擦力矩较大，在 时，扭矩不为零。 0?Q
（ 4）在平衡稳定运转情况下，液体对涡轮的扭矩与工作机对涡轮作用扭
矩大小相等，方向相反。液体作用扭矩为正向，是阻止涡轮反转，是涡
轮的阻力矩，它对涡轮起制动作用。
16
(%)TM?
(%)Tn
0?Bn %100?Bn
%80?Bn
100
4,偶合器全特性
偶合器的牵引特性、反转特性和涡轮反转制动特性总称偶合器的全特性。
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5,液力制动器工况特性
0?Bn 时，涡轮由工作机带动旋转，涡轮起泵轮作用。泵轮不旋
转，偶合器起耗能作用。制动扭矩与涡轮的转速平方成正比。
当
此种工况为反传工况的极限情况（汽车下坡时发动机停机）。
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6,偶合器的通用特性
针对一个具体的偶合器的 ),(
TBBT nnfMM ???
表明偶合器工作的可能性。
特性,
TM?
BM
1Bn
2Bn
3Bn
321 BBB nnn ??
Tn
7.02 ?Y?
8.01 ?Y?
3.02 ?Y?
19
),( TBBT nnfMM ??? 曲线为 ?Bn 而变大。
),( TBY nnf?? 曲线为抛物线，是等效率曲线。
consti ??? 时，由原始特性曲线 )(ifMB ??
即,const
MB ??
则有,52 DnM BMBB ???,只有 Bn
用
2
22
inn TB ?
代入
BM
式
252
2
1
TTMBB CnDniM ?? ??
5
2
1 D
iC MB ???
，当给定 i?? 时，就有一定 C
则,2TB CnM ?
因为方程是在 consti ? 时得到，而 i 是工况相似指数，所以称
2TB CnM ? 为 相似方程 。由此方程得到的曲线，在曲线上各点的 ?
相等，因此，又称为等效率抛物线方程。
当 可知,
为变量了
值
，为抛物线方程。
20
7,相对特性
表示相对扭矩与速度比 i 的关系。
)(ifM ? 主要用于判断偶合器用途的，当为限矩型时,0.3~0.2?M
?? M
MM 表示任一工况的扭矩与设计工况的扭矩（ ?M ）的比值。
21
Bn 由于在工作过程中，（ 1） 不可能是常数； （ 2）由于工作要求，
偶合器的有效直径也不一定合适；（ 3）工作中的液体与试验时液体不
一致等，这些均可能引起偶合器特性变化。因此，利用相似原理可把
模型偶合器换算成要求的偶合器特性。
四、偶合器特性的换算（模型与实际应用）
1,泵轮转速改变时特性换算
当符合相似原理时，偶合器有相等的扭矩系数（为了习惯上统
一，原型下标不用,而用,”表示。）。 p s
c o n s tDnMDnM MB
sBss
Bs
mBmm
Bm ??? ?
?? 5252
若是同一个偶合器，同一种工作液，只是泵轮转速改变,
sm ?? ?, sm DD ?
则有,
2)(
Bm
Bs
BmBs n
nMM ?
可有,)(
TTB nfMM ???
进行换算，就可达到要求。
相似方程（又称等效率抛物线方程）
22
co nstnBs ?
constnBm ?
constD ?
ms ?? ?
等效抛物线
23
2,有效直径变化时特性换算
5252
mBmm
Bm
sBss
Bs
Dn
M
Dn
M
?? ?
，此时 c o n stnn
BmBs ??
,
ms ?? ?
则,
5)(
m
s
BmBs D
DMM ?
由
co n stnn sm ??,此时偶合器 ? 相等，可知，当要改变功率时，改变
D有效直径 较为有效。但是直径相差太大时，相似规律不完全符合了。
24
3,工作液变换是特性的换算
ms ?? ?
m
s
BmBs MM ?
??此时,同样由相似关系可知,
m?
s?
ms ?? ?
因为 co nstnB ?,则有共同的 0?BM
应注意,m? 和 s?
同时温度变化时,m? 也会变化，影响外特性。
点。
不能相差太大，否则相似规律不对。
25
