YJ355型液力變矩器總成的設計

1、摘 要本課題主要是關于YJ355型液力變矩器總成的設計。液力變矩器是自動變速器上重要組成部分，它位于發(fā)動機和變速機械齒輪變速機構之間，起著將發(fā)動機的動力傳遞給齒輪變速機構的作用。它替代了傳統(tǒng)汽車中的離合器，且由于導輪的存在，充分利用了從渦輪葉片內緣流向導輪的油液的速度（動能），提高了渦輪的輸出轉矩。由于液力變矩器的葉片直接影響到變矩器的性能參數，因此液力變矩器設計的關鍵是葉片設計。同時，變矩器軸向力、結構布置等技術參數對變矩器的性能也有較大的影響，因此本課題主要進行循環(huán)圓設計、葉片設計以及一些關鍵部件的設計。在設計過程中，主要以液體運動的流量方程、伯努利方程、一元束流理論、歐拉方程、及根據相似

2、原理建立的相似定律、葉片設計的環(huán)量分配法及一些基礎的力學、轉矩、功率公式為基本工具，并且結合AutoCAD軟件，采用作圖法，在對液力變矩器的工作原理及性能分析充分了解后，運用以上理論計算出結構參數，再運用這些參數設計出三個葉片，并且用這些計算出的參數驗證是否達到最初設計的要求。最后利用上述所設計的關鍵部件、結構參數，利用UG3.0軟件進行了泵輪、渦輪、導輪的三維繪圖設計，利用AutoCAD軟件進行三個葉片的二維和裝配圖的繪制。關鍵詞：YJ355型，液力變矩器，變矩，設計Design of the YJ355 Torque ConverterABSTRACTThe main topic is t

3、he design of YJ355 hydraulic torque converter assembly. Torque converter automatic transmission is an important component of its engines and transmissions in mechanical gear transmissions between will play an engine of the variable speed transmission gear for the role. It replaces the traditional au

4、tomobile clutch, and because of the existence of reactor, full advantage of a turbine blade from the inside edge of the flow of oil Wizard round of the speed (energy), raise the output torque of the turbine.Because of the torque converter leaves directly affect the performance of the converter param

5、eters, Therefore torque converter design, the key is blade design. Meanwhile, the axial torque converter, the structural layout, and other technical parameters on the performance and torque converter a greater impact Therefore the main topic for a round circle design, blade design and some key compo

6、nents of the design. In the design process, the main movement of the liquid to flow equation, Bernoullis equation, one yuan beam theory, the Euler equations, Under the principle of similarity and the similarity of the establishment of the law of the ring blade design capacity allocation, and some ba

7、sic mechanics, torque, basic formula of power tools, Combined with AutoCAD software and using mapping method, torque converter in the right principle and performance analysis fully understand, use the above theoretical calculation parameters of the structure, then use these parameters to design thre

8、e leaves, and use them in the calculation of parameters to verify whether the initial design requirements. Finally, the design of key components, structural parameters, using software UG3.0 round of the pump and turbine. I. round of the 3D graphics design, the use of AutoCAD software for 2D three bl

9、ades and assembling the drawing. Key words: YJ355，torque converter，bending moment，design YJ355型液力變矩器總成的設計楊 晨 0 引言液力變矩器是自動變速器上重要組成部分，它位于發(fā)動機和變速機械齒輪變速機構之間，起著將發(fā)動機的動力傳遞給齒輪變速機構的作用，它替代了傳統(tǒng)汽車中的離合器，且由于導輪的存在，充分利用了從渦輪葉片內緣流向導輪的油液的速度（動能），提高了渦輪的輸出轉矩。說到液力變矩器的發(fā)展就要提到自動變速器的發(fā)展。經過幾十年的發(fā)展，自動變速器已經出現(xiàn)了多種類型，其中主要包括液力機械式自動變速器(A

10、utomatic Transmission簡稱AT)、機械式自動變速器（Automatic Mechanical Tansmission簡稱AMT）和無級自動變速器（Continuously Variable Transmission簡稱CVT）等三種結構形式。液力機械式自動變速器以液力變矩器串接機械齒輪式變速器為結構特征,具有結構緊湊、傳動平穩(wěn)、換擋沖擊小等特點。自20世紀40年代出現(xiàn)后，它一直是汽車自動變速器產品中的主流結構，也是目前自動變速器技術中發(fā)展最為成熟、應用最為廣泛的一種產品形式。但是它也存在結構復雜、制造難度大、成本高、傳動效率相對較低等缺點，同時還容易令駕車人產生“失去駕駛車

11、輛的樂趣”的感覺。為克服液力機械式自動變速器的上述種種不足，便出現(xiàn)了利用電子控制技術對傳統(tǒng)離合器加機械齒輪變速器系統(tǒng)進行自動換擋控制的機械式自動變速器。它在現(xiàn)有機械式離合器加固定軸式手動齒輪變速器的基礎上，仿照手動換擋過程，將變速器選擋、掛擋和離合器踏板與油門踏板的一系列配合動作轉變成為由計算機為指揮核心的自動控制器完成的自動動作，因此它對原手動變速器而言，具有很好的產品繼承性，開發(fā)成本降低，制造比較容易，除此之外，它還保留了原有手動機械式變速器傳動效率高和維修方便等優(yōu)點，近年來也成為一種廣受關注的自動變速器結構。由于變速器擋數增多對汽車性能帶來的諸多好處，如能夠充分協(xié)調汽車的動力性和燃油經濟

12、性，降低發(fā)動機的排放污染，操縱更加簡便和舒適，無級自動變速器將成為自動變速器未來的發(fā)展方向。目前在中小型轎車上使用的電控無級變速器（ECVT）均以荷蘭VDT公司專利產品金屬三角傳動帶為減速傳力元件，它能夠承受很大拉力和傾向壓力的柔性金屬傳動帶，將鋼帶套裝在工作半徑可由液壓裝置改變的帶輪上，經電控改變帶輪半徑實現(xiàn)速比的無級變化。這種變速裝置的最大優(yōu)點在于，它可以實現(xiàn)全程無級變速，可以始終使變速器保持最佳傳動比，并使之平滑過渡，從而獲得非常好的汽車行駛性能。如果說，從手動變速器到液力自動變速器是汽車傳動系統(tǒng)的第一次飛躍，那么從液力自動變速器到電控無級變速便可以稱為是第二次飛躍。1 液力變矩器性能分

13、析1.1 液力變矩器發(fā)展液力變矩器是由液力偶合器發(fā)展而來的傳動裝置，它們都是依靠流體運動的動能來實現(xiàn)動力的傳遞。偶合葉輪傳遞動力的方式是利用兩個并無機械聯(lián)系的葉輪實現(xiàn)動力的“軟”連接，在液力偶合器封閉的殼體內具有兩個傳力葉輪的機械裝置，其中主動葉輪稱作泵輪，從動葉輪叫做渦輪，泵輪與渦輪均為沿徑向排列著許多葉片的半圓環(huán)，兩者相互偶合布置，互不接觸，中間留有34mm的間隙，形成一個圓環(huán)狀的工作輪。安裝在發(fā)動機飛輪上的殼體與泵輪焊接為一體，隨發(fā)動機曲軸一道轉動，形成偶合器的主動部分。渦輪與輸出軸相連，是偶合器的從動部分。液力偶合器殼體內充滿液壓油，當發(fā)動機運轉時，曲軸帶動偶合器殼體和泵輪葉片一同旋轉

14、，泵輪中的液壓油隨之開始運動，在離心力的作用下，這些液壓油被甩向泵輪葉片外緣處，并沖向渦輪葉片，渦輪在此沖擊力作用下開始旋轉；在慣性作用下，沖向渦輪葉片的液壓油沿渦輪葉片向內緣流動，又返回到泵輪的內緣，繼續(xù)下一次循環(huán)流動。當渦輪與泵輪轉速相同時，理論上傳動效率應該為100%，但是實際上，此時，泵輪和渦輪葉片外緣處的油液壓力相等，導致泵輪上的油液無法沖擊渦輪，油液的循環(huán)流動現(xiàn)象消失，偶合器失去傳遞轉矩的作用，效率急劇下降為零。液力偶合器能夠實現(xiàn)傳動上的“柔性”連接，但無增加轉矩的作用，而且在汽車低速行駛時的傳動效率很低，故在汽車上已很少使用。液力變矩器以導向元件將由被動渦輪輸出的、仍然具有一定動

15、能的流體導回到主動泵輪的輸入端，這樣一來，可以進一步利用該部分的流體動能實現(xiàn)變矩傳動。液力變矩器(見圖1.1)由泵輪、渦輪和導輪組成，其中泵輪和渦輪的構造與液力偶合器基本相同。導輪也由沿徑向排列的許多葉片構成，設置在泵輪和渦輪之間，并與它們保持一定的軸向間隙，互不接觸，通過導輪固定套固定在變速器殼體上，三者相配形成圓環(huán)狀的工作輪，內部充滿液壓油。發(fā)動機動力帶動變矩器殼體和泵輪旋轉，泵輪內的油液在離心力作用下由泵輪葉片外緣沖向渦輪，隨后借慣性沿渦輪葉片流向導輪，然后回到泵輪葉片內緣，形成油液的循環(huán)。導輪的作用是改變渦輪上的輸出轉矩。由于從渦輪葉片內緣流向導輪的油液仍具有相當大的速度（動能），只要

16、將導輪葉片的形狀和角度設計得當，便可以利用此油液的沖擊力提高渦輪的輸出轉矩。圖1.1 液力變矩器示意圖1-輸入軸；2-渦輪；3-泵輪；4-導輪；5-自由輪機構；6-輸出軸；7-導輪機構圖1.2 變矩器工作輪展開圖B-泵輪；T-渦輪；D-導輪1.2 液力變矩器結構及工作原理液力變矩器運轉工作時，循環(huán)腔內充滿工作液體。利用工作液體的旋轉運動和沿工作輪葉片流道的流動，形成一個復合運動，用來實現(xiàn)能量的傳遞與轉換。發(fā)動機以等速和大致接近于常數的轉速驅動泵輪，使其機械能通過泵輪的轉動而被轉換成液體能，液體高速地流入渦輪，在渦輪葉片中的運動推動渦輪轉動，使液體的動能又被轉換成機械能，功率由渦輪軸輸出；從渦輪

17、流出的液體經導輪變換液流方向后又流入泵輪，如圖1.3與1.4所示。圖1.3 液力變矩器工作原理1泵輪；2渦輪；3導輪圖1.4 液力變矩器工作原理圖(a) nb=常數，nt=0時；(b)nb=常數，nt逐漸增加時 因此，可以把變矩器中的基本流動看成是在一個環(huán)形空間中的連續(xù)運動，并可推想出變矩器循環(huán)腔的兩個重要性能。 每秒內流過各葉輪的總流量是相等的。 任何變矩器循環(huán)腔的結構，都要保證液流在一次循環(huán)流動的整個過程中，其流動方向改變360。由歐拉方程，轉矩為T= （1.1） 從上式可知，所有葉輪上的轉矩，都是由出口和入口間的環(huán)量差形成的。而在穩(wěn)定工況下，所有葉輪中的環(huán)量差的總和是等于零的。這就表明，

18、變矩器中某處環(huán)量的增大，必然意味著在另外一處的環(huán)量是在減小，反之亦然。與環(huán)量差的總和等于零一樣，所有葉輪中的轉矩之和亦等于零，即 （1.2）或 （1.3）這就清楚地表明，為了要起“變矩”的作用，就必須要有導輪。在一般工況 （1.4）所以 （1.5）即渦輪轉矩一般要比泵輪轉矩大，這就是液力變矩器為什么能夠增大輸出轉矩的原因。一般在渦輪制動(失速)工況下，輸出轉矩可增大至26倍左右。1.3 液力變矩器分類液力變矩器的結構型式是多種多樣的，這一方面反映了液力變矩器在結構方面的進步和發(fā)展，另一方面也反映了不同車輛和機械對液力變矩器有著不同的性能要求，這兩方面的原因導致液力變矩器在性能和結構上的多樣性。

19、液力變矩器的“級”是指安置在泵輪與導輪或導輪與導輪之間彼此剛性相連的渦輪數。液力變矩器的“相”是指在液力變矩器中，由于單向離合器或制動器等機構的作用，使工作元件的功用隨之改變，變矩器由于這種改變而得到不同的幾種功用，即稱之為幾相。根據現(xiàn)有的統(tǒng)計資料，根據液力變矩器結構和性能特點，可按如下幾種情況進行分類。根據工作輪在循環(huán)腔中排列的順序分為BTD型和BDT型兩類液力變矩器。在 BTD型液力變矩器中，渦輪的旋轉方向一般為正向(與泵輪同向旋轉)，稱正轉液力變矩器。在BDT型液力變矩器中，容易使渦輪和泵輪的旋轉方向相反，常用做反轉液力變矩器。根據液力變矩器中在泵輪與導輪或導輪與導輪之間剛性連接在一起的

20、渦輪的數目，可分為單級、兩級、三級及多級的液力變矩器。根據單級液力變矩器中導輪的數目，可分為單導輪和雙導輪的。根據液力變矩器中泵輪的數目，可分為單泵輪和雙泵輪的。根據液力變矩器中渦輪的數目，分為單渦輪和雙渦輪的。根據液力變矩器中各工作輪的組合和工作狀態(tài)不同，液力變矩器可能實現(xiàn)的本質不同的液力傳動的形態(tài)數目可分為單相、兩相及多相的。根據液力變矩器中渦輪的型式不同，可分為軸流式、離心式和向心式渦輪的。根據液力變矩器的泵輪和渦輪能否閉鎖成一體工作，可分為閉鎖式和非閉鎖式的。 根據液力變矩器的特性是否可以控制，可分為可調和不可調的兩種圖1.5 液力變矩器常用結構示意圖1.3.1 BTD型和BDT型液力

21、變矩器BTD型正轉液力變矩器和BDT型反轉液力變矩器見圖1.6中的(a)和(b)。對BTD型液力變矩器，從液流在循環(huán)腔中的流動方向看，導輪在泵輪之前，泵輪出口的液流直接沖擊渦輪，由于泵輪出口液流絕對速度圓周分量vuB2方向常與泵輪圓周速度方向相同，因而液流沖擊渦輪使渦輪同向旋轉。而BDT型液力變矩器，導輪在泵輪之后，渦輪在泵輪之前。由泵輪流出的液流首先沖擊導輪，然后沖擊渦輪，由于液流經過導輪后，導輪改變了液流的方向，因而液流沖擊渦輪時，使其旋轉方向與泵輪旋轉方向相反。圖1.6 B-TD和BD-T型液力變矩器 在失速工況時，由圖1.6上液流動量矩的變化來看，BTD型變矩器可能獲得的失速變矩比要比

22、BDT型變矩器可能獲得的失速變矩比大。 此外，在BTD型液力變矩器中，泵輪入口液流情況完全取決于置放在它前面的導輪的出口液流的情況，而導輪是固定不動的，因此，泵輪的轉矩TB將只與泵輪的轉速nB和流量Q有關，當泵輪轉速nB一定時，TB只與流量Q隨工況的變化有關。由于渦輪的型式不同，BTD型液力變矩器具有不同的流量變化特性，因而BTD型液力變矩器可具有多種透穿性能。 對于BDT型液力變矩器，泵輪入口液流的情況完全取決于置放在它前面的渦輪出口情況，而渦輪的轉速nT在整個工況中是變化的。因此泵輪的轉矩TB在不同的工況下，不僅受流量Q的變化影響，而且受渦輪轉速nT變化的直接影響，這也可由BDT型液力變矩

23、器的泵輪轉矩計算公式看出。 (1.6)式中，T為負值，當nB為常數，假定Q常數，隨著nT絕對值減少，TB也減少。因此，BDT型液力變矩器常具有較大的負透穿性。此外，BDT型液力變矩器在泵輪入口和渦輪人口處隨著渦輪轉速的變化，液流方向變化劇烈，因此沖擊損失增大，所以這種液力變矩器的效率較BTD型液力變矩器低。目前，在各種車輛上應用較廣泛的是各種類型的正轉BTD型液力變矩器。而在個別液力機械變矩器中，為了解決雙流傳動中的功率反傳現(xiàn)象，采用BD-T型液力變矩器。圖1.7 BDT型反轉液力變矩器的結構簡圖和原始特性曲線。圖1.8 BTD型正轉液力變矩器的結構簡圖及原始特性曲線。根據上述比較本課題采用B

24、TD型正轉液力變矩器的結構。1.3.2 三元件單級兩相液力變矩器為典型轎車上裝用的三元件單級綜合式液力變矩器結構，它的導輪裝配在超速離合器上，把變矩器與耦合器的特點綜合在一起成為單級兩相液力變矩器。它在整個轉速比范圍內能得到更合理的效率特性，在高轉速比時能得到高的傳動效率，*可達85%93%，max=97%，k0值為1.92.5。三元件變矩器結構最簡單，工作可靠、性能良好，這種液力變矩器不但在小轎車上應用極廣，而且在大客車上也得到了采用。其泵輪與渦輪多為薄鋼板沖壓件，也有采用鋁合金鑄件的。導輪是鑄件，一般采用鋁合金壓力鑄造或精密鑄造。圖1.9 三元件單級兩相液力變矩器特性本課題采用此液力變矩器

25、的結構。1.3.3 四元件單級三相液力變矩器四元件單級三相液力變矩器是把兩個變矩器和一個耦合器的特點綜合在一起而成的單級三相變矩器，即三種變矩器工況：D與D均固定；D松脫、D固定，一種耦合器工況；D與D均松脫自由轉動。這種結構可獲得較高的k0，同時又使高效率范圍擴大。在0m1區(qū)段，兩個導輪均未轉動，從渦輪出口流出的液流沿兩個導輪D和D的工作面流動，液流的作用力矩使D和D都被卡住，這時液力變矩器是一個簡單的三工作輪變矩器。當渦輪轉速進一步增大時，即升高時， m1，液流沖擊D的前面，而對D仍是沖擊工作面，因此D脫開而D仍然卡死，這時變矩器是以BTD所組成的三工作輪工作。當速比繼續(xù)增高到 m2時，D

26、也開始自由旋轉，而呈偶合器工況。D和D導輪嚴格地在不同的速比值下依此開始旋轉，這是由D和D葉片入口角（）所決定的。這種變速器的優(yōu)點是高效率區(qū)擴大，但由于兩個導輪引起液力損失較大，使最高效率不如單級兩相變矩器的高。由于轎車經常處于高速比下工作，三元件液力變矩器得到廣泛應用圖1.10 四元件單級三相液力變矩器簡圖及特性（a）結構圖；（b）特性圖1.3.4 單級四相液力變矩器單級四相液力變矩器是多泵輪液力變矩器，屬多相液力變矩器的一種，采用兩個泵輪的目的是可以提高低速比時的效率，輔助泵輪B位于主泵輪B之前，它在低速比時空轉以減小沖擊損失。在低速比時，D出口液流方向為=0和=1，此時B在超速離合器上相

27、對于B自由旋轉，減少了泵輪入口的沖擊損失，提高了此速比區(qū)間的效率；而在12區(qū)間時，B與B成一體旋轉，5個工作輪都工作，使該區(qū)間效率達到最佳；當2 m后，D也脫開而轉入耦合器工況，此時B和B及T3個工作輪工作?？梢娫撔妥兙仄鬟M一步擴大了高效率范圍。圖1.11 單級四相雙泵輪液力變矩器簡圖與特性1.3.5 常用液力變矩器比較表1.1 車用液力變矩器的K0與*的比較種類特性三元件單級二相四元件單級三相四元件雙級二相六元件三級K01.72.6243545*89%93%86%90%80%87%80%86%1.4 其它傳動方式無級變速裝置除了有些無級變速器（CVT）的結構外，其他的自動變速器都采用變矩器把

28、發(fā)動機的動力傳遞給變速器。無級變速器是一種結構緊湊的變速器，它利用帶和帶輪使變速器的轉矩增大，與車輛的需要相匹配。這些變速器沒有固定的傳動比。而是根據發(fā)動機的轉速和負荷改變主動帶輪和從動帶輪的尺寸。這就提供了連續(xù)可變的傳動比。不同的制造商采用的無級變速器結構基本相同。制造商之間主要的結構差異把發(fā)動機轉矩傳遞給變速器的方法有關。有些制造商采用變矩器，有些不采用。新型的本田Civics采用無級變速器，這些車輛沒有裝備變矩器。驅動橋有一個內部的啟動離合器，它允許車輛在掛上擋的情況下保持怠速。為把發(fā)動機轉矩傳遞給變速器，采用了電磁離合器。離合器控制裝置控制它的工作。離合器控制裝置響應各種傳感器的輸入，

29、改變電流使電磁離合器通電和斷電。這些傳感器包括制動開關、加速踏板開關和限止開關。制動開關在車輛減速或將要停止時使離合器斷電。控制裝置利用加速踏板開關的輸入改變電磁離合器的電流，并且給變速器中的可調節(jié)帶輪發(fā)送信號。在選擋操縱手柄位于P或N位置時，限止開關防止離合器接合。電磁離合器通電時，發(fā)動機轉矩被傳輸到變速器輸入軸和主動帶輪。變速器輸入軸的一端有變速器的油泵；因此，離合器控制裝置間接控制變速器的油壓。油泵產生的油壓用于控制主動帶輪和從動帶輪。移動兩個帶輪可以改變它們的有效直徑，因而影響傳動比。1.5 發(fā)展趨勢電磁離合器電磁離合器由磁粉制成的電磁離合器。其中的電磁離合器是一種借助磁粉依靠自身的電

30、磁力傳遞轉矩的裝置，在離合器主、從動部分之間的密閉空腔內，放置有3050m的磁化鋼微粒（磁粉顆粒），密閉的空腔外纏繞著線圈，線圈通電后呈分散狀態(tài)的磁粉在磁場作用下開始“凝固”，也即磁粉在磁場中形成磁鏈，離合器主動與從動部分開始“接合”。通電電流越大，磁鏈數目越多，磁鏈的強度也越大，所以電磁離合器傳遞轉矩的能力也越強。當電流大到能夠使離合器主動與從動部分牢固接合在一起時，離合器便完全接合。因為磁粉的粘結力正比于線圈中的電流值，所以可以利用發(fā)動機油門開度與車速等參數控制線圈中電流的大小和通電時間的長短，達到對離合器結合時間和結合里控制的目的。電磁離合器結構簡單，易實現(xiàn)轉矩平穩(wěn)增長控制；由于主從動部

31、分無接觸，故能夠允許主動與從動部分存在較長時間的滑磨，同時幾乎不存在磨損；而且由于電磁鐵與從動轂之間的間隙在工作中不發(fā)生變化，故無需間隙調整。因此它不僅解決了車輛的起步問題，還可以防止變速時的爬行，消除偶合器因滑轉損失造成的低效率。但是它對磁粉材料的化學物理性能穩(wěn)定有較高要求。2 液力變矩器性能計算2.1 液力變矩器的外特性計算圖2.1 液力變矩器的外特性曲線液力變矩器的外特性是指在泵輪轉速nB (或泵輪轉矩TB)一定時, 泵輪轉矩TB(或泵輪轉矩nB)、渦輪轉矩TT及變矩器效率隨渦輪轉速nT的變化規(guī)律，即TB=TB（nT）、TT=TT（nT）和=（nT）。對于已有的液力變矩器，其外特性曲線可

32、由臺架試驗獲得。圖2.1所示為簡單液力變矩器的外特性曲線。液力變矩器的透穿性是指液力變矩器渦輪軸上的轉矩和轉速變化時泵輪軸上的轉矩和轉速相應變化的能力。其反映了液力變矩器和發(fā)動機共同作用的特性。當渦輪軸上轉矩變化時，對具有非透穿性能的液力變矩器，則泵輪的轉矩和轉速均不變，反映了發(fā)動機與這種液力變矩器共同工作時，不管外載荷如何變化，當發(fā)動機油門一定時，發(fā)動機將始終在同一工況下工作。對具有透穿性能的液力變矩器，當渦輪軸上轉矩變化時，將引起泵輪轉矩和轉速的變化，反映了發(fā)動機與這種液力變矩器共同工作時，發(fā)動機油門雖不變，而外載荷變化時，發(fā)動機工況也發(fā)生變化。因此，液力變矩器的透穿性表明了外載荷的變化能

33、不能透過渦輪影響泵輪(即發(fā)動機)工作的特性。渦輪轉矩-TT隨渦輪轉速nT的增加而減小。當nT0時，-TT大大超過TB達最大值。當nTnTmax，即渦輪空轉的最大轉速時，-TT0。 液力變矩器的效率等于渦輪輸出功率PT與泵輪輸人功率PB之比，即 （2.1）式中 K 液力變矩器的變矩系數，； i 液力變矩器的轉速比，；液力變矩器的效率曲線在nT0時，由于輸出功率PTTTT0，所以0。隨著nT的增加，逐漸上升，并在nTnT*時達到最大值*，此后，隨著nT的增大，由于TT的急劇下降，逐漸下降。在nTmax時，由于TT0，此時輸出功率PTTTT0，所以又等于零。的變化反映了液力變矩器在能量傳遞和轉換過程

34、中總能量損失的變化規(guī)律。 在液力變矩器的使用過程中，泵輪轉速nB可能是變化的(即發(fā)動機油門開度是變化的)，為了獲得在不同泵輪轉速nB時液力變矩器的外特性，需要繪制液力變矩器的通用外特性曲線。液力變矩器的通用外特性是指在不同泵輪轉速nB下所獲得的無數組液力變矩器外特性曲線的綜合圖，其形狀如圖2.2圖2.2液力變矩器的通用外特性曲線由于已知DS=355mm型液力變矩器參數，我采用此形狀現(xiàn)有的變矩系數。由于 （2.2）則 當i=0.82時取得由泵輪轉矩公式： （2.3）故 TB=Q(vuB2rB2-vuB1rB1) （2.4）參考305mm的液力變矩器得數據：vuB1rB1=1.0561 vuB2r

35、B2=3.7132則由式Q=115.1919根據相似原理可以確定兩個相似的液力元件間各種線性尺寸、各種速度和轉速之間的關系 （2.5） （2.6） 式(2.5)和式(2.6)中，下標M表示模型液力元件；下標S表示實物液力元件；下標B、T、D分別表示泵輪、渦輪和導輪；D為液力元件循環(huán)圓有效直徑；n為液力元件轉速。 （2.7） （2.8） （2.9）由有效直徑為305mm的液力變矩器得數據：vuB1rB1=1.0561 vuB2rB2=3.7132vuD1rD1=0 vuD2rD2=1.3776且vuT1rT1= vuB2rB2vuD1rD1= vuT2rT2則由式2.9可得vuB2rB2=3.9

36、714vuT1rT1=3.9714vuD1rD1=0vuT2rT2=0vuD2rD2=1.4734vuB1rB1=1.4734則由式2.4可得TT=Q(vuT2rT2-vuT1rT1)=-457.473TD=Q(vuD2rD2-vuD1rD1)=169.72372.2 液力變矩器的原始特性計算 由于液力變矩器的外特性和通用特性都是在液力變矩器一定型式和有效直徑D下獲得的，因此，即使對同一類型的液力變矩器，當D和nB變化后，其外特性曲線和通用特性曲線都完全不同。為了表示液力變矩器的性能，廣泛采用原始特性。 液力變矩器的原始特性反映泵輪轉矩系數B、效率、變矩系數K隨轉速比i的變化規(guī)律，即BB (i

37、)、KK(i)和(i)。 幾何相似、運動相似和動力相似的一系列液力變矩器有相同的原始特性。 根據相似原理和葉輪機械的基本理論，對于幾何相似的液力變矩器的泵輪和渦輪，分別可得其轉矩系數為： （2.10） （2.11） 泵輪轉矩系數B的物理意義是：當D1m，nBlrmin及g1Nm3時，液力變矩器泵輪上的轉矩。它基本上與液力變矩器的大小、轉速的快慢和工作液體的密度無關，因此用它來比較液力變矩器的容量。B的量綱為min2(r2m)。對相似的液力變矩器，同一轉速比有相等的B。 液力變矩器的原始特性曲線(圖2.3)可根據試驗得出的液力變矩器外特性按下列公式計算繪制得出 （2.12）圖2.3 液力變矩器的

38、原始特性曲線因此，液力變矩器的原始特性能夠確切地表示一系列不同轉速、不同尺寸而幾何相似的液力變矩器的基本性能。在液力變矩器的原始特性上，可列出以下表征液力變矩器工作性能的特性參數： K0 失速(零速)工況i0時的變矩系數；B0 失速(零速)工況i0時的泵輪轉矩系數；P 正常工作允許的最低效率，對工程機械PO75，對汽車P0.80；Kp 與工作效率P對應的變矩系數；ip 與工作效率P對應的轉速比；* 液力變矩器的最高效率；B* 與最高效率*對應的泵輪轉矩系數；i* 與最高效率*對應的轉速比；ik 偶合器工況k1時的轉速比；Bk 偶合器工況k1時的泵輪轉矩系數；T 液力變矩器的透穿性系數；G 液力

39、變矩器高效范圍，Gip2ip1。由于已知DS=355mm型液力變矩器參數，我采用此形狀現(xiàn)有的變矩系數。K=-2.3698i+2.8724 （2.13） （2.14） （2.15）則可畫出本課題所設計液力變矩器的原始特性曲線如圖2.4圖2.4 本課題所設計YJ355液力變矩器的原始特性曲線2.3 液力變矩器葉片進出口角的選擇 葉片參數對變矩器的性能存在著較大的影響。在所有葉片參數中對變矩器性能影響明顯的技術參數是葉片進出口角度。因此，在討論葉片參數對變矩器性能影響時主要討論葉片進出口角度對變矩器性能的影響。變矩器各工作輪葉片進出口角度是在計算工況時，各工作輪進口無沖擊損失條件下，利用轉矩公式計算

40、得出的。假如各工作輪出口偏離系數選擇不當，工作輪葉片角制造誤差過大，就會造成進口無沖擊工況的偏移，從而使變矩器性能惡化，設計工況偏移。 (1)泵輪葉片出口角B2對性能的影響(見圖2.5) 泵輪葉片出口角B2是影響變矩器性能的一個重要角度參數。啟動和運轉變矩器之所以具有不同的性能，其中主要一個因素就是各自具有不同的B2值。現(xiàn)有變矩器泵輪出口角B2一般在40120內。改變B2值對設計工況值的影響，比改變渦輪和導輪參數對設計工況值的影響還要顯著。隨著B2的增大，失速變矩比K0將增大，泵輪轉矩系數B、最高效率*和透穿度丁以及偶合器工況點的效率則均將降低。 (2)泵輪葉片進口角B1對性能的影響 隨著泵輪

41、葉片進口角B1的增大，失速變矩比K0將減小，而變矩器及偶合器工況范圍內的效率則有所改善。 (3)渦輪葉片出口角T2對性能的影響 隨著渦輪葉片出口角T2的增大，失速變矩比K0將增大。但是T2不能無限制增大，因為T2過大，將使液流受到過大的阻塞，反而達不到預期的效果，同時改變T2也將影響到流量，一般認為T2152。 (4)渦輪葉片進口角T1對性能的影響在保持其他參數不變情況下，改變T1實際上就是改變同一轉速比下渦輪進口處的沖擊損失，也等于改變渦輪葉片的彎曲度。減小T1，葉片彎曲度增大，失速變矩比可提高，設計工況向低轉速比范圍移動。圖2.5 泵輪出口角對變矩器性能的影響圖2.6 導輪出口角對變矩器效

42、率和變矩比等的影響 (5)導輪葉片出口角D2對性能的影響(如圖2.6)導輪葉片出口角D2直接影響到泵輪進口處的速度環(huán)量。當其他條件不變時，改變D2會影響泵輪轉矩和泵輪進口沖擊損失。但與改變B1，T1和D1對性能的影響有所不同。這是由于導輪為靜止葉柵，而位于其后的泵輪又是恒速運轉，因此增大或減小D2，對設計工況的移動，不會有明顯影響，但能影響泵輪進口速度環(huán)量，從而影響泵輪轉矩系數。 (6)導輪葉片進口D1對性能的影響減小導輪葉片進口D2，可以使設計工況左移。為此參考以上的理論進行本課題的葉片進出口選擇。表2.1 本課題液力變矩器葉片進出口角的選擇葉片名稱進口角出口角泵輪105110渦輪32150

43、導輪90222.4 有效直徑的選擇及工藝對變矩器性能的分析 隨著變矩器尺寸的加大，它的效率可以提高，這是由于尺寸的加大可使相對粗糙度減小，摩擦損失減少所致。圖2.7(b)示出了變矩器的最高效率隨其D值的增大而提高的情況；圖2.7(c)則示出失速變矩比相同時尺寸增大與渦輪轉矩的關系曲線圖2.7 效率和變矩比隨D值的增大而提高的關系根據圖2.7及某些試驗資料，當有效直徑D從300340mm增大到D420480mm時，*可增高12，K0增高的比值則更大一些。 工藝因素對變矩器特性也有明顯的影響。例如一種工程機械綜合式變矩器的渦輪出口角在制造偏差為1時，就使效率變化0.5，使K0變化2.5。因此，保證

44、葉片進、出口角的誤差在一定范圍內，將對變矩器的性能起決定性影響。葉片間流道的表面粗糙度如能達到或低于Ra1.6m，一般已滿足要求。粗糙度再低些對效率的提高不甚顯著，因此不必對其提出過高的要求。2.5 葉片數Z的選擇 較多的葉片數，使液流趨向于較有效的偏轉，但也增加循環(huán)液流的排擠。在較高的轉速比時，較多的葉片數趨向于減少滑轉，有利于偶合器工況，而低速工況則將增加液流的堵塞。在低轉速時，較少的葉片數卻能增加循環(huán)液流的速度，導致轉矩的增大，見圖2.8。圖2.8 葉片數z對p的影響1-內環(huán)；2-外環(huán)。 綜合式液力變矩器最佳葉片數的選擇，可按如下步驟進行。首先，由無沖擊進口計算工況(0.4和0.7)的損

45、失系數的變化來確定葉片數。其次，根據葉片生產的工藝特點及液力變矩器在車輛中的工作條件對葉片數加以修正。根據圖中所得的最佳葉片數及按工藝條件加以修正的結果，列于表2.2。表2.2 綜合式液力變矩器最佳葉片數選擇參考葉片數Z葉輪最佳葉片數范圍備注泵輪2428渦輪2632考慮到制造工藝上的困難，在2025內選取為宜第一導輪1420第二導輪2023根據以上理論公式，本課題所設計泵輪葉片數目取：24；渦輪葉片數目取：24；導輪葉片數目取：14。3 液力變矩器循環(huán)圓設計液力變矩器設計在此主要指變矩器循環(huán)圓設計、葉片設計以及一些關鍵部件的設計。由于液力變矩器的葉片直接影響到變矩器的性能參數，因此液力變矩器設

46、計的關鍵是葉片設計。同時，變矩器軸向力、結構布置等技術參數對變矩器的性能也有較大的影響，因此在變矩器設計時要考慮這些因素。為此，先進行循環(huán)圓設計。3.1 液力變矩器循環(huán)圓定義過液力變矩器軸心線作截面，在截面上與液體相接的界線形成的形狀，稱為循環(huán)圓。由于對軸線對稱，一般僅畫出軸線上的一半，見圖3.1。循環(huán)圓實際是工作液體，在各工作輪內循環(huán)流動時流道的軸面形狀，工作液體循環(huán)流動是一個封閉的軌跡，因而起名為循環(huán)圓。 循環(huán)圓是由外環(huán)、內環(huán)、工作輪的入口邊和出口邊組成的。外環(huán)是循環(huán)流體的外圈，內環(huán)是循環(huán)流體的內圈，入口邊和出口邊是各工作輪內葉片的入口邊和出口邊的軸面投影。此外，在循環(huán)圓上，還表示出中間流

47、線(或稱設計流線)。中間流線在液力變矩器內是無形存在的，設計時是要用到的。中間流線可以根據外環(huán)與中間流線的過流面積，和中間流線與內環(huán)的過流面積相等的原則求出。循環(huán)圓的最大直徑，稱為液力變矩器的有效直徑D。它是液力變矩器的特性尺寸。最大半徑為Ra。循環(huán)圓外環(huán)的最小直徑為d0，最小半徑為R0。循環(huán)圓寬度為B。各工作輪葉片入口和出口在中間流線上的半徑為Rn1、Rn2。圖3.1 液力變矩器循環(huán)圓定義3.2 循環(huán)圓形狀的選擇液力變矩器的循環(huán)圓按照外環(huán)形狀可分為圓形(扁圓形)、蛋形、半蛋形和長方形循環(huán)圓四種，如圖3.2圖3.2 液力變矩器循環(huán)圓形狀按照一維束流理論，循環(huán)圓形狀對液力變矩器的性能沒有影響。液

48、力變矩器性能僅與工作輪出、入口半徑、葉片角、流道截面積等參數有關。但是循環(huán)圓形狀對液力變矩器結構尺寸和工作輪制造有很大影響。圓形循環(huán)圓 汽車型單級液力變矩器大多采用這種循環(huán)圓。這種循環(huán)圓形狀的液力變矩器，其工作輪可采用沖壓焊接制造或鑄造，泵輪和渦輪完全對稱布置，導輪布置在內徑處，便于安裝單向離合器，最適合于綜合式液力變矩器。由于軸向尺寸的限制，轎車變矩器循環(huán)圓已發(fā)展為扁圓型。本設計采用此循環(huán)圓形狀。蛋形循環(huán)圓 部分工程車輛使用的液力變矩器屬于這種循環(huán)圓。這種循環(huán)圓的寬度與直徑之比較小，泵輪和渦輪形狀較扁平，葉片形狀可設計成接近于流線型和圓柱形，便于鑄造時用葉片為模具制作型芯，提高生產率。半蛋形

49、循環(huán)圓 葉片彎曲比較大的渦輪和導輪布置在直線部分，其葉片一般設計為流線型的圓柱形葉片，這樣可以用銑削加工的方法制造工作輪，以提高葉片和流道的表面質量，從而提高液力變矩器的效率。長方形循環(huán)圓 常見于機車型液力變矩器。這種循環(huán)圓中的渦輪和導輪一般均布置在循環(huán)圓的直線段，以便于采用銑削加工葉片工作輪，以提高液力變矩器的效率。后兩類循環(huán)圓形狀適用于離心式渦輪單級液力變矩器和多級液力變矩器，不大適用于綜合式液力變矩器，因為單向離合器安裝困難。設計液力變矩器的循環(huán)圓時，可以根據使用場合、制造情況和設計資料來選擇循環(huán)圓的形狀。圓形循環(huán)圓變矩器的空間能得到充分利用，幾乎沒有無葉片區(qū)，所以在與長方形循環(huán)圓變矩器

50、傳遞相同功率條件下，其幾何尺寸小，結構緊湊。但圓形循環(huán)圓在多數情況下，須采用混流式葉輪，即液流在工作輪葉片流道內既有軸向流動又有徑向流動，其葉片為空間扭曲型，工藝性差，制造困難，葉形尺寸精度難以保證；而長方形循環(huán)圓的葉片形狀多為柱狀單曲葉片，工藝性較好。故本設計采用圓形循環(huán)圓形狀。3.3 工作輪在循環(huán)圓中的排列位置由于在循環(huán)圓中的排列位置的不同，變矩器有下列幾種型式的工作輪。徑流式 這種工作輪從軸面圖(即沿變矩器旋轉軸心線的截面)看，液流沿著葉片半徑方向流動。若液流從小半徑向大半徑方向流動，稱為離心式工作輪；反之，稱為向心式工作輪。徑流式工作輪均為單曲葉片。軸流式 這種工作輪從軸面團看，液流在

51、葉片流道內軸向流動?；炝魇?這種工作輪從軸面圖看，液流在工作輪流道內既有軸向流動又有徑向流動，它的葉片均為空間扭曲葉片。圓形循環(huán)圓變矩器在多數情況下，采用混流式工作輪；長方形循環(huán)圓變矩器除了泵輪之外，其余工作輪多采用徑流式或軸流式工作輪。目前通常用的汽車和工程機械用變矩器大多數按照泵輪渦輪導輪的順序排列。 圖3.2 單級變矩器工作輪位置3.4 循環(huán)圓形狀設計液力變矩器循環(huán)圓的設計，常常根據樣機進行仿形設計，或根據經驗來設計，即沒有一定之規(guī)。這里將通過對現(xiàn)有液力變矩器的循環(huán)圓形狀(主要是圓形的)進行分析，以得到一定規(guī)律。根據這些規(guī)律建立數學模型，再應用微機計算與繪圖。對國內、外各公司、廠家生產的

52、18種運輸車輛和工程車輛應用的液力變矩器的循環(huán)圓(圓形)進行分析的結果，得到下列一些結論：(1) 循環(huán)圓形狀對其中線(見圖3.1)是對稱的。(2) 循環(huán)圓的外環(huán)和內環(huán)一般是由一段、二段或三段圓弧組成的。其統(tǒng)計比例，見表3.1。表3.1 圓形循環(huán)圓不同組成比例循環(huán)圓形狀一圓弧二圓弧三圓弧外環(huán)39%11%50%內環(huán)17%11%72% 由表3.1可以看出，圓形循環(huán)圓的外環(huán)大多數是由三段圓弧連成的， 由一段圓弧即圓形的次之，由二段圓弧組成的極少。由三段圓弧組成的純圓形外環(huán)，其眾d0D值較小，d0D 0.30.32，較多地用于輕型客車的沖擊葉片和殼體的液力變矩器循環(huán)圓，工作輪便于制造。大多數循環(huán)圓形狀，

53、是由三段圓弧組成的，呈扁圓形，d0D0.3。 (3)循環(huán)圓由13段圓弧組成，其第一、三段圓弧圓心位置絕大多數在中線上，見表3.2。也有少數不在中線上，而在中線之兩側，主要目的是使循環(huán)圓的形狀更扁一些，如美國A11ision公司的產品均是如此。第二圓弧段的圓心，都不在中線上。表3.2 圓形循環(huán)圓圓弧中心位置外環(huán)內環(huán)第一段圓弧第三段圓弧第一段圓弧第三段圓弧圓心在中線上83%83%83%83%圓心不在中線上17%17%17%17% (4)循環(huán)圓的寬度B隨d0D的增大而減小(見圖3.3)，接近直線關系。對于一般的液力變矩器來說，d0D0.280.48，相應的B/Ra0.720.57。其近似公式為B/Ra0.91430.7143d0D （3.1）循環(huán)圓比較扁的，B/Ra要大于利用上述近似公式計算得到的值。(5)外環(huán)第一