毕业论文液力变矩器.doc

1、西安理工大学2012届车辆工程专业毕业设计（论文） 摘要 液力变矩器具有优良的特性，自动适应性，无级变速，良好稳定的低速性能，减振隔振及无机械磨损等，是其他传动元件无可替代的。历经百年的发展，液力变矩器的应用不断扩大，从汽车，工程机械到石油，化工，矿山，冶金机械等领域都得到了广泛的应用，最近几年汽车工业的飞速发展以及汽车工艺的不断提升，也催生的液力变矩器的快速发展。 本文主要介绍的是一款新型的带闭锁离合器的变矩器的工作原理及结构设计，其中结构的设计主要指变矩器的循环圆设计，叶片设计，特性计算，整体结构设计以及一些关键零部件的设计，由于叶片的参数直接影响变矩器的性能，因而是液力变矩器的设计的关键

2、是叶片的设计。本文将介绍现今比较流行的叶片设计的几种设计方法。 关键词：液力变矩器 闭锁 叶片设计 环量分配法 Abstract Torque converter has excellent features, automatic adaptive, variable speed, good speed and stable performance, vibration isolation, and no mechanical wear, are no substitute for the other transmission components. After centuries of de

3、velopment, expanding the application of torque converter. From the automobile, engineering machinery to the petroleum, chemical, mining, metallurgical machinery and other fields have been widely used。 This paper describes the structural design of the CL315 torque converter .Structure design of the t

4、orque converter mainly refers to the cycle of circular design, blade design, features, the overall design and the design of some of the key components. As the leaf parameters directly affect the performance of torque converter. So the blade design is the key of the design of the torque converter. Th

5、ere are many ways blade design, The blade design uses a circulation distribution method. Key words: torque converter; Blade design ; Central volume of distribution method 目录第一章 绪论-6-111.1 液力变矩器综述-6 1.2 液力变矩器国内外研究现状-6 1.2.1 国内研究现状-7-8 1.2.2 国外研究现状-9-10 1.2.3 液力变矩器设计方法的研究发展-10 1.2.4 本课题研究意义和目的-11第二章 闭

6、锁式液力变矩器的基本知识-11-21 2.1 闭锁式液力变矩器的结构-11 2.2 闭锁式液力变矩器的工作原理-11 2.3 闭锁式液力变矩器闭锁过程的实现-11-12 2.3.1 车辆的起步-12 2.3.2 车辆的换挡-12 2.3.3 变矩器闭锁和解锁-12 2.4 液力变矩器中循环流量的确定-12 2.4.1 通流损失-12-13 2.4.2 冲击损失-13-22第二章 液力变矩器的结构设计-22-47 3.1 设计方法-22-29 3.2循环圆的确定-29-30 3.3 叶片的设计-30 3.3.1 泵轮叶片的设计-30-35 3.3.2 涡轮叶片的设计-35-37 3.3.3 导轮

7、叶片的设计-37-40 3.4 其他零部件的设计-40-47 3.4.1 单向离合器的设计-40-41 3.4.2 起动齿圈的设计计算和强度的校核-41-42 3.4.3 减震垫片的设计-42-43 3.4.4 压盘的设计-43-44 3.4.5 轴的设计、强度校核以及轴上花键的设计和校核-44-46 3.4.6 轴承的选择和寿命的校核-45-47 3.5 装配的要求-47第三章 感谢-48-49第四章 文献综述-50 第一章 绪论1.1 液力变矩器综述 液力变矩器是以液体为工作介质的一种非刚性扭矩变矩器，是液力传动的形式之一。 液力变矩器具有的优良特性，自动适应性，无级变速，良好稳定的低速性

8、能，减振隔振及无机械磨损等，是其他传动元件无可替代的。历经百年的发展，液力变矩器的应用。液力变矩器的流场理论，设计和制造，实验等研究工作，近年来也得到了突飞猛进的发展。国外已普遍将液力传动用于轿车，公共汽车，豪华型大客车，重型汽车，某些牵引车及工程机械等。 图11 液力变矩器示意图1.2液力变矩器的国内外研究现状1.国外研究现状： 近年来，美国、德国、韩国、日本等国家均投入大量资金对液力变矩器进行深入的研究，尤其是随着CFD技术走向工业应用阶段，全二维粘性流动分析技术趋于成熟，使得精确求解流体机械内的复杂流动成为可能，它能比较正确地计算模拟流体的真实流动，能比较正确地预测其中流场的涡旋、回流，

9、二次流和损失等流动现象，较精确地预测流体机械的性能。他们的许多研究团队利用CFD技术和数值模拟计算方面进行了大量的研究，根据流场计算结果预测变矩器的性能，改进了传统的液力变矩器设计方法。为液力变矩器的研制和改进提供了可靠依据。综合公开发表的文献，主要的研究小组和单位有:美国宾夕法尼亚州立大学，美国弗吉尼亚大学，韩国国立大学，德国，日本Nissan公司研究中心。国外已普遍将液力变矩器应用于工程机械、轿车、重型汽车、公共汽车、豪华型大客车、牵引车及军用车辆等。在一程机械领域，卡特皮勒、小松等一些行业巨头早在上个世纪中期就为其产品上装配了液力变矩器，以提高其产品的性能。发达国家的汽车工业中，比如日本

10、的丰田、日产公司，德国的奔驰、伦克公司以及意大利的菲亚特公司等都生产了装配有液力变矩器的汽车。2.国内研究及应用 我国液力变矩器的研究工作比起国外无论是在实验和理论方面都有着交大的差距，起步晚，起点低。综合国内的一些研究论文，发现主要有一下机构和个人进行了液力变矩器相关领域的研究：吉林大学，北京理工大学，哈尔滨工业大学，江苏理工大学。日前，在国内土要有吉林大学、同济大学、哈尔滨工业大学和北京理工大学对此研究进展的较早而且研究比较深入，主要研究方法是应用CFD软件进行变矩器流场的模拟计算和流场分析。吉林大学赵志新使用通用的流体分析软件STAR-CD对越野车用液力变矩器内部流场进行了分析研究;田华

11、等对液力变矩器内部流场进了数值计算，重点分析了泵轮内流场的特性，对泵轮进出口平面的速度和压力分布进行了研究。同济大学吴光强，严鹏在变矩器现代设计方法上进行研究和探索，对TC229液力变矩器进行了数值模拟计算和内流场分析并提出了结构参数对整体性能的影响；吴晓栋在分析了液力变矩器内部流场数似模拟存在困难的基础上，对液力变矩器的内部流场给出了几个比较合理的假设，建立了计算模型，提出了有效的模拟计算的解决方案，利用现有的CFD技术分别对液力变矩器备叶轮内部流场进行数值模拟计算。他计算了一种轿车液力变矩器，通过分析流场分布情况，发现了该变矩器存在的几何形状问题。 近年来随着我国基础工业建设的快速发展，对

12、变矩器的需求越来越大，这也加剧了国内几家为数不多的变矩器的厂家之间的竞争。这些厂家纷纷扩大生产，提高产品工艺，提高市场占有率和竞争力，为国内变矩器的发展奠定了基础。目前广泛使用的液力变矩器主要有下列几种形式： 1）. 普通三工轮闭锁式液力变矩器，结构简单，车辆起动和低速行使时，主要利用变矩器的增矩性能，换档时利用变矩器的缓冲性能，高速时将变矩器闭锁，充分利用机械传动的高效性能。2）.多工作轮液力变矩器，主要用于需要起动转矩大的工程机械和车辆，和需要液力变矩器多工况工作的机械上。3）.可调(导叶)式液力变矩器，当负载需作双向运动，对动力性能具有恒速或恒力等特殊牵引特性要求时，液力变矩器必须具有可

13、调节反馈控制的功能，并在动态指标力一面满足一定的要求。主要应用领域是，具有特种牵引要求的各种军、民用机械。4）.牵引-制动型液力变矩器，在保证牵引能力的同时，充分利用液力变矩器的减速制动性能。俄罗斯研制了一种牵引-制动型液力变矩器。国内的研究人员曾对液力变矩器的制动工况做过一些研究和探索，但是并没有形成系统的完善的理论，没有结合具体的车辆设计出具体结构。北京理丁大学正在研究牵引-制动型液力变矩器，已完成了工作原理和设计理论的研究，在2-3年内可研制出产品样机。综上所述，液力变矩器在我国有广阔的市场，入世以后我国液力变矩器的制造业正面临着前所未有的挑战。另一方面，无论是液力变矩器的一比计方法，还

14、是其制造方法仍有许多工作值得去做。要积极推广变矩器的使用，开发新型液力变矩器，并不断地改善其性能。液力变矩器的研究工作对我国工业水平的提高，对国防事业的发展有着深远的意义。 1.2.3液力变矩器设计方法的研究发展 液力变矩器的设计内容主要有叶栅进，出口参数设计，液流流道设计，特性计算，整体结构设计及供油系统设计。叶栅进，出口参数设计是指根据给定的性能指标确定最佳的叶栅进，出口角度和厚度。目前采用的设计方法有三种：基型设计法，统计设计法和基于流畅理论的设计方法。基型设计法选择性能与设计要求接近的液力变矩器作为设计基型，循环圆的形状，叶轮的形状，叶轮的布置，叶片的形状，叶片的数目，各种计算系数均参

15、考基型选择，几何尺寸按相似原理进行确定。统计设计法根据现有的液力变矩器的种类和性能指标，有针对性地进行综合分析，统计设计法根据现有的液力变矩器的种类和性能指标，有针对性的进行综合分析，统计出液力变矩器的性能，叶轮尺寸及叶片角度的关系，制定出图表或者解析式作为设计的参考。设计时根据性能要求选定一些参数作为设计计算的初始点，根据统计图表或解析式确定所设计的液力变矩器的各项数据。基于流场理论的设计方法根据流束理论及守恒定律建立叶栅进，出口参数设计计算的基本数学关系式，根据设计性能及制造工艺条件建立约束方程，然后通过选择合适的优化目标函数，优化计算方法及初始参数进行设计计算。 液流流道是由循环圆内，外

16、环曲面及叶片曲面组成的，其设计包括循环园设计和叶片设计。循环圆设计是确定循环圆的外环形状，内环形状，设计流线形状及叶片的进，出口边的周面位置和形状。叶片设计是在循环园设计和叶栅进，出口参数设计基础上进行的，叶片的形状直接影响液流流道的形状及叶轮的制造。叶片设计的方法可分为二维设计，准三维设计和三维设计。由于流场理论研究的制约，直接进行叶片的准三维设计和三维曲面设计困难较大，而且优势不是很明显。目前广泛应用的叶片设计方法仍是换量分配法和投影于单柱面或者多圆柱面的保角摄影原理。王健等探讨了液力变矩器叶片三维成型方法，提出了叶片三维成型方法的基本设计流程。通过对不同参数变化规律生成的泵轮，涡轮，导轮

17、的叶型进行对比分析，总结出液力变矩器叶片角变化对液力变矩器性能影响的基本规律，通过CAD技术完成叶片的设计和相应变矩性能的设计计算。才委等对液力变矩器的现代设计方法作了细致深入的研究，基于W305液力变矩器进行了流场数值模拟以及流场特性分析，探讨了叶型设计方法，并且建立了液力变矩器的现代设计方法体系。何仁等探讨了液力变矩器特性参数的优化方法。魏巍等为实现液力变矩器叶栅的完全三维设计及其优化开发了一套包含流束初值搜索，循环圆与叶型的参数化设计，网格划分，流场分析，实验设计和优化算法在内的三维优化设计系统，并为各环节开发了相应设计工具。张锡杰等介绍了液力变矩器复杂叶栅测绘和反求的具体过程，通过橡胶

18、制模，光栅扫描测绘，三坐标测量等方法获得流道的形状和位置，使用IMANGWARE处理点云数据，用UG完成最终的叶轮造型。1.2.4本课题研究的意义目的 液力变矩器是以液体为介质，利用液体的相互作用引起机械能与液体动能之间的相互转换，通过液体动量矩的变化的改变传递转矩的传动装置。液力变矩器是关键的动力传动部件，可以保证系统平稳起步、变速和变矩载荷的瞬态变化基本不会反映到动力机上。其具有自动适应性、无级变速、良好稳定的低速性能、过载保护性能，减振隔振及无机械磨损，降低冲击等优良特性，延长了动力传动装置的使用寿命，提高了乘坐的舒适性、安全性及通过性，囚此广泛应用于汽车、军用车辆、工程机械、石油、冶金

19、矿山及化下机械等领域，是车辆及工程机械自动变速系统的主要部件。通过对液力变矩器的研究，有助于车辆机械等更好更快的发展，从而给人们带来便捷。第二章 闭锁式液力变矩器的基本知识2.1 闭锁式液力变矩器的结构 液力变矩器以液力作为介质，传递和增大来自发动机的扭矩。液力变矩器由可转动的泵轮和涡轮，以及固定不定的导轮三元件构成各件用铝合金精密铸造或用钢冲压焊接而成。泵轮和变矩器壳成一体。用螺栓固定在飞轮上，涡轮通过从动轴与传动系各件相连。动力机（内燃机，电动机）带动输入轴旋转时，液体从离心式泵轮流出，顺次经过涡轮，导轮再返回泵轮，周而复始的循环流动。泵轮将输入轴的机械能传递给液力。高速液体推动涡轮旋转

20、将能量传给输入轴。液力变矩器靠液体与叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。液力变矩器不同于液力耦合器的主要特征是他具有固定的导轮。导轮对液体的导流作用使液力变矩器的输出扭矩可高于或低于输入扭矩，因而成为变矩器。变矩系数随输出转速的上升而下降。液力变矩器的输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间没有刚性联接。液力变矩器的特点是：能消除冲击和振动，过载保护性能和起动性能好；输出轴的转速可大于或者小于输入轴的转速，两轴的转速差随传递扭矩的大小而不同；有良好的自动变速性能，载荷增大时输出转速自动下降，反之自动上升；保证动力机有稳定的工作区，载荷的瞬态变化基本不会反映到动力机上。液力变矩器在额定工况附

21、近效率较高。叶轮是液力变矩器的核心。他的型式和布置位置以及叶片的形状，对变矩器的性能有决定作用。有的液力变矩器的有两个以上的涡轮，导轮或者泵轮，借以获得不同的性能。最常见的是正传，单级（只有一个涡轮）液力变矩器。兼有变矩器和耦合器性能特点的成为综合式液力变矩器，例如导轮可以固定，也可以随泵轮一起转动的液力变矩器。为使液力变矩器正常工作，避免产生气蚀和保证散热，需要有一定供油压力的辅助供油系统和冷却系统。 图21 2.2 闭锁式液力变矩器的工作原理 液力元件的基本型式是液力变矩器和液力耦合器，因后者不能变矩，所以在汽车上已很少应用。图2-1是一种最简单的液力变矩器，由泵轮B，涡轮T和导轮D所组成

22、在结构上它与耦合器不同之处在于它的工作轮叶片大都弯曲成一定角度，且有固定不动的液流导向装置-导轮，导轮通过单向轮F或者直接固定在壳体上。泵轮通过壳体与发动机相连，涡轮与输出轴相连，发动机通过变矩器壳体带动泵轮旋转，泵轮带动工作液体一起做牵引的圆周运动和迫使液体沿叶片间通路作相对运动，使液体离开泵轮时获得一定的动能和压能，从而将发动机的机械能转化为液体的能量。液体沿循环圆高速流入泵轮，迫使涡轮开始旋转，并使涡轮获得一定的转矩去克服外界阻力做功。液体冲击叶片时一部分液能转变为机械能，使液体具有一定的转矩去克服外界阻力做功。由涡轮出来的液体流入固定不动的导轮，液体在导轮内流动时没有能量的输入和输出

23、相对流动是液流的唯一流动。液体流出导轮时速度的方向发生了变化，当液体再次流回泵轮时，液体冲击泵轮叶片的背景，增加泵轮的转矩，这样泵轮出口处的液流将具有更高的动能，同时冲击涡轮时，使涡轮获得较高的转矩和转速。然后，液流又从涡轮流入导轮，重复这一循环。 2-2液力变矩器的工作原理 从上述可以看出，液流与叶轮之间的相互作用，包括速度。能量和转矩的变化，液体的流动是粘性的三维非稳定流动，是一个相当稳定的过程。为便于研究，应用束流理论。将V分解为两个分速度： 式中是速度在轴面上的分速度，它与相对速度W，流量Q以及叶片B角的关系为：是绝对速度的圆周分速度： 设分别为泵轮，涡轮和导轮作用在液体上的转矩，根

24、据力学定律在稳定工况下，作用于液体的外转矩之和应为零，即： 从上式可以看出作用在涡轮上的转矩增加了，起到了变矩的作用。闭锁式液力变矩器闭锁作用的实现入下：当汽车未达到指定车速时，压盘活塞未结合，此时闭锁式液力变矩器相当于与普通的液力变矩器，当汽车高速行驶时，此时液压活塞在油压的作用下向有移动，压从动盘向右移动，从动盘压涡轮壳体，此时液力变矩器为机械接触，液压系统不起作用，变矩器效率为1.大量节约了能量的损失，起到节油减排的作用。具体在车辆的行驶过程中的应用如下：2.3.1车辆起步 车辆静止时变速器处于空挡，换挡离合器处于分离状态。起动发动机，发动机曲轴带动泵轮驱动油泵，油源的控制阀将换挡离合器

25、保持分离状态)涡轮轴跟发动机动力断开。油源的控制阀将闭锁离合器解锁，控制油通过油道板、导轮座、油道进入闭锁离合器左腔，推动闭锁离合器右移；控制油继续进入到闭锁离合器右腔，即进入到液力变矩器整个容腔，并通过口及导轮座油道板回到油源，使液力变矩器为解锁工作状态，起液力变矩作用。车辆要运行，先将变速器换到低挡，油源的控制阀将换挡离合器接合油通过油道板和导轮座上的油道及缸体油口压入活塞腔使活塞向左移动) 外摩擦片和内摩擦片被压紧在盖板上，换挡离合器结合，车辆运行。由于液力变矩器的作用，车辆起动平稳2.3.2车辆换挡 车辆运行平稳后，需换到高速挡时，油源的控制阀将换挡离合器分离，控制油通过缸体油口及导轮

26、座油道板卸回到油源，同时碟形弹簧将活塞推向右极限，换挡离合器分离。换挡离合器彻底分离时，缸体上的缸体润滑油口跟活塞油槽断开，润滑油入口被关闭，润滑油不再进入润滑油腔，而润滑油腔中的润滑油在离心力作用下被甩到润滑回油道。润滑油腔中的油甩出后，减小了外摩擦片跟内摩擦片之间的粘稠阻力，且输入轴的惯量仅为输入轴和花键轴套的转动惯量。结构设计使得该转动惯量仅为干式离合器带从动盘时转动惯量的一半，对*+, 式变速器提高换挡品质和使用寿命是必要的。变矩器壳体和泵轮总的转动惯量跟发动机飞轮的转动惯量相当。换挡离合器彻底分离后，变速器换挡，换挡完成后，油源的控制阀将换挡离合器接合油通过油道板和导轮座上的油道及缸

27、体油口压入活塞腔将活塞向左推移，外摩擦片和内摩擦片被压紧在盖板上，换挡离合器结合，车辆以新挡行驶。2.3.3变矩器闭锁和解锁 当车辆根据控制规律需要闭锁以提高效率时，油源中的控制油通过油口进入液力变矩器中，并进入闭锁离合器右腔，推动闭锁离合器左移，压在摩擦片上跟变矩器壳体成一体，其上的减振弹簧拨动拨环使涡轮跟变矩器壳体成为一体，变矩器闭锁。发动机直接通过涡轮和花键轴套输出动力，形成机械传递以提高效率。在闭锁离合器闭锁过程中，减振弹簧有一个缓冲作用，使接合过程冲击小，动力传递平顺，并在以后的机械传动时起减振作用。闭锁离合器解锁时，油源的控制阀将控制油通过油道板、导轮座、油道压入闭锁离合器左腔，推

28、动闭锁离合器右移，控制油继续进入到闭锁离合器右腔，即进入液力变矩器整个容腔，并通过油口及导轮座油道板回到油源，形成液力变矩器解锁工作状态，起液力变矩作用。2.3.4 液力变矩器中循环流量的确定 分析工作轮叶片与液流互相作用的过程，从工作轮与液流相互作用的转矩公式可以看出，影响因素有三类：第一类是变矩器的结构参数，包括叶片的进，出口安装角，叶片进，出口边的位置R及工作腔在叶，片进出口的横截面积。对给定的变矩器，这些都是已定数据。第二类是其使用工况参数，如。该类参数在工况给定时，也是已知参数；第三类就是液力变矩器循环园中的流量Q。 由此可见，当变矩器一定时，要求得各工作轮的作用转矩，关键在于获得不

29、同工况下的变换关系，它可以从液流的能量平衡公式中求得：式中为总的能量损失。包括三种形式：机械损失，容积损失和液力损失。 机械损失总的来说不超过送能量的1%-2%,通常不考虑，容积损失也很小，大约1%，可以忽略不计，所以主要考虑的是液力损失。液力损失由所组成。他们又可以分为两类基本损失来加以计算。第一类损失与液流的相对速度有关，并与流量的平方成正比，又称通流损失或者摩擦损失；第二类损失也液流的冲击角有关，并与损失的速度平方成正比，又称冲击损失。24.1 通流损失 扩散与收缩损失和回转损失相对于液流的摩擦损失在数值上的很小，一般可以不计，则通流损失主要为，在水力学中，计算摩擦损失的公式为：式中L-

30、流道长度；-水力半径，为流过断面面积与周长之比；-摩擦系数，它与绝对粗糙度K，水力半径及雷诺数流道弯曲程度，速度分布有关。式中，分别为泵轮，涡轮，导轮叶片流道的通流损失系数，其中2.4.2 冲击损失 冲击损失是由进入叶片的液流速度方向与叶片角不一致而产生的。无冲击进入叶片的速度与一般情况下进入叶片的速度之差为v，则冲击损失为：式中，冲击损失系数与叶片形状、数量及进入个工作轮的冲击角有关。损失速度与轴面速度有关，当时，一般情况下，为了减少冲击损失，总是力求轴面速度想等，故为则液力变矩器各工作轮的冲击损失为:根据欧拉公式，可知：将、的表达式带入能量平衡方程: 可得：式中： 对上式求解，可得液力变矩

31、器在一定时，任一下的循环流量Q，它是液力变矩器的结构参数、损失系数和、的函数：流量特性式上凸还是下凹，决定于的符号，若取，则,从上式可得，如果有意义，必须使分母大于零，故其符号取决于分子，当时，0，流量特性曲线上凸，极为椭圆。当时，0，流量曲线下凹，变为双曲线。当时，的值取决于、及的相互位置。当及时，向心涡轮满足,流量特性曲线为椭圆。随着增加，如取，让时，为轴流式涡轮，,曲线变为下凹。在进一步增加，,为离心涡轮，,曲线为下凹双曲线，它为轴流式相比，Q的变化更平坦。 由上述分析可以看出涡轮叶片进出口位置变化，对流量Q有很大的影响。对其他因素也可以作为类似分析。不同的变矩对其影响很大。如下图所示。

32、 图2-2不同型式涡轮的液力变矩器有上述分析可以看出涡轮叶片进出口位置变化，对流量Q有很大的影响。对其他因素也可作类似分析。不同的变矩对其性能影响很大。液力变矩器几何参数的计算工作轮入口和出口的无因此半径 3-1式中R-特性半径，一般取工作轮入口处和出口处的无因此流道轴面面积 3-2工作轮入口处和出口处的中间流线的综合几何参数 3-3循环流量系数 3-4扭矩系数的无因此关系 3-5在计算工况下，液流无冲击进入工作轮，则冲击损失为零，液力损失仅为摩擦损失，即为最低值，此时液力变矩器的液力效率达到最高。第三章 液力变矩器结构设计 液力变矩器的设计主要是指变矩器的循环圆设计，叶片设计，特性计算，整体

33、结构设计以及一些关键零部件的设计，由于叶片参数直接影响到变矩器的性能，因而是液力变矩器的设计的关键是叶片设计。 图3-1 液力变矩器总成3.1设计方法 液力变矩器早起研制是凭经验，采用多种模型机实验来筛选、改进，最后定型。随着技术的发展，理论的建立，要求应用计算方法来进行设计，并使做出的产品的实验性能与计算性能想一致。液力变矩器的设计主要内容有叶栅系统出入口参数设计、工作轮流道设计、特性计算、整体结构设计等。这些设计计算都是基于一维束流理论的传统设计方法，传统设计方法的主要缺陷在于：只有通过试制产品的性能和流场试验才能获得改进设计的经验，而试验和试制的费用和工作量往往占据了整个设计开发的 80

34、以上。因此在设计阶段获得液力变矩器的流场信息，对于减少试制、试验次数，为设计工程师提供准确的改进信息有重要的意义。根据掌握资料、设计要求和达到目标的不同，现有设计方法可分为三大种 相似设计法以某种性能比较理想的液力变矩器作为设计基型，循环圆形状、工作轮布置、叶型等均依其为据，用相似理论确定几何参数。此法亦称为基型设计法，其性能提高受所选基型限制，因而应用中有局限性。 经验设计法以统计资料中所归纳出的规律、图表为基础，运用自身的设计经验进行综合分析，从而确定液力变矩器的结构与参数。此法对已有液力变矩器进行改进设计是方便的，但对全新设计的液力变矩器的性能预测精度是不高的；由于主要依据数据与图表，所

35、以不适合于优化设计和优选参数，亦不便于用计算机进行分析研究。 理论设计法基于建模和计算的复杂性和液力变矩器流场的特殊性，液力变矩器叶片设计的理论基础已由一维流动理论、二维流动理论发展到三维流动理论。（1）一维流动理论：因液力变矩器的流道内液体流动远较一般叶片机械的流动复杂，所以尽管多元流动及附面层理论研究取得了很大进展，但距应用到实际设计上还有一定距离。早期对液力变矩器中复杂的空间三维流动在理论和试验方面研究都不够深入，对其速度场和压力场的分布规律研究存在很多空白。因此，为了对这样的液体运动进行理论的分析研究，必须通过某些假设加以简化。首先，使空间的立体流动简化为平面的二维流动，再进一步简化为

36、单一的流线流动，即用一条流线的流动来代替空间的立体流动，将工作轮中的总液流假设成由许多流束组成，认为叶片数无穷多，厚度无限薄，忽略粘性对流场的影响，即将工作液体在液力变矩器工作腔内的空间三维流动，简化为一维流动的理论，称为一元束流理论。其简化很大，具有一定的工程实用价值，能反映流体作用的宏观效果，但不能正确反映宏观效果的微观原因，与液力变矩器实际内流场差别较大。一元束流理论首先为欧拉提出，并被广泛应用于叶片机械上，故又称为欧拉束流理论。（2）二维流动理论：在束流理论的基础上，认为工作轮中的液体只在垂直于旋转轴线的一组平行轴面内的平面流动，且其中每一平面的速度分布和压力分布都是相同的，即流动参数

37、是两个空间坐标的函数。在给定了叶片的边界形态和流量后，即可用数学物理方程求出该平面上任一点的流动参数分布。该简化对纯离心式或轴流式工作轮中的实际流动情况，较为接近；对常用的向心式涡轮液力变矩器来说，与实际流动的差别仍然很大。（3）三维流动理论：由于实际工作轮中流动参数的变化，在空间三个坐标方向都存在，因而，只有三元流动理论才能对实际流场进行较正确的描述。液力变矩器是流道封闭的多级透平机械，流道内为复杂的三维粘性流动。由于流道的曲率变化非常大，叶片的形状也是三维的，这就造成液流沿着流线方向、圆周方向以及从内环到外环都是变化的。另外，油液是有粘性的，这就必然会在流道壁面上出现附面层，由此还会引起“

38、二次流动”和“脱流”、“旋涡”等。要想的到准确的流场计算结果，必须对变矩器内部流场进行三维粘性流动计算，直接对 N-S 方程求解。液力变矩器采用计算流体动力学数值模拟技术研究液力变矩器内部的流动形态，但能反映变矩器内部真实流动的数学模型还不完善，有待进一步研究和发展。 此次设计的是长城炫丽1.5CVT 2009款，具体要求及指标为：满载质量1495KG，最高车速170Km/h，最大功率77KW，最大转矩138Nm，最大功率转速6000r/min(rpm)；泵轮出口角128，导轮出口角60，涡轮出口较150。其具体设计流程为：课题设计要求循环圆确定参数选择环量分配法计算叶片三维造型计算结果分析符

39、合设计要求完成设计Y 液力变矩器叶片设计流程3.2循环园的确定 过液力变矩器轴心线做截面。在截面上与液体相相接的界线形成的形状，称为循环圆。由于轴线对称，一般画出轴线上的一半见图3-2-1液力变矩器循环园 循环圆实际是工作液体在各工作轮内循环流动是流道的轴面形状，工作液体循环流动是一个封闭的轨迹，因而起名为循环圆。循环圆是由外环、内环、工作轮的入口边和出口边组成的。外环是循环流体的外圈，内环是循环流体的内圈，入口边和出口边是各工作轮内叶片的入口和出口边得轴面投影，此外，再循环圆上，还表示出中间流线（或称设计流线）。中间流线在液力变矩器内是无形存在的，设计时是要用到的。中间流线可以根据外环与中间

40、里流线过流面积和中间流线与内环的过流面积相等的原则求出。循环圆的最大直径，称为液力变矩器的有效直径D。它是液力变矩器的特性尺寸。最大半径为R，循环圆外环最小直径为d，最小半径为R。循环圆宽度为B。设扣除发动机各辅助设备所消耗功率后由发动机传给变矩器泵轮轴的功率为P，发动机轴与变矩器泵轮轴直接相连，则有n=n，传给变矩器轴的转矩为： T=T=式中 元线相对垂线的夹角，所有元线均垂直于设计流线 r任意元线与外环交点上的半径；r同一元线与内环交点上的半径； r 同一元线与设计流线交点上的半径首先选定一些任意的元线，并计算出初步轮廓。半径r和角可从图中量出，而r和r则可相应地按下列式计算r=（r）r=

41、r）确定出内环和设计流线。由于整个圆是由三段圆弧组成，内环和中间线都是,不一样的，将会在叶片设计中代入数值。3.3叶片的设计3.3.1泵轮叶片的设计进口角：=120出口角：=128叶片设计是液力变矩器设计的核心问题，本次设计采用的是环量分配法。环量设计法的理论基础是速流理论，认为其在选定的设计速比下，循环圆平面中间流线上每增加相同的弧长，液流沿叶片中间流线应增加相同的动量矩，以保证流道内的流动状况良好。设计过程为：根据前期循环圆的确定，在泵轮转矩方程中的 项是确定泵轮动量矩变化的一个因数，经计算测量得出泵轮进口半径外环为95mm，内环为123.5mm；出口半径外环为196mm，内环为167m

42、m这样转速比为0.5，在2200r/min时输出转矩为71Nm。则根据公式：计算出循环轴面流速为9.745m/s对泵轮带入这些数值所得数值为:0.912m/s类似的，在出口处所得数值为：4.1865m/s,则改变量，即-得：4.1865-0.912=3.2745 图3-4 泵轮叶片将此改变量分为十份，按其中九分各占10.5%，一份占5%划分，元线9与元线10之间的增量为5%，以减少液体在叶片出口处的能量增量及其涡流损失。其次，在设计流线上，每一点的相应叶片角可根据公式计算：计算出每一截面元线在设计流线上的角度后，就应求内环和外环上的相应角度。为了确定元线与内环之交点处的叶片角，采用按反势流分布计算公式类似地，外环上可以利用下列公式计算所以在叶片入口处=12035=11842计算后整理成表： 表3-1 变矩器泵轮角度计算参数元线序号cot设计