【文章內(nèi)容簡介】 反映了液力變矩器和發(fā)動機(jī)共同作用的特性。當(dāng)渦輪軸上轉(zhuǎn)矩變化 時(shí)，對具有非透穿性能的液力變矩器，則泵輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均不變，反映了發(fā)動機(jī)與這種液力變矩器共同工作時(shí)，不管外載荷如何變化，當(dāng)發(fā)動機(jī)油門一定時(shí)，發(fā)動機(jī)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(dāng)渦輪軸上轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，將引起泵輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化，反映了發(fā)動機(jī)與這種液力變矩器共同工作時(shí)，發(fā)動機(jī)油門雖不變，而外載荷變化時(shí)，發(fā)動機(jī)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不能透過渦輪影響泵輪 (即發(fā)動機(jī) )工作的特性。 渦輪轉(zhuǎn)矩 TT隨渦輪轉(zhuǎn)速 nT 的增加而減小。當(dāng) nT＝ 0 時(shí)， TT 大大超過TB達(dá)最 大值。當(dāng) nT＝ nTmax，即渦輪空轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)速時(shí) ， TT＝ 0。 液力變矩器的效率 η 等于渦輪輸出功率 PT與泵輪輸人功率 PB之比，即 ?????????????? （ ） 式中 K — 液力變矩器的變矩系數(shù)， TBTK T?? ； i — 液力變矩器的轉(zhuǎn)速比， TBni n? ； 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 22 液力變矩器的效率曲線在 nT＝ 0 時(shí)，由于輸出功率 PT＝ TTωT＝ 0，所以 η＝ 0。隨著 nT 的增加， η逐漸上升，并在 nT＝ nT*時(shí)達(dá)到最大值 η*，此后，隨著 nT 的增大，由于 TT的急劇下降， η 逐漸下降。在 nTmax時(shí)，由于TT＝ 0，此時(shí)輸出功率 PT＝ TTωT＝ 0，所以 η 又等于零。 η 的變化反映了液力變矩器在能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程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(zhuǎn)速 nB可能是變化的 (即發(fā)動機(jī)油門開度是變化的 )，為了獲得在不同泵輪轉(zhuǎn)速 nB時(shí)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(zhuǎn)速 nB 下所獲得的無數(shù)組液力變矩器外特性曲線的綜合圖，其形狀如 圖 圖 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(shù)，我采用此形狀現(xiàn)有的變矩系數(shù)。 由于 320 .0 0 4 4 0 .0 0 3 0 0 .0 0 0 5 0 .0 0 2 6B i i i? ? ? ? ? ? ? ??? ??? （ ） 則 6m a x 2 .6 0 1 2 * 1 0B? ?? 當(dāng) i= 時(shí)取得 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 23 由泵輪轉(zhuǎn)矩公式： 25B B BT gn D??? ???????????? （ ） 故 2 5 6 2 23 2 25 012 *10 ( m in /( * ) )* 872 ( / ) *10 ( / ) * ( 150 0( / m in) )* ( 55 ( * ) ) 287 .74 945 76 *B B BT gn D r mk g m m s rN m N m????? TB=ρQ(vuB2rB2vuB1rB1) ???????? ??????????? （ ） 參考 305mm 的液力變矩器得數(shù)據(jù)： vuB1rB1= vuB2rB2= 則由式 ρQ= 根據(jù)相似原理可以確定兩個(gè)相似的液力元件間各種線性尺寸、各種速度和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 ??? （ ） ???????? ??? ??????? （ ） 式 ()和式 ()中，下標(biāo) M 表示模型液力元件；下標(biāo) S 表示實(shí)物液力元件；下標(biāo) B、 T、 D 分別表示泵輪、渦輪和導(dǎo)輪； D 為液力元件循環(huán)圓有效直徑； n 為液力元件轉(zhuǎn)速。 305 *190 0 *150 0M BMS BSDnDn ?? ???????????????? （ ） 305 SDD ?? ???????????????????? （ ） 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 24 B 2 B 2B 2 B 2v u r ( M ) 3 . 7 1 3 2 1 . 0 8 8 3 * 0 . 8 5 9 2v u r ( S ) X?? ???????????? （ ） 由有效直徑為 305mm 的液力變矩器得數(shù)據(jù)： vuB1rB1= vuB2rB2= vuD1rD1=0 vuD2rD2= 且 vuT1rT1= vuB2rB2 vuD1rD1= vuT2rT2 則由 式 可得 vuB2rB2= vuT1rT1= vuD1rD1=0 vuT2rT2=0 vuD2rD2= vuB1rB1= 則由 式 可得 TT=ρQ(vuT2rT2vuT1rT1)= TD=ρQ(vuD2rD2vuD1rD1)= 液力變矩器的原始特性 計(jì)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(dāng) 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(zhuǎn)矩系數(shù) λB、效率 η、變矩系數(shù) K上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 25 隨轉(zhuǎn)速比 i 的變化規(guī)律，即 λB＝ λB (i)、 K＝ K(i)和 η＝ η(i)。 幾何相似、運(yùn)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(jù)相似原理和葉輪機(jī)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(zhuǎn)矩系數(shù)為： ????????????????? （ ） ???????????????? （ ） 泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù) λB的物理意義是：當(dāng) D＝ 1m， nB＝ lr／ min 及 ρg＝ 1N／m3 時(shí)，液力變矩器泵輪上的轉(zhuǎn)矩。它基本上與液力變矩器的大小、轉(zhuǎn)速的快慢和工作液體的密度無關(guān)，因此用它來比較液力變矩器的容量。 λB的量綱為 min2／ (r2m)。對相似的液力變矩器，同一轉(zhuǎn)速比有相等的 λB。 液力變矩器的原始特性曲線 (圖 )可根據(jù)試驗(yàn)得出的液力變矩器外特性按下列公式計(jì)算繪制得出 ????????????????????? （ ） 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 26 圖 液力變矩器的原始特性曲線 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(zhuǎn)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(shù)： K0 — 失速 (零速 )工況 i＝ 0 時(shí)的變矩系數(shù)； λB0 — 失速 (零速 )工況 i＝ 0 時(shí)的泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)； ηP — 正常工作允許的最低效率，對工程機(jī)械 ηP＝ O． 75，對汽車 ηP＝ ； Kp — 與工作效率 ηP 對應(yīng)的變矩系數(shù)； ip — 與工作效率 ηP 對應(yīng)的轉(zhuǎn)速比； η* — 液力變矩器的最高效率； λB* — 與最高效率 η*對應(yīng)的泵 輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)； 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 27 i* — 與最高效率 η*對應(yīng)的轉(zhuǎn)速比； ik — 偶合器工況 k＝ 1 時(shí)的轉(zhuǎn)速比； λBk — 偶合器工況 k＝ 1 時(shí)的泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)； T — 液力變矩器的透穿性系數(shù) 0BBKT??? ； Gη — 液力變矩器高效范圍 ， Gη＝ ip2／ ip1。 由于已知 DS=355mm 型液力變矩器參數(shù)，我采用此形狀現(xiàn)有的變矩系數(shù)。 K=+ ????????????????????? （ ） 320 .0 0 4 4 0 .0 0 3 0 0 .0 0 0 5 0 .0 0 2 6B i i i? ? ? ? ? ? ?? ?? （ ） 22 . 0 6 4 7 2 . 6 1 5 9 0 . 0 2 4 5ii? ? ? ? ? ???????????? （ ） 則可畫出本課題所設(shè)計(jì)液力變矩器 的原始特性曲線如 圖 圖 本課題所設(shè)計(jì) YJ355液力變矩器 的原始特性曲線 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 28 液力變矩器 葉片 進(jìn)出口角的選擇 葉片參數(shù)對變矩器的性能存在著較大的影響。在所有葉片參數(shù)中對變矩器性能影響明顯的技術(shù)參數(shù)是葉片進(jìn)出口角度。因此，在討論葉片參數(shù)對變矩器性能影響時(shí)主要討論葉片進(jìn)出口角度對變矩器性能的影響。變矩器各工作輪葉片進(jìn)出口角度是在計(jì)算工況時(shí)，各 工作輪進(jìn)口無沖擊損失條件下，利用轉(zhuǎn)矩公式計(jì)算得出的。假如各工作輪出口偏離系數(shù)選擇不當(dāng)，工作輪葉片角制造誤差過大，就會造成進(jìn)口無沖擊工況的偏移，從而使變矩器性能惡化，設(shè)計(jì)工況偏移。 (1)泵輪葉片出口角 βB2對性能的影響 (見圖 ) 泵輪葉片出口角 βB2是影響變矩器性能的一個(gè)重要角度參數(shù)。啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)變矩器之所以具有不同的性能，其中主要一個(gè)因素就是各自具有不同的 βB2值。現(xiàn)有變矩器泵輪出口角 βB2一般在 40186?！?120186。內(nèi)。改變 βB2值對設(shè)計(jì)工況值的影響，比改變渦輪和導(dǎo)輪參數(shù)對設(shè)計(jì)工況值的影響還 要顯著。隨著 βB2的增大，失速變矩比 K0將增大，泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù) λB、最高效率 η*和透穿度丁以及偶合器工況點(diǎn)的效率則均將降低。 (2)泵輪葉片進(jìn)口角 βB1對性能的影響 隨著泵輪葉片進(jìn)口角 βB1 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(nèi)的效率則有所改善。 (3)渦輪葉片出口角 βT2對性能的影響 隨著渦輪葉片出口角 βT2的增大，失速變矩比 K0將增大。但是 βT2不能無限制增大，因?yàn)?βT2過大，將使液流受到過大的阻塞，反而達(dá)不到預(yù)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 29 期的效果，同時(shí)改變 βT2也將影響到流量，一般 認(rèn)為 βT2≤152186。 (4)渦輪葉片進(jìn)口角 βT1對性能的影響 在保持其他參數(shù)不變情況下，改變 βT1實(shí)際上就是改變同一轉(zhuǎn)速比下渦輪進(jìn)口處的沖擊損失，也等于改變渦輪葉片的彎曲度。減小 βT1，葉片彎曲度增大，失速變矩比可提高，設(shè)計(jì)工況向低轉(zhuǎn)速比范圍移動。 圖 泵輪出口角對變矩器性能的影響 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 30 圖 導(dǎo)輪出口角對變矩器效率和變矩比等的影響 (5)導(dǎo)輪葉片出口角 βD2對性能的影響 (如圖 ) 導(dǎo)輪葉片出口角 βD2直接影響到泵輪進(jìn)口處的速度環(huán)量。當(dāng)其他條件不變時(shí)，改變 βD2會影響 泵輪轉(zhuǎn)矩和泵輪進(jìn)口沖擊損失。但與改變 βB1， βT1和 βD1對性能的影響有所不同。這是由于導(dǎo)輪為靜止葉柵，而位于其后的泵輪又是恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此增大或減小 βD2，對設(shè)計(jì)工況的移動，不會有明顯影響，但能影響泵輪進(jìn)口速度環(huán)量，從而影響泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 (6)導(dǎo)輪葉片進(jìn)口 βD1 對性能的影響 減小導(dǎo)輪葉片進(jìn)口 βD2，可以使設(shè)計(jì)工況左移。 為此參考以上的理論進(jìn)行本課題的葉片進(jìn)出口選擇。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 31 表 本課題液力變矩器葉片進(jìn)出口角的選擇 葉片名稱 進(jìn)口角 出口角 泵輪 105186。 110186。 渦輪 32186。 150186。 導(dǎo)輪 90186。 22186。 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 (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 (c)則示出失速變矩比相同時(shí)尺寸增大與渦輪轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線 圖 效率和變矩比隨 D 值的增大而提高的關(guān)系 根據(jù) 圖 及某些試驗(yàn)資料，當(dāng)有效直徑 D 從 300～ 340mm 增大到D＝ 420～ 480mm 時(shí)， η*可增高 1％ ～ 2％， K0增高的比值則更大一些。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） YJ355 型液力變矩器總成的設(shè)計(jì) 32 工藝因素對變矩器特性也有明顯的影響。例如一種工程機(jī)械綜合式變矩器的渦輪出口角在制造偏差為 177。1186。時(shí)，就使效率變化 ％ ，使 K0變化％ 。因此，保證葉片進(jìn)、出口角的誤差在一定范圍內(nèi)，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(dá)到或低于 ，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。 葉片數(shù) Z的 選擇 較多的葉片數(shù)，使液流趨向于較有效的偏轉(zhuǎn)，但也增加循環(huán)液流的排擠。在較高的轉(zhuǎn)速比時(shí)，較多的葉片數(shù)趨向于減少滑轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)速時(shí)，較少的葉片數(shù)卻能增加循環(huán)液流的速度，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的增大， 見圖 。