【文章內容簡介】 以及葉片 β 角的 關系為： ?? sin?? FQVm （ 22） Vu 是絕對速度的圓周分速度： ? ? ??? c o tc o t mmu VuVuV ????? （ 23） 設 TB ,TT ,T D 分別為泵輪、渦輪和導輪作用在液體上的轉矩，根據(jù)力學定律，在穩(wěn)定工況下，作用與液體的外傳矩之和應為零，即： 0??? DTB TTT (24) 從上式可以看出作用在渦輪上的轉矩增加了，起到了變矩的作用 。 8 設計方法 液力變矩器早期研制，是憑經驗，采用多種模型及試驗來篩選、改進，最后定型。隨著技術 的發(fā)展，理論的建立，要求應用計算方法來進行設計，并使做出的產品的試驗性能與計算性能相一致。液力變矩器的設計主要內容有葉柵系統(tǒng)出入口參數(shù)設計、工作輪流道設計、特性計算、整體結構設計等。這些設計計算都是基于一維束流理論的傳統(tǒng)設計方法，傳統(tǒng)設計方法的主要缺陷在于：只有通過試制產品的性能和流場試驗才能獲得改進設計的經驗，而試驗和試制的費用和工作量往往占據(jù)了整個設計開發(fā)的 80％以上。因此在設計階段獲得液力變矩器的流場信息，對于減少試制、試驗次數(shù)，為設計工程師提供準確的改進信息有重要的意義。 根據(jù)掌握資料、設計要求和 達到目標的不同，現(xiàn)有設計方法 基本上 可 以 分為三 大 種 ： 相似設計法 以某種性能比較理想的液力變矩器作為設計基型，循環(huán)圓形狀、工作輪布置、葉型等均依其為據(jù)，用相似理論確定幾何參數(shù)。此法亦稱為基型設計法，其性能提高受所選 機型 限制，因而應用中有局限性。 經驗設計法 以統(tǒng)計資料中所歸納出的規(guī)律、圖表為基礎，運用自身的設計經驗進行綜合分析，從而確定液力變矩器的結構與參數(shù)。此法對已有液力變矩器進行改進設計是方便的，但對全新設計的液力變矩器的性能預測精度是不高的；由于主要依據(jù)數(shù)據(jù)與圖表，所以不適合于優(yōu)化 設計和優(yōu)選參數(shù)，亦不便于用計算機進行分析研究。 理論設計法 基于建模和計算的復雜性和液力變矩器流場的特殊性，液力變矩器葉片設計的理論基礎已由一維流動理論、二維流動理論發(fā)展到三維流動理論。 （ 1）一維流動理論： 因液力變矩器的流道內液體流動較一般葉片機械的流動復雜，所以盡管多元流動及附面層理論研究取得了很大進展，但距應用到實際設計上還有一定距離。早期對液力變矩器中復雜的空間三維流動在理論和試驗方面研究都不夠深入，對其速度場和壓力場的分布規(guī)律研究存在很多空白。因此，為了對這樣的液體運動進行理論的分析研 究，必須通過某些假設加以簡化 。 首先，使空間的立體流動簡化為平面的二維流動，再進一步簡化為單一的流線流動，即用一條流線的流動來代替空間的立體流動 ， 將工作輪中的總液流假設成由許多流束組成，認為葉片數(shù)無窮多，厚度無限薄，忽略粘性對流場的影響，即 將工作液體在液力變矩器工作腔內的空間三維流動，簡化為一維流動的理論，稱為一元束流理論。 其 簡化很大，具有一定的工程實用價值，能反映流體作用的 9 宏觀效果，但不能正確反映宏觀效果的微觀原因，與液力變矩器實際內流場差別較大。 一元束流理論首先為歐拉提出，并被廣泛應用于葉片機械上，故 又稱為歐拉束流理論。 （ 2）二維流動理論：在束流理論的基礎上，認為工作輪中的液體只在垂直于旋轉軸線的一組平行軸面內的平面流動，且其中每一平面的速度分布和壓力分布都是相同的，即流動參數(shù)是兩個空間坐標的函數(shù)。在給定了葉片的邊界形態(tài)和流量后，即可用數(shù)學物理方程求出該平面上任一點的流動參數(shù)分布。該簡化對純離心式或軸流式工作輪中的實際流動情況，較為接近；對常用的向心式渦輪液力變矩器來說，與實際流動的差別仍然很大。 （ 3）三維流動理論： 由于實際工作輪中流動參數(shù)的變化，在空間三個坐標方向都存在，因而，只有三元流動理論才能 對實際流場進行較正確的描述。 液力變矩器是流道封閉的多級透平機械，流道內為復雜的三維粘性流動。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，這就必然會在流道壁面上出現(xiàn)附面層，由此還會引起“二次流動”和“脫流”、“旋渦”等。要想 得到準確的流場計算結果，必須對變矩器內部流場進行三維粘性流動計算，直接對 NS 方程求解。液力變矩器采用計算流體動力學數(shù)值模擬技術研究液力變矩器內部的流動形態(tài)，但能反映變矩器內部真實流動的數(shù)學模型還不 完善，有待進一步研究和發(fā)展。 ??3 本章小結 本章介紹了液力變矩器的結構型式，對液力變矩器的工作原理進行了闡述，并指出了 導輪在液力變矩器中的重要作用，液流 經過導輪葉片時，相對運動速度可發(fā)生兩種變化，一是速度大小發(fā)生變化，二是速度方向改變 。對液力變矩器的設計方法進行了簡要闡述，指出了 幾種 液力變矩器設 計的重設計方法，對后續(xù)設計打下基礎。 10 第 3 章 傳動方案論證 液力變矩器參數(shù)確定 此次要設計的是 CL165 液力變矩器， 液力變矩器的幾何參數(shù)是影響液力 變矩器性能的關鍵，它主要包括葉形參數(shù)和循環(huán)圓參數(shù)。 變 矩器葉片是復雜的空間幾何形狀，要想對其進行完全精確的定義，只能直接通過三維模型進行。在研究和設計工作中，為了描述的方便，主要采用各葉輪進出口處的半徑和葉片角作為葉形參數(shù) ,具體要求及指標為： 1. 額定力矩： 71N m，轉速 2200 轉 /分鐘，功率： 92kw 2. 泵輪入口角 1B? =120176。 。導輪入口角 1D? =122176。 。渦輪入口角 1T? =48176。 泵輪出口角 2B? =122176。 。導輪出口角 1D? =38176。 。渦輪出口角 1T? =150176。 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 有以下幾種形式的工作輪。 ① 徑流式 這種工作輪與軸面圖（即沿變矩器旋轉軸心線的截面），液流沿著對片半徑方向流動。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 輪從周面圖看，液流 在葉片流道內軸向流動。 ③ 混流式 這種工作輪從周面圖看，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(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，其余工作輪多采用精餾式或者軸流式工作輪。 目前常用的汽車和工程機械用變矩器大多數(shù)按照泵輪 → 導輪 → 渦輪的順序進行排列。 傳動過程 及 類型 確定 相對于汽車液力變矩器導輪的低速不轉動，高速時轉動。 由于此液力變矩器主要是用于增加扭矩，所以 CL165 液力變矩器的導輪 是固定 不轉動 的。 壓力油經過 發(fā)動機 所 帶動 的 泵輪旋轉 離心進入渦輪，渦輪與輸出軸剛性連接，渦輪 受到泵輪離心出的油液沖擊轉動，從而帶動輸出軸轉動， 位于渦輪出口和泵輪進口之間 的導輪 將渦輪出口 的液流 反向并使其流回泵輪。 完成一個工作周期，同時，液力變矩器泵輪殼體上裝有齒輪，與回油泵齒輪嚙合。從而能夠帶動回油泵轉動，對其它工作部分進行驅動控制。 這樣就可以確定 CL165 液力變矩器是正轉型，單級單相單導輪 混流式 液力變矩器 。 液流在變矩器內的流向見 圖 31 11 圖 31 液力變矩器液流流向圖 本章小結 本章對液力變矩器的參數(shù)和 液力變矩器類型進行了確 定。并了解了工作輪在循環(huán)圓中的排列位置的不同對于液力變矩器的性能有著很大的改變， 確定了一些列參數(shù)后，可以開始進行液力變矩器的葉片設計了。 12 第 4 章 液力變矩器 的 葉片設計 液力變矩器葉片的設計流程 液力變矩器的設計主要是指變矩器的循環(huán)圓設計、葉片設計、特性計算、整體結構設計以及一些關鍵零部件的設計，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計的關鍵是葉片設計。 具體設計流程 如圖 41。 圖 41 變矩器葉片設計流程圖 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。 由于軸線對稱，一般畫出軸線上的一半 ,如 圖 42。 課題 設計要求 循環(huán)圓確定 參數(shù)選擇 環(huán)量分配法計算 葉片三維造型 計算結果分析 符合設計要求 完成設計 Y 13 圖 42 變矩器循環(huán)圓 循環(huán)圓實際是工作液體在各工作輪內循環(huán)流動是流道的軸面形狀，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。 ??3 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(jù)外環(huán)與中間里流線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 Rac ，循環(huán)圓外環(huán)最小直徑為 d0 ，最小半徑為 Rc0 。循環(huán)圓寬度為 B。 設扣除發(fā)動機各輔助設備所消耗功 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矩為 ： TB =BBP? =Te =BePn30?? （ 41） 為適應設計設計要，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，開始確定內環(huán)、設計流線。設計流線的原則是使液流速度沿流 14 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面公式 計算： F=??cos（ r2s — r2c ） （ 42） 試中 ? —— 元線相對垂線的夾角，所有元線均垂直于設計流線 rs —— 任意元線與外環(huán)交點上的半徑； rc —— 同一元線與內環(huán)交點上的半徑； r —— 同一元線與設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 則可相應地按 43 式計算 212 co s ?????? ?? ? ?Frr sc （ 43） 212 2co s ?????? ?? ? ?Frr s (44) 確定出內環(huán)和設計流線。由于整個圓是由三段圓弧組成，內環(huán)和中間線都是 ,不一樣的，將會在葉片設計中代入數(shù)值。 葉片的設計 泵輪 葉片的設計 角度要求： 進口角 ??1201B? ； 出口角 ??1222B? 葉片設計是液力變矩器設計的核心問題，本次設計采用的是環(huán)量分配法。 環(huán)量設計法的理論基礎是速流理論，認為其在選定的設計速比下，循環(huán)圓平面中間流線上每增加相同的弧長，液流沿葉片