液力变矩器设计

液力变矩器设计相似设计法•统计经验法、相似设计法和理论设计法。反求设计方法。•根据相似理论，对于任何一组动力相似的液力变矩器，其原始特性相同，故可以利用相似理论进行两个方面的工作：•第一，对于大型的新设计的液力变矩器，可以利用模型试验来检测其预定的性能。由于大尺寸大功率的液力传动装置进行全负荷试验比较困难，因此可以采用基准型样品的试验来确定其预定性能。•第二，选取一个比较成熟的性能优良的液力变矩器样机，用相似理论来放大或缩小其尺寸，制造出符合使用要求的新变矩器。这是目前液力变矩器设计和研制中常用的方法。•具体步骤如下:•（1）根据车辆或机械对液力变矩器提出的使用要求，利用样机的原始特性，确定新液力变矩器的有效直径；•（2）根据与样机的有效直径，求出几何相似的线性比例常•数；••（3）按照比值进行放大或缩小，并使叶片系统的叶片角保持不变。sDsDMDSMDDCCDDSM液力变矩器循环圆设计循环圆形状的选择（a）圆形循环圆；（b）蛋形循环圆；（c）半蛋形循环圆（d）长方形循环圆图1液力变矩器循环圆形状（1）圆形循环圆汽车型单级液力变矩器。采用冲压焊接制造或铸造，导轮布置在内径处，便于安装单向离合器，最适合于综合式液力变矩器。由于轴向尺寸的限制，轿车变矩器循环圆已发展为扁圆型。（2）蛋形循环圆部分工程车辆液力变矩器。这种循环圆的宽度与直径之比较小，泵轮和涡轮形状较扁平，叶片形状可设计成接近于流线型和圆柱形，便于铸造时用叶片为模具制作型芯，提高生产率。（3）半蛋形循环圆叶片弯曲比较大的涡轮和导轮布置在直线部分，一般为流线型的圆柱形叶片，这样可以用铣削加工的方法制造工作轮，以提高叶片和流道的表面质量，从而提高液力变矩器的效率。（4）长方形循环圆常见于机车型液力变矩器。涡轮和导轮一般均布置在循环圆的直线段，以便于采用铣削加工叶片工作轮，以提高变矩器的效率。后两类循环圆形状适用于离心式涡轮单级液力变矩器和多级液力变矩器。叶轮型式及排列位置由于在循环圆中的排列位置的不同，变矩器有下列几种形式的工作轮。（1）径流式液流沿着叶片半径方向流动。离心式工作轮；向心式工作轮。径流式工作轮均为单曲叶片（圆柱形叶片）。（2）轴流式液流在叶片流道内轴向流动。（3）混流式液流在工作轮流道内既有轴向流动又有径向流动，它的叶片均为空间扭曲叶片。变矩器有效直径确定变矩器泵轮的转矩为52DgnTBBB（1）有效直径D5251eeBnTgD（2）（1）直径比直径比。要求不高时，；对要求高的，取为0.4～0.45。结构布置等因素。当选定后，要确定过流断面面积，即确定循环圆的形状。统计资料表明，最佳过流面积约为变矩器有效直径总面积的23％。mDDm00K31m0Kmm（2）循环圆形状系数循环圆形状系数。为循环圆内环的径向长度，为循环圆外环的径向长度。一般。a21/LLa1L2L55.0~43.0a（3）循环圆宽度比循环圆宽度比。一般。bDBb/4.0~2.0b图2变矩器循环圆的几何参数循环圆形状尺寸计算以有效直径为305mm的参考变矩器为例。为了缩短轴向尺寸，半径为51mm的外环具有3.18mm径向中心距。已知外环，确定内环、设计流线。假定在同一过流断面上各点的轴面流速相等，各相邻流线所形成的过流面积相等。根据最佳过流面积为循环圆面积的23％的原则，对于有效直径为305mm的变矩器，其最佳过流面积为0.016774m2。m在任意元线上的过流面积可按正截头圆锥体旋转面公式计算22coscsrrF（3）cr和r212cosFrrsc（4）2122cosFrrs（5）图3变矩器循环圆设计经验表明，导轮叶片的轴向长度一般以取循环圆直径之半为最佳。在导轮轴面内，可测得设计流线之弦长约为51mm。为了最大限度地利用循环圆，在相邻叶轮的叶片之间可采用最小间隙。而且，在根据强力涡流理论设计叶片时，为了减低涡旋的影响，也需要采用最小间隙。实践中，通常的间隙为2～2.5mm。圆型循环圆和扁圆型循环圆还可采用三圆弧循环圆设计方法。d叶片设计方法（环量分配法）泵轮叶片设计失速变矩比要求为2.52，则泵轮出口角为110°。叶片角度的确定利用了统计试验图表，即采用了曾提及的经验设计法。利用速度三角形确定其它叶片角度。图4失速变矩比与泵轮出口角的关系曲线0K2B叶轮名称进口角出口角泵轮涡轮导轮105°32°90°110°150°22°表1变矩器叶片参数叶片角度的确定还可根据规定的效率、变矩比等性能指标，采用液力计算的方法计算得出。设计转速比0.7，在1900r／min时的输入转矩为262.8N·m。TBBBBTBBDTTTTBBDBBBDDDBBBBgQHrrQFctgrFctgrQTgQHrrQFctgrFctgrQT2222222222222222222222（6）222222222222224DDBBBDDBBBBBBmctgrctgrFTctgrctgrrr(7)计算出循环圆轴面流速为7.247m／s。在泵轮转矩方程1122BuBBuBBrrQT中，1122BuBBuBrr是泵轮动量矩变化。对泵轮代入这些数值可得：892.02679.0247.76.16907854.007854.0111111BmBBBBuBctgurr(8)类似地，在出口处：7132.3222222BmBBBBuBctgurr(9)ru的改变量：8212.2892.07132.3将此改变量分成十份，其中九份各占10.5％，一份占5％划分，并给出各元线的值。元线（9）与（10）之间的增量为5％，以减小液体在叶片出口处的能量增量及其涡流损失。设计流线上每一点的相应叶片角rumuurrctg1(10)为了确定元线与内环之交点处的叶片角，采用按反势流分布的c计算公式rctgrctgcc(11)类似地，在外环上可利用下式计算rctgrctgss(12)对于参考变矩器，在入口元线0号处3109.02679.09424.009387.1ctgrrctgcc2157.02679.09424.07589.0ctgrrctgss所以，在叶片入口处0110261107scrusm/2Rctgsc设计流线上的设计流线上的设计流线上的外环上的内环上的元线序号进口0123456789出口101.05611.33661.61711.89752.17802.45852.73893.01943.29983.58033.71320.07850.08500.09290.10160.11060.11920.12710.13370.13880.14210.1434-0.2679-0.2707-0.2745-0.2773-0.2829-0.2886-0.2993-0.3127-0.3249-0.3443-0.3639105°105°9´105°21´105°30´105°48´106°6´106°40´107°22´108°108°58´110°102°10´103°28´104°30´105°18´106°106°36´107°22´108°12´108°59´110°5´111°9´107°16´106°36´106°5´105°42´105°34´105°34´105°54´106°25´106°55´107°46´108°44´m表2参考变矩器泵轮叶片有关数据需将计算出的角度转换为可以绘制三维叶片的叶型座标。任一叶片元线上的偏移量kkkkkrJyrx0sinkx(13)式中—相邻两点间的弧长；；—相邻两点元线之间的距离；—元线起点所在轴面与径向参考平面夹角；—元线与设计流线之交点上的半径，或视具体情况，表示元线与内环或外环之交点上的半径；—元线的序号，=0、1、…。JectgJkeykrkk13.40115.1415.25123.1950.00133.730.00152.50出口1014.60108.9617.00112.2742.62132.364.10150.90915.11103.0018.10100.2835.80130.007.25147.07815.0097.6420.5587.8328.49126.0411.21140.97715.3093.7021.5075.23111.30121.0113.50132.92616.2091.1621.9063.25进口0偏移量mm半径mm偏移量mm半径mm序号偏移量mm半径mm偏移量mm半径mm序号内环外环元线内环外环元线表3泵轮叶片的最终尺寸涡轮叶片设计现以涡轮的元线8为例求其叶片偏移量。8x99101088sinrJrJyrx对元线10，有82.334924.1321434.013373.0cccctgctgrrctg44.307019.1321434.01525.0sssctgctgrrctg对元线9，有62.401661.1'40381421.013261.0cccctgctgrrctg00.373269.104381421.01509.0sssctgctgrrctg对于外环，0ysectgJ10mmmme61.106.74.125.6图中量取则mmctgJ05.1844.3061.1010mmctgJ91.11376.74.125.59同理外环第8元线叶片偏移量为mmmmx83.2890.15091.115.15205.180sin07.1478对于内环，5.7ycectgJ10mme53.66.74.124图中量得mmctgJmmctgJ04.762.406.74.127.374.982.3353.6910内环第8元线点叶片编移量为mmmmx02.3361.13204.773.13374.95.7sin1308表4涡轮的叶片角mm设计流线半径设计流线半径元线序号元线序号进口10987650.14340.14210.13880.13220.12710.119232°0´38°40´48°20´55°21´65°58´78°53´4321出口00.11060.10160.09230.08500.077994°52´113°4´130°33´144°28´150°导轮叶片设计导轮不转，不必计算圆周速度，从而使的计算简化。参考变矩器导轮叶片的进、出口角分别为90°与22°，将此值代入方程uructgrrmu(14)在入口处可得090247.70771.011ctgru在出口处3776.122247.70771.022ctgru若象泵轮与涡轮叶片那样，采用线性分布，则导轮的叶片长度会造成金属模铸造问题。因此，表5中改变的分布状况，从而缩短叶片。rurumr12/smruru设流线元线序号之增量（%）设计流线上的叶片角度进口0123456789出口100.07710.07470.07260.07130.07050.07030.07050.07130.07260.07470.07710.00000.07340.15980.25920.37340.51830.69020.86211.03391.20591.37765.36.37.28.310.512.512.512.512.512.590°92°16´73°5´63°17´53°44´44°24´36°26´30°51´26°54´24°3´22°表5导轮叶