【正文】 葉片的設(shè)計(jì) 泵輪葉片的設(shè)計(jì) 進(jìn)口角： 1B? =120176。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(jì)算 rc =（ r2s —??cosF） 21 r=（ r2s —??2cosF） 21 確定出內(nèi)環(huán)和設(shè)計(jì)流線。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()17 r —— 同一元線與設(shè)計(jì)流線交點(diǎn)上的半徑。為此假定在同意過(guò)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(guò)面積相等。 已知外環(huán)后，開(kāi)始確定內(nèi)環(huán)、設(shè)計(jì)流線。循環(huán)圓寬度為 B。它是液力變矩器的特性尺寸。中間流線可以根據(jù)外環(huán)與中間里流線過(guò)流面積和中間流線與內(nèi)環(huán)的過(guò)流面積相等的原則求出。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）。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()16 圖 33 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)流動(dòng)是一個(gè)封閉的軌跡，因而起名為循環(huán)圓。在截面上與液體相相接的界線形成的形狀，稱為循環(huán)圓。 渦輪出口角 2T? =150176。 m，轉(zhuǎn)速 2200 轉(zhuǎn) /分鐘，功率： 60kw 2B? =128176。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。要想的 到長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) Opinos adugethry39。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。 （ 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，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(chǎng)進(jìn)行較正確的描述。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。 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。 首先，使空間的立體流動(dòng)簡(jiǎn)化為平面的二維流動(dòng)，再進(jìn)一步簡(jiǎn)化為單一的流線流動(dòng)，即用一條流線的流動(dòng)來(lái)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(wú)窮多，厚度無(wú)限薄，忽略粘性對(duì)流場(chǎng)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(jiǎn)化為一維流動(dòng)的理論，稱為 一元束流理論。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(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布規(guī)律研究存在很多空白。 ③ 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(chǎng)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。 ② 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)。此法亦稱為基型設(shè)計(jì)法，其性能 Opinos adugethry39。因此在設(shè)計(jì)階段獲得液力變矩器的流場(chǎng)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。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。 圖 31 液力變矩器總成 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(lái)篩選、改進(jìn)，最后定型。長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) Opinos adugethry39。 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(wú)因次半徑 Opinos adugethry39。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? 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。 隨著 增加，如取 ， 當(dāng) 時(shí)，為軸流式渦輪， ， 曲線變?yōu)橄掳迹ㄒ?jiàn)圖 23 曲線 2）。 由 可知， 主要取決于及 的 相 互 位 置 。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()11 時(shí)， ，流量特性曲線上凸，即為橢圓。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB() 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 Opinos adugethry39。如圖22 所 示 。 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。 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 Opinos adugethry39。它們又可以分成 兩類基本損失來(lái)加以計(jì)算。 機(jī)械損失總的來(lái)說(shuō)不超過(guò)總能量的 1%~2% ，通常不考慮，容積損失也很?。?1%），可以忽略不計(jì)，所以主要考慮的是液力損失。 由此可見(jiàn)，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。第二類是其使用工況參數(shù)，如 或速比 。 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(guò)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β ，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 。將 V 分解為兩個(gè)分速度： V=Vm +Vu 式中 Vm 是速度在軸面上的分速度，它與相對(duì)速度 ω 、流量 Q 以及葉片 β角的 關(guān)系為： 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) Opinos adugethry39。 圖 21 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(guò)程。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。液體沖擊葉片時(shí)一部分液能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，使液體具有所具有的動(dòng)能和壓能降低。泵輪通過(guò)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(guò)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(kāi)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。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()6 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，所以在汽車上已很少應(yīng)用。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) 。最常見(jiàn)的是正轉(zhuǎn)、單級(jí)（只有一個(gè)渦輪）液力變矩器。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。液力變矩器在額定工況附近效率較高。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(méi)有剛性聯(lián)接。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。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(lái)傳遞扭矩。泵輪將輸入軸的機(jī)械能傳遞給液體。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)。用螺栓固定在飛輪上，渦輪通過(guò)從動(dòng)軸與傳動(dòng)系各件相連。各件用鋁合金精密鑄造或用鋼板沖壓焊接而成。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()5 第 2 章 液力變矩器的基本知識(shí) 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(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩。通過(guò)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(lái)便捷。 其 具有自動(dòng)適應(yīng)性、無(wú)級(jí)變速、良好穩(wěn)定的低速性能、 過(guò)載保護(hù)性能 ， 減振隔振及無(wú)機(jī)械磨損，降低沖擊等優(yōu)良特性，延長(zhǎng)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(guò)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 Opinos adugethry39。 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(guò)液體動(dòng)量矩的變化來(lái)改變傳遞轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)裝置。王健等探討了液力變矩器的 CAD/CFD/CAM 一體化設(shè)計(jì)。閆清東等提出變矩器葉柵的反向設(shè)計(jì)方法，對(duì)測(cè)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(kāi)發(fā)。趙罡等采用光電非接觸三坐標(biāo)掃描測(cè)量?jī)x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(cè)量的問(wèn)題；通過(guò)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。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(kāi)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(chǎng)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(kāi)發(fā)了相應(yīng)設(shè)計(jì)工具。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(chǎng)數(shù)值模擬以及流場(chǎng)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。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。由于流場(chǎng)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(shì)不是很明顯。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。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)流線形長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) Opinos adugethry39。基于流場(chǎng)理論的設(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(guò)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。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