【文章內(nèi)容簡介】 液力變矩器的渦輪扭矩與泵 輪扭矩之比稱為變矩器的變矩系數(shù)，亦稱動力學(xué)傳動比，用 K 表示， BfMMK? 變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之比稱為變矩器的轉(zhuǎn)速比，用 i表示， Brnni? 變矩器輸出軸功率與輸入軸功率之比稱為變矩器的效率，用η表示，有關(guān) 系 10 式iB KN ?? rN? 液力元件傳遞功率的能力稱為能容，用泵輪力矩系數(shù)λ B作為評價能容 大 小的參數(shù)；λ B 與泵輪扭矩 BM 及泵輪轉(zhuǎn)速 Bn 有如下關(guān)系： 52 DgnMBBB ?? ? 液力變矩器的泵輪扭矩隨渦輪轉(zhuǎn)速（亦即渦輪軸上的載荷）的改變而變化的性能稱為變矩器的透穿性。若 Bn ＝常數(shù)且 MB隨轉(zhuǎn)速比 i的減?。?Tn 減小）而增加時，則液力變矩器的特性為正透穿的；若 Bn ＝常數(shù) BM 且不隨轉(zhuǎn)速比 i的變化（即 Tn 的變化）而改變，其值恒為常量時，則液力變矩器的特性為不透穿的；若 Bn ＝常數(shù)且 BM 隨轉(zhuǎn)速比 i 的減?。?Tn 減小）而減小時，則液力變矩器的特性為負透穿的。 液力變矩器的透穿性一般用透穿系數(shù) T表示， 10BBT ??? 其中，λ B0—— 零速工況的泵輪力矩系數(shù) λ Bi—— 某一工況的泵輪力矩系數(shù)，視變矩器不同形式而定，有的采用偶合工況的λ Bh，有的采 用最高效率工況的λ Bη。 在相同的循環(huán)圓直徑 D 下，向心式液力變矩器較軸流、離心式液力變矩器的能容大、透穿系數(shù)較大和最高效率較高，但零速變矩系數(shù) K0 ??；離心式液力變矩器有較大的零速變矩系數(shù) K0 和近于不透穿的性能；軸流式液力變矩器的性能介于前二者之間。向心式液力變矩器多用于載重汽車、拖拉機、石油機械以及工程機械中的裝載機、平地機、叉車等產(chǎn)品；軸流式液力變矩器多用于挖掘機；離心式液力變矩器多用于內(nèi)燃機車和起重機。 11 圖 24 CL180液力變矩器的裝配圖 液力變矩器的特性 液力變矩器的特性是表示變矩器各輸出和輸入?yún)?shù)之間函數(shù)關(guān)系的曲線。變矩器的特性曲線一般是通過臺架試驗取得的。 根據(jù)液力變矩器內(nèi)部的功率傳遞和渦輪旋轉(zhuǎn)方向的不同，液力變矩器的工作可劃分為牽引 工況、反轉(zhuǎn)工況及超越工況。包含牽引工況、反轉(zhuǎn)工況和超越工況特性的全部曲線，稱為液力變矩器的全特性曲線。如圖 25 所示。 1－反轉(zhuǎn)制動工況區(qū) 2－牽引工況區(qū) 3－超越制動工況區(qū) 4－反傳工況區(qū) 圖 25 變矩器全特性曲線 牽引工況一般也被稱為正常工況。此時 0≤ i≤ 1，由泵輪驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪轉(zhuǎn)速小于（或等于）泵輪轉(zhuǎn)速。在該工況下，渦輪的輸出扭矩 MT 始終為正 12 值； 反轉(zhuǎn)工況又稱為反轉(zhuǎn)制動工況，此時 i＜ 0，渦輪在外載荷帶動下反轉(zhuǎn)，泵輪仍保持正轉(zhuǎn)； 超越工況又稱超速工況，此時 i＞ 1，又可分為超越制動工況和反傳工況，前者泵輪扭矩 MB＞ 0而渦輪扭矩 MT＜ 0，渦輪從外界輸入力矩，變矩器起制動作用；后者泵輪扭矩及渦輪扭矩均小于 0，渦輪從外界輸入功率，由泵輪輸出功率，即功率反向傳遞 。 汽車及工程機械在某些特殊情況下可能出現(xiàn)反轉(zhuǎn)工況或超越工況： 液力變矩器的反轉(zhuǎn)工況可能在掛前進擋上陡坡時車輛下滑倒駛的情況下發(fā)生，在此情況下，從驅(qū)動輪傳來的扭矩大于泵輪傳至渦輪的扭矩； 液力變矩器的超越工況可能發(fā)生在下坡用前進擋行駛的情況下。此時，扭矩由驅(qū)動輪傳至渦輪，泵輪變?yōu)閺膭硬考?，渦輪轉(zhuǎn)速高于泵輪轉(zhuǎn)速。這時，發(fā)動機可能產(chǎn)生制動力矩，以阻止車輛下坡時的加速行駛；超越工況還可以出現(xiàn)在用拖車法起動發(fā)動機的情況下。 液力變矩器的反轉(zhuǎn)工況和超越工況，傳至泵輪和渦輪的機械能都將消耗在變矩器的工作液體中而轉(zhuǎn)變成熱 能，而且變矩器的性能也很差，因此，液力變矩器不允許在這些工況下長久工作。 本文研究的是液力變矩器在牽引工況區(qū)的穩(wěn)態(tài)特性，主要有以下三種表達形式： 液力變矩器的輸出特性是表示其輸出參數(shù)之間的關(guān)系曲線。一般是使泵輪軸的轉(zhuǎn)速 nB 保持不變，在此工況下求取以渦輪轉(zhuǎn)速為自變量的各輸出特性曲線： )(f)(fM)( T rTTB nnnfM ??? ?和、 無因次特性又稱為原始特性，表示在循環(huán)圓內(nèi)液體具有完全相似穩(wěn)定流動現(xiàn)象的若干變矩器的共同特性的函數(shù)曲線。液力變矩器的無因次特性曲 線： )(f)(K)( iififB ??? ?? 和、 ； 液力變矩器的輸入特性是指當以扭矩系數(shù)λ B 為參變量時，變矩器泵輪扭矩 MB與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線 25 BBB ngDM ??? 對于給定的變矩器用給定的工作液體在給定的工況下， gD5Bλρ為常數(shù)，故得出的輸入特性曲線為一根通過坐標原點的拋物線，而在變工況下，因 13 )(fB i?? 所以輸入特性曲線為一組拋物線束，拋物線束的寬度由λ B的變化幅度即透穿性決定。 圖 26 所示為液力變矩器的輸出特性、 無因次特性和輸入特性參考圖。 圖 26 液力變矩器的特性 傳動方案 此次要設(shè)計的是 CL180 液力變矩器，主要應(yīng)用于工程機械 ,具體要求及指標為： ： 140 N m，轉(zhuǎn)速 1800 轉(zhuǎn) /分鐘，功率： 147 kw 1B? =110176。 導(dǎo)輪入口角 1D? =33176。 渦輪入口角 1T? =142176。 液力變矩器由帶葉片的泵輪，渦輪和導(dǎo)輪組成，形成一個封閉的液力循環(huán)系統(tǒng)。發(fā)動機以等速和大致接近于常數(shù)的扭矩驅(qū)動泵論，使其動力通過泵輪的轉(zhuǎn)動而被轉(zhuǎn)換成液體的能量；液體高速的流入渦輪，它在渦輪葉片中的運動推動渦輪轉(zhuǎn)動，自動地適應(yīng)于外界扭矩而變化 其轉(zhuǎn)速，使液體的動能又被轉(zhuǎn)換成機械能，功率即由渦輪軸輸出；從渦輪流出的液體經(jīng)導(dǎo)輪變換液流方向后又流入泵論。 因此，可以吧變矩器中的基本流動看成是在一個圓環(huán)中的連續(xù)運動。 14 第 4 章 液力變矩器葉片設(shè)計 液力變矩器的設(shè)計主要是指變矩器的循環(huán)圓設(shè)計、葉片設(shè)計、特性計算、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及一些關(guān)鍵零部件的設(shè)計，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)計的關(guān)鍵是葉片設(shè)計。 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。 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，蛋形，半蛋形和長方形循環(huán)圓四種。 設(shè)計液力變矩器的循環(huán)圓時，可以根據(jù)使用場合，制造情況和設(shè)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)，所以在長方形循環(huán)圓變矩器，傳遞相同功率條件下，其幾何尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。但圓形循環(huán)圓在多數(shù)情況下，須采用混流式葉輪，即液流在工作輪葉片流道內(nèi)即液流在工作 輪葉片流道內(nèi)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。 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，變矩器有下列幾種形式的工作輪。 1 徑流式 這種工作輪從軸面圖看，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。 2 軸流式 這種工作輪從軸面圖看，液流在葉片流道內(nèi)軸向流動。 3 混流式 這種工作輪從軸面圖看，液流在工作輪流道內(nèi)既有軸向流動又有 徑向流動。 圓形循環(huán)圓變矩器在多數(shù)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。 循環(huán)圓尺寸的確定 ： 設(shè)扣除發(fā)動機各輔助設(shè)備所消耗功 率后由發(fā)動機傳給變矩器泵輪軸的功率為 Pe ，發(fā)動機軸與變矩器泵輪軸直接相連，則有 ne =nB ，傳給變矩器泵輪軸的轉(zhuǎn)矩為 TB =BBP? =Te =BePn30? 為適應(yīng)設(shè)計設(shè)計要，則循環(huán)圓的外圓直徑即有效工作直徑為 378mm。 15 已知外環(huán)后，開始確定內(nèi)環(huán)、設(shè)計流線。設(shè)計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)面公式計算： F=??cos（ r2s — r2c ） 試中 ?—— 元線相對 垂線的夾角，所有元線均垂直于設(shè)計流線 rs —— 任意元線與外環(huán)交點上的半徑； rc —— 同一元線與內(nèi)環(huán)交點上的半徑； r —— 同一元線與設(shè)計流線交點上的半徑。 首先選定一些任意的元線，并計算出初步輪廓。半徑 rs 和角 ? 可從圖中量出，而 rs 和 rc 則可相應(yīng)地按下列式計算 rc =（ r2s — ??cosF ） 21 r=（ r2s — ??2cosF ） 21 確定出內(nèi)環(huán)和設(shè)計流線。由于整個圓是由三段圓弧組成，內(nèi)環(huán)和中間線都是 ,不一樣的，將會在葉片設(shè)計中代入數(shù)值。 進 口角： 1B? =120176。 出口角： 2B? =110176。 葉片設(shè)計是液力變矩器設(shè)計的核心問題，本次設(shè)計采用的是環(huán)量分配法。環(huán)量設(shè)計法的理論基礎(chǔ)是速流理論，認為其在選定的設(shè)計速比下，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)增加相同的動量矩，以保證流道內(nèi)的流動狀況良好。設(shè)計過程為： 根據(jù)前期循環(huán)圓的確定，在泵輪轉(zhuǎn)矩方程 )( 1122 BubBuBB rvrvQT ?? ? 中的 1122 BuBBuB rvrv ? 項是確定泵輪動量矩變化的一個因數(shù)，經(jīng)計算測量得出泵輪進口半徑外環(huán)為 95mm，內(nèi)環(huán)為 ；出口半徑外環(huán)為 196mm，內(nèi)環(huán)為 167mm這樣轉(zhuǎn)速比為 ，在 1800r/min 時輸出轉(zhuǎn)矩為 140N m[11]。則根據(jù)公式： 16 ? ? ? ?? ?222c o t22c o t22222 22 2c o t2c o t4DDBBBDDBBBBBBm rrFTrrrrv ?? ??????????? 計算出循環(huán)軸面流速為 m/s 對泵輪帶入這些數(shù)值 )c o t( 111111 BBBBBuB vurrv ??? 所得數(shù)值為 : 類似的，在出口 處 )c o t( 222222 BBBBBuB vurrv ??? 所得數(shù)值為： 則 rvu 改變量，即22 BuBrv11BuBrv得： = 泵輪葉片 設(shè)計 圖 將此改變量分為十份，按其中九分各占 %，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)計流線上，每一點的相應(yīng)葉片角可根據(jù)公式計算 17 mu vurrv 1c ot ?????? ??? 計算出每一截面元線在設(shè)計流線上 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)之交點處的葉片角 c? ，采用按反勢流分布計算公 式rrc c ?? cotcot ? 類似地，外環(huán)上可以利用下列公式計算 rrs s ?? cotcot ? 所以