液力變矩器畢業(yè)論文

1、摘 要液力變矩器具有的優(yōu)良特性，自動(dòng)適應(yīng)性、無級(jí)變速、良好穩(wěn)定的低速性能、減振隔振及無機(jī)械磨損等，是其它傳動(dòng)元件無可替代的。歷經(jīng)百年的發(fā)展，液力變矩器的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，從汽車、工程機(jī)械到石油、化工、礦山、冶金機(jī)械等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了CL315液力變矩器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是指變矩器的循環(huán)圓設(shè)計(jì)、葉片設(shè)計(jì)、特性計(jì)算、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及一些關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)，由于葉片參數(shù)直接影響到變矩器的性能，因而是液力變矩器的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是葉片設(shè)計(jì)，葉片設(shè)計(jì)的方法有很多，本次葉片設(shè)計(jì)采用的是環(huán)量分配法。液力變矩器 葉片設(shè)計(jì) 環(huán)量分配法Abstract Blade design ; Centr

2、al volume of distribution method目錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒論11.1液力變矩器綜述11.2液力變矩器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3液力變矩器設(shè)計(jì)方法研究進(jìn)展21.4本課題研究的意義目的3第2章 液力變矩器的基本知識(shí)52.1 液力變矩器的構(gòu)造52.2液力變矩器的工作原理62.3液力變矩器中循環(huán)流量的確定7通流損失7沖擊損失82.4 液力變矩器幾何參數(shù)的計(jì)算11計(jì)算工作輪特性參數(shù)和幾何參數(shù)的關(guān)系11第3章 液力變矩器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)133.1 設(shè)計(jì)方法133.2循環(huán)圓的確定153.3葉片的設(shè)計(jì)17泵輪葉片的設(shè)計(jì)17渦輪葉片設(shè)計(jì)21導(dǎo)輪葉片設(shè)計(jì)24結(jié) 論26參考文獻(xiàn)

3、27致 謝28第1章 緒論1.1液力變矩器綜述液力變矩器是以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性扭矩變換器，是液力傳動(dòng)的型式之一。液力變矩器具有的優(yōu)良特性，自動(dòng)適應(yīng)性、無級(jí)變速、良好穩(wěn)定的低速性能、減振隔振及無機(jī)械磨損等，是其它傳動(dòng)元件無可替代的。歷經(jīng)百年的發(fā)展，液力變矩器的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，從汽車、工程機(jī)械到石油、化工、礦山、冶金機(jī)械等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。液力變矩器的流場理論、設(shè)計(jì)和制造、實(shí)驗(yàn)等研究工作，近年來，也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。 國外已普遍將液力傳動(dòng)用于轎車、公共汽車、豪華型大客車、重型汽車、某些牽引車及工程機(jī)械等。圖1-1液力變矩器示意圖1.2液力變矩器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自液力變矩器產(chǎn)生開始，

4、研究者們就沒有停止過對(duì)其性能的研究。這使得液力變矩器的性能不斷提高，基本上，液力變矩器的開發(fā)和設(shè)計(jì)師伴隨著人們對(duì)流體力學(xué)知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)、計(jì)算機(jī)知識(shí)以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件的改善而不斷提高的。其開發(fā)設(shè)計(jì)過程大致可以分為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和理設(shè)計(jì)及兩個(gè)方面，當(dāng)然這兩個(gè)方面是相輔相成的。我國在50年代就將液力變矩器應(yīng)用到紅旗牌高級(jí)轎車上，70年代又將液力變矩器應(yīng)用于重型礦用汽車上。目前，我國車輛液力變矩器主要應(yīng)用于列車機(jī)車、一些工程機(jī)械和新一代的主戰(zhàn)坦克及步兵戰(zhàn)車等車輛上。液力傳動(dòng)在國內(nèi)工程機(jī)械上的應(yīng)用始于60年代，由天津工程機(jī)械研究所和廈門工程機(jī)械廠共同研制的ZL435裝載機(jī)上的液力傳動(dòng)開始的。80年代由天津工程機(jī)

5、械研究所研制開發(fā)了"YJ單級(jí)向心渦輪液力變矩器葉柵系統(tǒng)"和"YJSW雙渦輪液力變矩器系列"。兩大系列目前已成為我國國內(nèi)工程機(jī)械企業(yè)的液力變矩器的主要產(chǎn)品。其產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。80年代北京理工大學(xué)為軍用車輛研制開發(fā)了Ch300、Ch400、Ch700、Ch1000系列液力變矩器，突破大功率、高能容、高轉(zhuǎn)速液力變矩器的設(shè)計(jì)與制造關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到國際先進(jìn)水平，滿足了軍用車輛的使用要求。一些合資企業(yè)生產(chǎn)的轎車和重型載重車等也應(yīng)用了進(jìn)口的液力變矩器。同國外相比，我國車輛應(yīng)用液力變矩器雖然有了一定基礎(chǔ)，但應(yīng)用范圍窄，數(shù)量較小，在中型載貨汽

6、車、公共汽車、越野汽車等車輛上沒有應(yīng)用或應(yīng)用極少。西部大開發(fā)和我國經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展，交通運(yùn)輸、水利水電、建筑業(yè)、能源等領(lǐng)域?qū)⑹前l(fā)展重點(diǎn)，因此液力變矩器在我國有廣闊的市場。1.3液力變矩器設(shè)計(jì)方法研究進(jìn)展 液力變矩器的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有葉柵進(jìn)、出口參數(shù)設(shè)計(jì)，液流流道設(shè)計(jì)，特性計(jì)算，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)。葉柵進(jìn)、出口參數(shù)設(shè)計(jì)是指根據(jù)給定的性能指標(biāo)確定最佳的葉柵進(jìn)、出口參數(shù)，包括流道的進(jìn)、出口寬度和半徑以及葉片的進(jìn)、出口角度和厚度。目前采用的設(shè)計(jì)方法有三種：基型設(shè)計(jì)法、統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法和基于流場理論的設(shè)計(jì)法?；驮O(shè)計(jì)法選擇性能與設(shè)計(jì)要求接近的液力變矩器作為設(shè)計(jì)基型，循環(huán)圓的形狀，葉輪的布置，葉片的形狀，葉片

7、的數(shù)目，各種計(jì)算系數(shù)均參考基型選擇，幾何尺寸按相似原理進(jìn)行確定。統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法根據(jù)現(xiàn)有液力變矩器的種類和性能指標(biāo)，有針對(duì)性地進(jìn)行綜合分析，統(tǒng)計(jì)出液力變矩器的性能、葉輪尺寸及葉片角度的關(guān)系，制定出圖表或解析式作為設(shè)計(jì)的參考。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)性能要求選定一些參數(shù)作為設(shè)計(jì)計(jì)算的初始點(diǎn)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表或解析式確定所設(shè)計(jì)的液力變矩器的各項(xiàng)參數(shù)?；诹鲌隼碚摰脑O(shè)計(jì)法根據(jù)流束理論及守恒定律建立葉柵進(jìn)、出口參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算的基本數(shù)學(xué)關(guān)系式，根據(jù)設(shè)計(jì)性能求及制造工藝條件建立約束方程，然后通過選擇合適的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化計(jì)算方法及初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。液流流道是由循環(huán)圓內(nèi)、外環(huán)曲面及葉片曲面組成的，其設(shè)計(jì)包括循環(huán)圓設(shè)計(jì)和葉片設(shè)計(jì)

8、。循環(huán)圓設(shè)計(jì)是確定循環(huán)圓的外環(huán)形狀、內(nèi)環(huán)形狀、設(shè)計(jì)流線形狀及葉片的進(jìn)、出口邊的軸面位置和形狀。葉片設(shè)計(jì)是在循環(huán)圓設(shè)計(jì)和葉柵進(jìn)、出口參數(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，葉片的形狀直接影響液流流道的形狀及葉輪的制造。葉片設(shè)計(jì)的方法可分為二維設(shè)計(jì)、準(zhǔn)三維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)。由于流場理論研究的制約，直接進(jìn)行葉片的準(zhǔn)三維設(shè)計(jì)和三維曲面設(shè)計(jì)困難較大，而且優(yōu)勢不是很明顯。目前廣泛應(yīng)用的葉片設(shè)計(jì)方法仍是環(huán)量分配法和投影于單柱面或多圓柱面的保角射影原理。王健等探討了液力變矩器葉片三維成型方法，提出了葉片三維成型方法的基本設(shè)計(jì)流程。通過對(duì)不同參數(shù)變化規(guī)律生成的泵輪、渦輪、導(dǎo)輪的葉型進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出液力變矩器葉片角變化對(duì)液力變矩

9、器性能影響的基本規(guī)律，通過 CAD/CFD 技術(shù)完成葉片的設(shè)計(jì)和相應(yīng)變矩性能的設(shè)計(jì)計(jì)算。才委等對(duì)液力變矩器的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法作了細(xì)致深入的研究，基于 W305 液力變矩器進(jìn)行了流場數(shù)值模擬以及流場特性分析，探討了葉型的三維設(shè)計(jì)方法，并且建立了液力變矩器的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法體系。何仁等探討了液力變矩器特性參數(shù)的優(yōu)化方法。魏巍等為實(shí)現(xiàn)液力變矩器葉柵的完全三維設(shè)計(jì)及其優(yōu)化開發(fā)了一套包含流束初值搜索、循環(huán)圓與葉形的參數(shù)化設(shè)計(jì)、網(wǎng)格劃分、流場分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化算法在內(nèi)的三維優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并為各環(huán)節(jié)開發(fā)了相應(yīng)設(shè)計(jì)工具。張錫杰等介紹了液力變矩器復(fù)雜葉柵測繪和反求的具體過程，通過硅橡膠制模、光柵掃描測繪、三坐標(biāo)測量等

10、方法獲得流道的形狀和位置，使用 Imageware 處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用 UG 完成最終的葉輪造型。趙罡等采用光電非接觸三坐標(biāo)掃描測量儀液力變矩器葉輪和葉片進(jìn)行了反求，解決了流道和葉片難以測量的問題；通過實(shí)驗(yàn)對(duì)液力變矩器外特性進(jìn)行反求，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，為內(nèi)特性反求提供了條件。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了流量特性、能頭特性、損失特性的反求。閆清東等提出變矩器葉柵的反向設(shè)計(jì)方法，對(duì)測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面重構(gòu)，并利用 UG/open API 對(duì)該方法進(jìn)行軟件的二次開發(fā)。李有義等研究了液力變矩器葉柵繪形的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，提出了液力變矩器葉柵繪形的三維模型設(shè)計(jì)方法。王健等探討了液力變矩器的 CAD/CFD/

11、CAM 一體化設(shè)計(jì)。這些研究成果表明：我國在液力變矩器設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段方面取得了較大進(jìn)步。1.4本課題研究的意義目的液力變矩器是以液體為介質(zhì)，利用液體的相互作用引起機(jī)械能與液體動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)換，通過液體動(dòng)量矩的變化來改變傳遞轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)裝置。液力變矩器是關(guān)鍵的動(dòng)力傳動(dòng)部件，可以保證系統(tǒng)平穩(wěn)起步、變速和變矩載荷的瞬態(tài)變化基本不會(huì)反映到動(dòng)力機(jī)上。其具有自動(dòng)適應(yīng)性、無級(jí)變速、良好穩(wěn)定的低速性能、過載保護(hù)性能，減振隔振及無機(jī)械磨損，降低沖擊等優(yōu)良特性，延長了動(dòng)力傳動(dòng)裝置的使用壽命，提高了乘坐的舒適性、安全性及通過性，因此廣泛應(yīng)用于汽車、軍用車輛、工程機(jī)械、石油、冶金、礦山及化工機(jī)械等領(lǐng)域，是車輛及工

12、程機(jī)械自動(dòng)變速系統(tǒng)的主要部件。通過對(duì)液力變矩器的研究，有助于車輛機(jī)械等更好更快的發(fā)展，從而給人們帶來便捷。第2章 液力變矩器的基本知識(shí)2.1 液力變矩器的構(gòu)造液力變矩器以液體作為介質(zhì)，傳遞和增大來自發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩。液力變矩器由可轉(zhuǎn)動(dòng)的泵輪和渦輪，以及固定不動(dòng)的導(dǎo)輪三元件構(gòu)成。各件用鋁合金精密鑄造或用鋼板沖壓焊接而成。泵輪與變矩器殼成一體。用螺栓固定在飛輪上，渦輪通過從動(dòng)軸與傳動(dòng)系各件相連。所有工作輪在裝配后，形成斷面為循環(huán)圓的環(huán)狀體。它有一個(gè)密閉工作腔，液體在腔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，其中泵輪、渦輪和導(dǎo)輪分別與輸入軸、輸出軸和殼體相聯(lián)。動(dòng)力機(jī)（內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)等）帶動(dòng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體從離心式泵輪流出，順次經(jīng)

13、過渦輪、導(dǎo)輪再返回泵輪，周而復(fù)始地循環(huán)流動(dòng)。泵輪將輸入軸的機(jī)械能傳遞給液體。高速液體推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，將能量傳給輸出軸。液力變矩器靠液體與葉片相互作用產(chǎn)生動(dòng)量矩的變化來傳遞扭矩。液力變矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的導(dǎo)輪。導(dǎo)輪對(duì)液體的導(dǎo)流作用使液力變矩器的輸出扭矩可高于或低于輸入扭矩，因而稱為變矩器。變矩系數(shù)隨輸出轉(zhuǎn)速的上升而下降。液力變矩器的輸入軸與輸出軸間靠液體聯(lián)系，工作構(gòu)件間沒有剛性聯(lián)接。液力變矩器的特點(diǎn)是：能消除沖擊和振動(dòng)，過載保護(hù)性能和起動(dòng)性能好；輸出軸的轉(zhuǎn)速可大于或小于輸入軸的轉(zhuǎn)速，兩軸的轉(zhuǎn)速差隨傳遞扭矩的大小而不同；有良好的自動(dòng)變速性能，載荷增大時(shí)輸出轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降，反之自

14、動(dòng)上升；保證動(dòng)力機(jī)有穩(wěn)定的工作區(qū)，載荷的瞬態(tài)變化基本不會(huì)反映到動(dòng)力機(jī)上。液力變矩器在額定工況附近效率較高。葉輪是液力變矩器的核心。它的型式和布置位置以及葉片的形狀，對(duì)變矩器的性能有決定作用。有的液力變矩器有兩個(gè)以上的渦輪、導(dǎo)輪或泵輪，借以獲得不同的性能。最常見的是正轉(zhuǎn)、單級(jí)（只有一個(gè)渦輪）液力變矩器。兼有變矩器和耦合器性能特點(diǎn)的稱為綜合式液力變矩器，例如導(dǎo)輪可以固定、也可以隨泵輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的液力變矩器。為使液力變矩器正常工作，避免產(chǎn)生氣蝕和保證散熱，需要有一定供油壓力的輔助供油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。2.2液力變矩器的工作原理 液力元件的基本型式是液力變矩器和液力耦合器，因后者不能變矩，所以在

15、汽車上已很少應(yīng)用。圖 2-1 是最簡單的液力變矩器，由泵輪 B、渦輪 T 和導(dǎo)輪 D 所組成，在結(jié)構(gòu)上它與耦合器不同之處在于它的工作輪葉片大都彎曲成一定角度，且有固定不動(dòng)的液流導(dǎo)向裝置導(dǎo)輪，導(dǎo)輪通過單向輪 F 或直接固定在殼體上。泵輪通過殼體與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，渦輪與輸出軸連接，發(fā)動(dòng)機(jī)通過變矩器殼體帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)，泵輪帶動(dòng)工作液體一起做牽連的圓周運(yùn)動(dòng) uB和迫使液體沿葉片間通路作相對(duì)運(yùn)動(dòng) wB，使液體離開泵輪是獲得一定的動(dòng)能和壓能，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的能量。液體沿循環(huán)圓高速流入渦輪，迫使渦輪開始旋轉(zhuǎn)，并使渦輪獲得一定的轉(zhuǎn)矩去克服外界阻力做功。液體沖擊葉片時(shí)一部分液能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，使液體具有

16、所具有的動(dòng)能和壓能降低。由渦輪出來的液體流入固定不動(dòng)的導(dǎo)輪，液體在導(dǎo)輪內(nèi)流動(dòng)時(shí)沒有能量的輸入和輸出，相對(duì)流動(dòng)是液流的唯一流動(dòng)。液體流出導(dǎo)輪時(shí)速度的方向發(fā)生了變化，當(dāng)液體再次流回泵輪時(shí)，液體沖擊泵輪葉片的背面，增加泵輪的轉(zhuǎn)矩，這樣泵輪出口處的液流將具有更高的動(dòng)能，同時(shí)沖擊渦輪時(shí)，使渦輪獲得較高的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。然后，液流又從渦輪流入導(dǎo)輪，重復(fù)這一循環(huán)。圖2-1液力變矩器原理圖從上述可以看出，液流與葉輪之間的相互作用，包括速度、能量和轉(zhuǎn)矩的變化，液體的流動(dòng)是粘性的三維非穩(wěn)定流動(dòng)，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。為便于研究，應(yīng)用束流理論。將V分解為兩個(gè)分速度：V=V+V式中V是速度在軸面上的分速度，它與相對(duì)速度、

17、流量 Q 以及葉片角的關(guān)系為：V=sinV是絕對(duì)速度的圓周分速度：V=u-Vctg（-）=u+ Vctg設(shè)T,T,T分別為泵輪、渦輪和導(dǎo)輪作用在液體上的轉(zhuǎn)矩，根據(jù)力學(xué)定律，在穩(wěn)定工況下，作用與液體的外傳矩之和應(yīng)為零，即：T+ T+ T=0從上式可以看出作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩增加了，起到了變矩的作用。2.3液力變矩器中循環(huán)流量的確定分析工作輪葉片與液流相互作用的過程，從工作輪與液流相互作用的轉(zhuǎn)矩公式可以看出，影響因素有三類：第一類是變矩器的結(jié)構(gòu)（或幾何）參數(shù)，包括葉片的進(jìn)、出口安裝角 ，葉片進(jìn)、出口邊的位置R 及工作腔在葉片進(jìn)、出口的橫截面積 。對(duì)給定的變矩器，這些都是已定數(shù)值。第二類是其使用工況參

18、數(shù)，如或速比。該類參數(shù)在工況給定時(shí)，也是已知參數(shù)；第三類就是液力變矩器循環(huán)圓中的流量Q。由此可見，當(dāng)變矩器一定時(shí)，要求得各工作輪的作用轉(zhuǎn)矩和能頭等，關(guān)鍵在于獲得不同工況下或的變化關(guān)系，它可從液流的能量平衡方程式中求得：式中為總的能頭損失。包括三種形式：機(jī)械損失、容積損失和液力損失。機(jī)械損失總的來說不超過總能量的 1%2% ，通常不考慮，容積損失也很?。?%），可以忽略不計(jì)，所以主要考慮的是液力損失。液力損失由沖擊損失摩擦損失,擴(kuò)散與收縮損失和回轉(zhuǎn)損失所組成。它們又可以分成兩類基本損失來加以計(jì)算。第一類損失與液流的相對(duì)速度有關(guān)，并與流量的平方成正比，又稱通流損失或摩擦損失；第二類損失與液流的沖擊

19、角有關(guān)，并與損失的速度平方成正比，又稱沖擊損失。通流損失擴(kuò)散與收縮損失和回轉(zhuǎn)損失相對(duì)于液流的摩擦損失在數(shù)值上很小，一般可以不計(jì)，則通流損失主要為，在水力學(xué)中，計(jì)算摩擦損失的公式為:式中 L流道長度；水力半徑，為過流斷面面積與濕周之比；摩擦系數(shù)，它與絕對(duì)粗糙度K 、水力半徑及雷諾數(shù)流道彎曲程度，速度分布等有關(guān)。液力變矩器的全部通流損失為：式中分別為泵輪、渦輪、導(dǎo)輪葉片流道的通流損失系數(shù)，沖擊損失沖擊損失是由進(jìn)入葉片的液流速度方向與葉片角不一致而產(chǎn)生的。無沖擊進(jìn)入葉片的速度與一般情況下進(jìn)入葉片的速度之差為 v，則沖擊損失為：式中，沖擊損失系數(shù)與葉片形狀、數(shù)量及進(jìn)入各工作輪的沖擊角有關(guān)。如圖2-2

20、所 示 。 損 失 速 度與 軸 面 速 度 有 關(guān) ，當(dāng)時(shí)，一般情況下，為了減少?zèng)_擊損失，總是力求軸面速度相等，故為，則液力變矩器各工作輪的沖擊損失為：根據(jù)歐拉公式，可知：將的 表 達(dá) 式 代 入 能 量 平 衡 方 程可得：式中對(duì)上式求解，可得液力變矩器在一定時(shí)，任一下的循環(huán)流量Q，它是變矩器結(jié)構(gòu)參數(shù)、損失系數(shù)和的函數(shù)：流量特性式上凸還是下凹，決定于的符號(hào)，若取，則，從上式可得：如果有意義，必須使分母大于零，故其符號(hào)取決于分子，當(dāng)時(shí)，流量特性曲線上凸，即為橢圓。當(dāng)時(shí)，流量特性曲線下凹，變?yōu)殡p曲線。由可知，主要取決于及的相互位置。當(dāng)及時(shí)，向心渦輪滿足，流量特性曲線為橢圓（見圖 2-3 曲線

21、1）。隨著增加，如取，當(dāng)時(shí)，為軸流式渦輪，曲線變?yōu)橄掳迹ㄒ妶D 2-3 曲線 2）。再進(jìn)一步增大，為離心渦輪，曲線為下凹雙曲線（見圖 2-3 曲線3），它與軸流式相比， Q 的變化更平坦。由上述分析可以看出渦輪葉片進(jìn)出口位置變化，對(duì)流量Q有很大的影響。對(duì)其它因素也可作類似分析。不同的或?qū)ψ兙仄湫阅苡绊懞艽?。圖2-2不同型式渦輪的液力變矩器由上述分析可以看出渦輪葉片進(jìn)出口位置變化，對(duì)流量Q有很大的影響。對(duì)其它因素也可作類似分析。不同的或?qū)ψ兙仄湫阅苡绊懞艽蟆?.4 液力變矩器幾何參數(shù)的計(jì)算計(jì)算工作輪特性參數(shù)和幾何參數(shù)的關(guān)系1，工作輪入口和出口的無因次半徑式中 R特性半徑，一般取2，工作輪入口處和出

22、口處的無因次流道軸面面積3，工作輪入口處和出口處的中間流線的綜合幾何參數(shù)4，循環(huán)流量系數(shù)5，扭矩系數(shù)的無因次關(guān)系在計(jì)算工況下，液流無沖擊進(jìn)入工作輪，則沖擊損失為零，液力損失僅為摩擦損失，即為最低值，此時(shí)液力變矩器的液力效率達(dá)到最高。第3章 液力變矩器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液力變矩器的設(shè)計(jì)主要是指變矩器的循環(huán)圓設(shè)計(jì)、葉片設(shè)計(jì)、特性計(jì)算、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及一些關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)，由于葉片參數(shù)直接影響到變矩器的性能，因而是液力變矩器的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是葉片設(shè)計(jì)。圖3-1液力變矩器總成3.1 設(shè)計(jì)方法液力變矩器早期研制，是憑經(jīng)驗(yàn)，采用多種模型及試驗(yàn)來篩選、改進(jìn)，最后定型。隨著技術(shù)的發(fā)展，理論的建立，要求應(yīng)用計(jì)算方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)

23、，并使做出的產(chǎn)品的試驗(yàn)性能與計(jì)算性能相一致。液力變矩器的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有葉柵系統(tǒng)出入口參數(shù)設(shè)計(jì)、工作輪流道設(shè)計(jì)、特性計(jì)算、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。這些設(shè)計(jì)計(jì)算都是基于一維束流理論的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的主要缺陷在于：只有通過試制產(chǎn)品的性能和流場試驗(yàn)才能獲得改進(jìn)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，而試驗(yàn)和試制的費(fèi)用和工作量往往占據(jù)了整個(gè)設(shè)計(jì)開發(fā)的 80以上。因此在設(shè)計(jì)階段獲得液力變矩器的流場信息，對(duì)于減少試制、試驗(yàn)次數(shù)，為設(shè)計(jì)工程師提供準(zhǔn)確的改進(jìn)信息有重要的意義。根據(jù)掌握資料、設(shè)計(jì)要求和達(dá)到目標(biāo)的不同，現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法可分為三大種 相似設(shè)計(jì)法以某種性能比較理想的液力變矩器作為設(shè)計(jì)基型，循環(huán)圓形狀、工作輪布置、葉型等均依其為據(jù)，

24、用相似理論確定幾何參數(shù)。此法亦稱為基型設(shè)計(jì)法，其性能提高受所選基型限制，因而應(yīng)用中有局限性。 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法以統(tǒng)計(jì)資料中所歸納出的規(guī)律、圖表為基礎(chǔ)，運(yùn)用自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，從而確定液力變矩器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。此法對(duì)已有液力變矩器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)是方便的，但對(duì)全新設(shè)計(jì)的液力變矩器的性能預(yù)測精度是不高的；由于主要依據(jù)數(shù)據(jù)與圖表，所以不適合于優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)選參數(shù)，亦不便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析研究。 理論設(shè)計(jì)法基于建模和計(jì)算的復(fù)雜性和液力變矩器流場的特殊性，液力變矩器葉片設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)已由一維流動(dòng)理論、二維流動(dòng)理論發(fā)展到三維流動(dòng)理論。（1）一維流動(dòng)理論：因液力變矩器的流道內(nèi)液體流動(dòng)遠(yuǎn)較一般葉片機(jī)械的流動(dòng)復(fù)雜，所

25、以盡管多元流動(dòng)及附面層理論研究取得了很大進(jìn)展，但距應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)上還有一定距離。早期對(duì)液力變矩器中復(fù)雜的空間三維流動(dòng)在理論和試驗(yàn)方面研究都不夠深入，對(duì)其速度場和壓力場的分布規(guī)律研究存在很多空白。因此，為了對(duì)這樣的液體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行理論的分析研究，必須通過某些假設(shè)加以簡化。首先，使空間的立體流動(dòng)簡化為平面的二維流動(dòng)，再進(jìn)一步簡化為單一的流線流動(dòng)，即用一條流線的流動(dòng)來代替空間的立體流動(dòng)，將工作輪中的總液流假設(shè)成由許多流束組成，認(rèn)為葉片數(shù)無窮多，厚度無限薄，忽略粘性對(duì)流場的影響，即將工作液體在液力變矩器工作腔內(nèi)的空間三維流動(dòng)，簡化為一維流動(dòng)的理論，稱為一元束流理論。其簡化很大，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值，能反

26、映流體作用的宏觀效果，但不能正確反映宏觀效果的微觀原因，與液力變矩器實(shí)際內(nèi)流場差別較大。一元束流理論首先為歐拉提出，并被廣泛應(yīng)用于葉片機(jī)械上，故又稱為歐拉束流理論。（2）二維流動(dòng)理論：在束流理論的基礎(chǔ)上，認(rèn)為工作輪中的液體只在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的一組平行軸面內(nèi)的平面流動(dòng)，且其中每一平面的速度分布和壓力分布都是相同的，即流動(dòng)參數(shù)是兩個(gè)空間坐標(biāo)的函數(shù)。在給定了葉片的邊界形態(tài)和流量后，即可用數(shù)學(xué)物理方程求出該平面上任一點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)分布。該簡化對(duì)純離心式或軸流式工作輪中的實(shí)際流動(dòng)情況，較為接近；對(duì)常用的向心式渦輪液力變矩器來說，與實(shí)際流動(dòng)的差別仍然很大。（3）三維流動(dòng)理論：由于實(shí)際工作輪中流動(dòng)參數(shù)的變化，

27、在空間三個(gè)坐標(biāo)方向都存在，因而，只有三元流動(dòng)理論才能對(duì)實(shí)際流場進(jìn)行較正確的描述。液力變矩器是流道封閉的多級(jí)透平機(jī)械，流道內(nèi)為復(fù)雜的三維粘性流動(dòng)。由于流道的曲率變化非常大，葉片的形狀也是三維的，這就造成液流沿著流線方向、圓周方向以及從內(nèi)環(huán)到外環(huán)都是變化的。另外，油液是有粘性的，這就必然會(huì)在流道壁面上出現(xiàn)附面層，由此還會(huì)引起“二次流動(dòng)”和“脫流”、“旋渦”等。要想的到準(zhǔn)確的流場計(jì)算結(jié)果，必須對(duì)變矩器內(nèi)部流場進(jìn)行三維粘性流動(dòng)計(jì)算，直接對(duì) N-S 方程求解。液力變矩器采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬技術(shù)研究液力變矩器內(nèi)部的流動(dòng)形態(tài)，但能反映變矩器內(nèi)部真實(shí)流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型還不完善，有待進(jìn)一步研究和發(fā)展。此次要設(shè)

28、計(jì)的是CL165液力變矩器，主要應(yīng)用于工程機(jī)械,具體要求及指標(biāo)為：1.額定力矩：150N·m，轉(zhuǎn)速2200轉(zhuǎn)/分鐘，功率：60kw2.泵輪出口角=128°導(dǎo)輪出口角=60°渦輪出口角=150°其具體設(shè)計(jì)流程為：課題設(shè)計(jì)要求循環(huán)圓確定參數(shù)選擇環(huán)量分配法計(jì)算葉片三維造型計(jì)算結(jié)果分析符合設(shè)計(jì)要求完成設(shè)計(jì)Y 圖3-2 變矩器葉片設(shè)計(jì)流程圖3.2循環(huán)圓的確定過液力變矩器軸心線做截面。在截面上與液體相相接的界線形成的形狀，稱為循環(huán)圓。由于軸線對(duì)稱，一般畫出軸線上的一半見圖 圖3-3 變矩器循環(huán)圓循環(huán)圓實(shí)際是工作液體在各工作輪內(nèi)循環(huán)流動(dòng)是流道的軸面形狀，工作液體循環(huán)流

29、動(dòng)是一個(gè)封閉的軌跡，因而起名為循環(huán)圓。循環(huán)圓是由外環(huán)、內(nèi)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(nèi)環(huán)是循環(huán)流體的內(nèi)圈，入口邊和出口邊是各工作輪內(nèi)葉片的入口和出口邊得軸面投影，此外，再循環(huán)圓上，還表示出中間流線（或稱設(shè)計(jì)流線）。中間流線在液力變矩器內(nèi)是無形存在的，設(shè)計(jì)時(shí)是要用到的。中間流線可以根據(jù)外環(huán)與中間里流線過流面積和中間流線與內(nèi)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R，循環(huán)圓外環(huán)最小直徑為d，最小半徑為R。循環(huán)圓寬度為B。設(shè)扣除發(fā)動(dòng)機(jī)各輔助設(shè)備所消耗功率后由發(fā)動(dòng)機(jī)傳給變矩器泵輪軸的功率為P，發(fā)動(dòng)機(jī)軸與變

30、矩器泵輪軸直接相連，則有n=n，傳給變矩器泵輪軸的轉(zhuǎn)矩為T=T=為適應(yīng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要，則循環(huán)圓的外圓直徑即有效工作直徑為378mm。已知外環(huán)后，開始確定內(nèi)環(huán)、設(shè)計(jì)流線。設(shè)計(jì)流線的原則是使液流速度沿流道均勻變化。為此假定在同意過流斷面上各點(diǎn)的軸面流速相等，各相鄰流線所形成的流過面積相等。在任意元線上的流過面積F可按下列正即截頭圓錐體旋轉(zhuǎn)面公式計(jì)算：F=（rr）試中 元線相對(duì)垂線的夾角，所有元線均垂直于設(shè)計(jì)流線 r任意元線與外環(huán)交點(diǎn)上的半徑；r同一元線與內(nèi)環(huán)交點(diǎn)上的半徑； r 同一元線與設(shè)計(jì)流線交點(diǎn)上的半徑。首先選定一些任意的元線，并計(jì)算出初步輪廓。半徑r和角可從圖中量出，而r和r則可相應(yīng)地按下列式計(jì)

31、算r=（r）r=（r）確定出內(nèi)環(huán)和設(shè)計(jì)流線。由于整個(gè)圓是由三段圓弧組成，內(nèi)環(huán)和中間線都是,不一樣的，將會(huì)在葉片設(shè)計(jì)中代入數(shù)值。3.3葉片的設(shè)計(jì)3.3.1泵輪葉片的設(shè)計(jì)進(jìn)口角：=120°出口角：=128°葉片設(shè)計(jì)是液力變矩器設(shè)計(jì)的核心問題，本次設(shè)計(jì)采用的是環(huán)量分配法。環(huán)量設(shè)計(jì)法的理論基礎(chǔ)是速流理論，認(rèn)為其在選定的設(shè)計(jì)速比下，循環(huán)圓平面中間流線上每增加相同的弧長，液流沿葉片中間流線應(yīng)增加相同的動(dòng)量矩，以保證流道內(nèi)的流動(dòng)狀況良好。設(shè)計(jì)過程為：根據(jù)前期循環(huán)圓的確定，在泵輪轉(zhuǎn)矩方程中的 項(xiàng)是確定泵輪動(dòng)量矩變化的一個(gè)因數(shù)，經(jīng)計(jì)算測量得出泵輪進(jìn)口半徑外環(huán)為95mm，內(nèi)環(huán)為123.5mm；

32、出口半徑外環(huán)為196mm，內(nèi)環(huán)為167mm這樣轉(zhuǎn)速比為0.5，在2200r/min時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩為71N·m。則根據(jù)公式：計(jì)算出循環(huán)軸面流速為9.745m/s對(duì)泵輪帶入這些數(shù)值所得數(shù)值為:0.912類似的，在出口處所得數(shù)值為：4.1865則改變量，即-得：4.1865-0.912=3.2745圖3-4泵輪葉片將此改變量分為十份，按其中九分各占10.5%，一份占5%劃分，元線9與元線10之間的增量為5%，以減少液體在葉片出口處的能量增量及其渦流損失。其次，在設(shè)計(jì)流線上，每一點(diǎn)的相應(yīng)葉片角可根據(jù)公式計(jì)算：計(jì)算出每一截面元線在設(shè)計(jì)流線上的角度后，就應(yīng)求內(nèi)環(huán)和外環(huán)上的相應(yīng)角度。為了確定元線與內(nèi)環(huán)

33、之交點(diǎn)處的葉片角，采用按反勢流分布計(jì)算公式類似地，外環(huán)上可以利用下列公式計(jì)算所以在葉片入口處=120°35=118°42計(jì)算后整理成表：表3-1變矩器泵輪角度計(jì)算參數(shù)元線序號(hào)cot設(shè)計(jì)流線上的外環(huán)上的內(nèi)環(huán)上的進(jìn)口0-0.5774120°118°42120°351-0.5820120°12119°05121°562-0.5867120°25119°37121°453-0.5914120°37119°58121°344-0.5961120°50120

34、°15121°235-0.6009121°02120°47121°126-0.6068121°15121°16121°017-0.6116121°27121°38121°118-0.6171121°40121°58121°219-0.6224121°53122°28121°34出口10-0.6249122°122°54121°52現(xiàn)在，需將計(jì)算出的角度轉(zhuǎn)換為可以計(jì)繪制的三維葉形坐標(biāo)。利用內(nèi)外環(huán)半徑

35、和偏移量，可以方便并精準(zhǔn)的確定葉片形狀。為了確定任一葉片元線上的偏移量，可利用下列公式：式中J相鄰兩點(diǎn)間的弧長； J=e cote相鄰兩電源線之間的距離；y元線起點(diǎn)所在軸面與徑向參考平面夾角；r元線與設(shè)計(jì)流線之交點(diǎn)上的半徑，或視具體境況，表示元線與內(nèi)環(huán)或外環(huán)之交點(diǎn)上的半徑；k元線的序號(hào)，k=0,1,2····以泵輪元線9為例，計(jì)算葉片偏移量針對(duì)元線1，列出公式對(duì)于元線0，有=°= -0.5470=118.68°=°= -0.5858=120.35°對(duì)于外環(huán)，y=0，取=12.45mm則°=-7.78mm則

36、外環(huán)第9元線葉片偏移量為計(jì)算后，以直接連接內(nèi)外環(huán)之相應(yīng)點(diǎn)，即可作出葉片形狀。計(jì)算結(jié)果和最終尺寸填在下表：圖3-2泵輪葉片最終尺寸元線外 環(huán)內(nèi) 環(huán)序號(hào)軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm040.8195.0022.0016.81123.5016.30149.02107.6221.5021.05126.5015.20253.44120.8120.5525.34131.7215.00354.52132.9118.1027.81137.4415.10453.34143.7417.0028.54143.1114.60550.21153.7215.2227.51

37、148.8113.50644.42164.3313.5024.53154.6411.30736.52173.6311.2519.33159.908.49825.63181.617.2521.52163.915.80912.61187.014.105.51166.212.62100.00189.000.000.00167.000.00注：內(nèi)外環(huán)輪廓相對(duì)位置應(yīng)保證葉片垂直于外環(huán)。3.3.2渦輪葉片設(shè)計(jì)進(jìn)口角：=48°出口角：=150°渦輪葉片計(jì)算與泵輪葉片計(jì)算順序相似圖3-5 渦輪葉片根據(jù)前期循環(huán)圓的確定，在泵輪轉(zhuǎn)矩方程中的 項(xiàng)是確定泵輪動(dòng)量矩變化的一個(gè)因數(shù)，經(jīng)計(jì)算測量得出泵輪

38、進(jìn)口半徑外環(huán)為95mm，內(nèi)環(huán)為123.5mm；出口半徑外環(huán)為196mm，內(nèi)環(huán)為167mm這樣轉(zhuǎn)速比為0.5，在2200r/min時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩為71N·m。則根據(jù)公式：計(jì)算出循環(huán)軸面流速為9.745m/s對(duì)泵輪帶入這些數(shù)值所得數(shù)值為:0.912類似的，在出口處所得數(shù)值為：4.1865則改變量，即-得：4.1865-0.912=3.2745表3-3變矩器渦輪角度計(jì)算參數(shù)元線序號(hào)cot設(shè)計(jì)流線上的外環(huán)上的內(nèi)環(huán)上的進(jìn)口0-0.2679105°102°10107°161-0.2707105°9103°28106°362-0.274510

39、5°21104°30106°63-0.2826105°30105°18105°424-0.2896105°50106°15105°345-0.2993106°02106°47105°346-0.3127106°15107°16106°257-0.3249107°27108°38106°558-0.3443108°40108°58107°469-0.3639108°53110&#

40、176;28108°44出口10-0.3721110°111°9109°33表3-4渦輪葉片最終尺寸元線外 環(huán)內(nèi) 環(huán)序號(hào)軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm035.4395.00-13.7715.16123.5013.56143.99112.275.2318.36126.0621.23248.49123.1920.8321.44130.0028.14349.61132.9230.6723.57132.6133.32448.46140.9738.5324.56138.7336.75544.78147.0741.6

41、123.90142.6338.53638.81150.9041.1521.46147.6538.58730.89162.7137.0117.55152.3636.83821.46176.3028.9312.40158.9433.05911.05189.4316.716.43162.1127.08100.00196.000.000.00167.0018.67導(dǎo)輪葉片設(shè)計(jì)表3-5變矩器導(dǎo)輪角度計(jì)算參數(shù)元線序號(hào)cot設(shè)計(jì)流線上的外環(huán)上的內(nèi)環(huán)上的進(jìn)口01.492433°8232°1131°5411.701930°4433°4235°4121.

42、166140°6236°5235°8731.326937°0034°2135°2141.305034°5034°1532°1151.417843°0235°4734°5261.896336°1534°1634°2171.236834°2732°3834°5681.596333°4032°5831°5691.233332°5331°2834°67出口101.2

43、56835°36°1134°52表3-6導(dǎo)輪葉片最終尺寸序號(hào)軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm07.4795.000.003.07123.500.00113.67112.275.166.10126.063.15221.87123.196.739.02130.004.27328.68132.928.2611.79132.615.54434.93140.9710.7214.22138.737.57534.93147.0714.2514.22142.6310.95628.68150.9019.5111.79147.6515.

44、52721.87162.7126.709.02152.3620.65813.67176.3035.846.10158.9426.7097.47189.4346.793.07162.1133.58100.00196.0057.760.00167.0040.70結(jié) 論歷經(jīng)近三個(gè)半月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)和應(yīng)用，只有真正經(jīng)歷過之后才會(huì)明白這次機(jī)會(huì)的珍貴。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我遇到了很多困難，其中主要是Solidworks繪圖方面，由于我的設(shè)計(jì)主要是完成液力變矩器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而且以前沒能很好的運(yùn)用Solidworks CAD，繪制CAD圖形就成為大困難。通過查書，請(qǐng)教

45、老師同學(xué)，終于克服困難。由于沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，模具的設(shè)計(jì)過程中經(jīng)歷很多挫折，在指導(dǎo)老師劉悅老師的指導(dǎo)下，問題才能得以解決。先后經(jīng)過調(diào)研，搜集、整理資料，請(qǐng)教老師同學(xué)，確定方案，計(jì)算校核，繪制圖形，最后整理，目前設(shè)計(jì)過程即將結(jié)束。設(shè)計(jì)過程中也遇到了很多以前從沒有接觸到的知識(shí)，但是通過查閱資料，收獲是很大的，鍛煉了我應(yīng)用工具書解決問題的能力，使我更加牢固的掌握了所學(xué)的知識(shí)技能，提高了我提出問題，分析問題和解決問題的能力，并且開闊了知識(shí)面，對(duì)動(dòng)手能力的提高也有很大幫助。為將來走向工作崗位并勝任工作打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。在本次設(shè)計(jì)過程中，由于時(shí)間的倉促和社會(huì)調(diào)研的不充分性，加上本人水平有限，對(duì)本設(shè)計(jì)的全面性還

46、有一些不盡完善之處，但是這是我走向社會(huì)工作邁的第一步，以后我會(huì)更加努力，在機(jī)械的道路上拓展自己的一片天空。三個(gè)月，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，但由于時(shí)間倉促，經(jīng)驗(yàn)有限，所以液力變矩器的葉片設(shè)計(jì)可能存在一些問題，請(qǐng)各位老師給予指正，學(xué)生將受益菲淺。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中通過參考、查閱各種有關(guān)液力變矩器方面的資料，虛心請(qǐng)教各位老師有關(guān)液力變矩器方面以及三維建模，二維圖紙的繪制方面的問題，特別是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際中可能遇到的具體問題，使我在短暫的時(shí)間里，對(duì)液力變矩器的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。對(duì)我的實(shí)踐動(dòng)手能力有了很大的提高。也學(xué)會(huì)了怎樣用學(xué)過的知識(shí)來指導(dǎo)實(shí)踐，服務(wù)實(shí)踐。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)工程設(shè)計(jì)研究有了一個(gè)正確的科學(xué)的實(shí)踐，這將指導(dǎo)我今后的工作，對(duì)設(shè)計(jì)能力的提高有著深遠(yuǎn)的影響。參考文獻(xiàn)1、馬文星，液力傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，20042、 朱經(jīng)昌，液力變矩器的設(shè)計(jì)與計(jì)算，國防工業(yè)出版社，19913、 羅邦杰，工程機(jī)械液力傳動(dòng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1