【正文】 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。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(dòng)。當(dāng) 其他條件不變時(shí)，改變 βD2會(huì)影響泵輪轉(zhuǎn)矩和泵輪進(jìn)口沖擊損失。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(duì)設(shè)計(jì)工況的移動(dòng)，不會(huì)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)。 為此參考以上的理論進(jìn)行本課題的葉片進(jìn)出口選擇。 110186。 150186。 22186。 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(xiàn) 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。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。時(shí)，就使效率變化 ％ ，使 K0 變化％ 。葉片間流道的表面粗糙度如能達(dá)到或低于 ，一般已滿(mǎn)足要求。 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(jiàn)圖 。 綜合式液力變矩器最佳葉片數(shù)的選擇，可按如下步驟進(jìn)行。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) 33 其次，根據(jù)葉片生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)及液力變矩器在車(chē)輛中的工作條件對(duì)葉片數(shù)加以修正。 表 綜合式液力 變矩器最佳葉片數(shù)選擇參考 葉片數(shù) Z 葉輪 最佳葉片數(shù)范圍 備注 泵輪 24～ 28 渦輪 26～ 32 考慮到制造工藝上的困難，在 20～ 25 內(nèi)選取為宜 第一導(dǎo)輪 14～ 20 第二導(dǎo)輪 20～ 23 根據(jù)以上理論公式，本課題所設(shè)計(jì)泵輪葉片數(shù)目?。?24；渦輪葉片數(shù)目?。?24；導(dǎo)輪葉片數(shù)目?。?14。由于液力變矩器的葉片直接影響到變矩器的性能參數(shù)，因此液力變矩器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是葉片設(shè)計(jì)。為此，先進(jìn)行循環(huán)圓設(shè)計(jì)。 由于對(duì)軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)，一般僅畫(huà)出軸線(xiàn)上的一半，見(jiàn)圖 。 循環(huán)圓是由外環(huán)、內(nèi)環(huán)、工作輪的入口邊和出口邊組成的。此外，在循環(huán)圓上，還表示出中間流線(xiàn)(或稱(chēng)設(shè)計(jì)流線(xiàn) )。中間流線(xiàn)可以根據(jù)外環(huán)與中間流線(xiàn)的過(guò)流面積，和中間流線(xiàn)與內(nèi)環(huán)的過(guò)流面積相等的原則求出。它是液力變矩器的特性尺寸。循環(huán)圓外環(huán)的最小直徑為 d0，最小半徑為R0。各工作輪葉片入口和出口在中間流線(xiàn)上的半徑為Rn Rn2。液力變矩器性能僅與工作輪出、入口半徑、葉片角、流道截面積等參數(shù)有關(guān)。 ①圓形循環(huán)圓 汽車(chē)型單級(jí)液力變矩器大多采用這種循環(huán)圓。由于軸向尺寸的限制，轎車(chē)變矩器循環(huán)圓已發(fā)展為扁圓型。 ②蛋形循環(huán)圓 部分工程車(chē)輛使用的液力變矩器屬于這種循環(huán)圓。 ③半蛋形循環(huán)圓 葉片彎曲比較大的渦輪和導(dǎo)輪布置在直線(xiàn)部分，其葉片一般設(shè)計(jì)為流線(xiàn)型的圓柱形葉片，這樣可以用銑削加工的方法制造工作輪，以提高葉片和流道的表面質(zhì)量，從而提高液力變矩器的效率。這種循環(huán)圓中的渦輪和導(dǎo)輪一般均布置在循環(huán)圓的直線(xiàn)段，以便于采用銑削加工葉片工作輪，以提高液力變矩器的效率。 設(shè)計(jì)液力變矩器的循環(huán)圓時(shí)，可以根據(jù)使用場(chǎng)合、制造情況和設(shè)計(jì)資料來(lái)選擇循環(huán)圓的形狀。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)既有軸向流動(dòng)又有徑向流動(dòng)，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(zhǎng)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，變矩器有下列幾種型式的工作輪。若液流從小半徑向大半徑方向流動(dòng)，稱(chēng)為離上海工程技術(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) 37 心式工作輪；反之，稱(chēng)為向心式工作輪。 ②軸流式 這種工作輪從軸 面團(tuán)看，液流在葉片流道內(nèi)軸向流動(dòng)。 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(zhǎng)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。 圖 單級(jí)變矩器工作輪位置 循環(huán)圓形狀設(shè)計(jì) 液力變矩器循環(huán)圓的設(shè)計(jì)，常常根據(jù)樣機(jī)進(jìn)行仿形設(shè)計(jì)，或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)，即沒(méi)有一定之規(guī)。根據(jù)這些規(guī)律建立數(shù)學(xué)模型，再應(yīng)用微機(jī)計(jì)算與繪圖。 (2) 循環(huán)圓的外環(huán)和內(nèi)環(huán)一般是由一段、二段或三段圓弧組成的。 表 圓形循環(huán)圓不同組成比例 循環(huán)圓形狀 一圓弧 二圓弧 三圓弧 外環(huán) 39% 11% 50% 內(nèi)環(huán) 17% 11% 72% 由 表 可以看出，圓形循環(huán)圓的外環(huán)大多數(shù)是由三段圓弧連成的， 由一段圓弧即圓形的次之，由二段圓弧組成的極少。大多數(shù)循環(huán)圓形狀，是由三段圓弧組成的，呈扁圓形， d0／ D。也有少數(shù)不在中線(xiàn)上，而在中線(xiàn)之兩側(cè)，主要目的是使循環(huán)圓的形狀更扁一些，如美國(guó) A11ision 公司的產(chǎn) 品均是如此。 表 圓形循環(huán)圓圓弧中心位置 外環(huán) 內(nèi)環(huán) 第一段圓弧 第三段圓弧 第一段圓弧 第三段圓弧 圓心在中線(xiàn)上 83% 83% 83% 83% 圓心不在中線(xiàn)上 17% 17% 17% 17% 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) 39 (4)循環(huán)圓的寬度 B 隨 d0／ D 的增大而減小 (見(jiàn)圖 )，接近直線(xiàn)關(guān)系。其近似公式為 B/Ra＝ — ／ D ????????????? ??? （ ）循環(huán)圓比較扁的， B/Ra 要大于利用上述近似公式計(jì)算得到的值。其近似關(guān)系式為 r1／ Ra＝ 0． 46～ d0／ D ????????????????? （ ） 圖 B/Ra與 d0/D 的統(tǒng)計(jì)關(guān)系 圖 外環(huán) r1/Ra與 d0/D 的關(guān)系 (6)外環(huán)第三段圓弧半徑 (接近循環(huán)圓最小直徑 d0)r3／ Ra 在 ～ 范圍 內(nèi)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列于 圖 上。但仔細(xì)分析一下，除外環(huán)由一個(gè)半徑形成的圓以及個(gè)別較扁的循環(huán)圓外， r3/Ra 變化較小，約在 ～ 之間，近似一條直線(xiàn)，其近似公式為 r3 /Ra＝ ／ D ??????????????????? （ ） 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) 40 圖 外環(huán) r3 /Ra與 d0／ D的統(tǒng)計(jì)關(guān)系 圖 流道比面積與 d0／ D的統(tǒng) 計(jì)關(guān)系 三圓弧循環(huán)圓設(shè)計(jì) 圖 三圓弧循環(huán)圓簡(jiǎn)圖 圖 外環(huán)形狀 外環(huán)形狀的確定 為區(qū)別中間流線(xiàn)、外環(huán)、內(nèi)環(huán)的符號(hào)，設(shè)下標(biāo)相應(yīng)為 3。因此，外環(huán)形狀的確定，實(shí)即歸結(jié)于三圓弧的圓心位置 (RO2 ZO 21； RO2 ZO22； RO2 ZO23)及半徑 (RR2 RR2 RR23)的確定。但需附加一個(gè)已知條件，已知第二段圓弧與第一段圓弧或第三段 圓弧相切點(diǎn)，方能求出。因此，可以根據(jù)導(dǎo)輪寬度 B1，來(lái)確定第二、三段圓弧相切的位置。其具體坐標(biāo)，可由三圓弧中心組成，的三角形 1 2 3OOO? 關(guān)系來(lái)求。 如果 RR21＝ RR23， RO21=RO23， Z021=Z023＝ 0，則外環(huán)是一個(gè)圓形， 于是， RR21＝ RR22＝ RR23， RO23＝ RO22＝ RO23， Z021＝ ZO 22＝ Z023＝ 0，即為一圓弧循環(huán)圓。確定內(nèi)環(huán)、設(shè)計(jì)流線(xiàn)的原則是使液流速度沿流道均勻變化。根據(jù)最佳過(guò)流面積為循環(huán)圓面積的 23％ 的原則，對(duì)于有效直徑為 355mm 的變矩器，其最佳過(guò)流面積為 。 首先，選定一些任意的元線(xiàn)，并算出內(nèi)環(huán)和設(shè)計(jì)流線(xiàn)的初步輪廓。仿照這一過(guò)程，可選出一些更接近于垂直設(shè)計(jì)流線(xiàn)的新的元線(xiàn)，并重復(fù)上述計(jì)算，直到內(nèi)環(huán)變成由外環(huán)與設(shè)計(jì)過(guò)流面積所確定的光滑曲線(xiàn)為止。 rc= r= 2. rs= θ=32186。 rc= r= 4. rs= θ=46186。 rc= r= 6. rs= θ=85186。 rc= r= 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) 47 8. rs= θ=111186。 rc= r= 10. rs= θ=149186。 ①泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于葉片對(duì)液流的作用，使液體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng) (牽連運(yùn)動(dòng) )的速度 uB 和沿葉片間通道的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 wB，合成為絕對(duì)速度 vB。液流動(dòng)量矩的變化是由于泵輪上的轉(zhuǎn)矩 TB 通過(guò)葉片對(duì) 液流作用的結(jié)果。液體能的能頭由兩部分組成：一是動(dòng)能，它是由液體絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度增高來(lái)表示的，這一項(xiàng)占主要地位；另一部分是壓力能，它是由于牽連運(yùn)動(dòng)的離心壓力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)中由于截面的變化所引起的速度變化，而最終引起壓頭的變化。 (1)泵輪人口和出口處的速度三角形 液體在泵輪葉片入口處和出口處的速度三 角形 (見(jiàn)圖 )，實(shí)際上是指入口處液流尚未進(jìn)入前和出口處液流剛離開(kāi)葉片后的速度三角形。 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) 50 圖 泵輪入口和出口的速度三角形 液體的牽連運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此牽連運(yùn)動(dòng)速度 uB 的方向?yàn)閳A周的切線(xiàn)方向，其大小則與轉(zhuǎn)速 nB和葉片入口和出口處的半徑 rBl和 rB2有關(guān)。泵輪與液體相互作用的轉(zhuǎn)矩關(guān)系式可 以由下式表示，即 ?????????????? （ ） 將 vuB1rB1=vuD2rD2代人上式得 ??????????????? （ ） 泵輪中動(dòng)量矩的增長(zhǎng)情況 (假設(shè)是線(xiàn)性均勻增長(zhǎng)，實(shí)際情況則不一定是均勻的 )及其與泵輪轉(zhuǎn)矩間的關(guān)系見(jiàn) 圖 。 現(xiàn)在，需將計(jì)算出的角度轉(zhuǎn)換為可以繪制三維葉片的葉形坐標(biāo)。 為了確定任一葉片元線(xiàn)上的偏移量 xk，可利用下式計(jì)算 21s in ( )k kkkkkJx r yr???? ? ????????????????????? （ ） 式中 J—— 相鄰兩點(diǎn)間的弧長(zhǎng)； e—— 相鄰兩點(diǎn)元線(xiàn)之間的距離； y—— 元線(xiàn)起點(diǎn)所在軸面與徑向參考平面夾角； rk—— 元線(xiàn)與設(shè) 計(jì)流線(xiàn)之交點(diǎn)上的半徑，或視具體情況，表示元線(xiàn)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) 55 與內(nèi)環(huán)或外環(huán)之交點(diǎn)上的半徑； A—— 元線(xiàn)的序號(hào)， A＝ O， 1， 則由 式 計(jì)算泵輪外環(huán)偏移量列與下： X10= sin(0)=0 X9=(J10/r10)=()= X8=(+)= X7=(+)= X6= (+)= X5= (+)= X4= (+)= X3= (+)= X2= (+)= X1= (+)= X0= (+)= 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) 56 表 AUTOCAD 測(cè)量泵輪數(shù)據(jù) 內(nèi)環(huán) 序號(hào) 半徑 /mm 軸向距離 /mm 弧長(zhǎng) /mm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 測(cè)量變矩器泵輪葉片的相應(yīng)數(shù)據(jù)列于 表 。 ①當(dāng)由泵輪流出的高速液流沖擊渦輪葉片時(shí)，葉片將液體能轉(zhuǎn)變?yōu)?渦輪軸上的機(jī)械能。 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) 58 ②渦輪葉片改變液流的動(dòng)量矩，使渦輪軸獲得來(lái)自液流作用的轉(zhuǎn)矩TT。 (1)渦輪入口和出口處的速度三角形 液流在渦輪流道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)與泵輪一樣，也是由在葉片間通路的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和與渦輪一起的牽連運(yùn)動(dòng)組成的。 圖 渦輪人口和出口的速度三角形 唯一的特 殊情況是當(dāng)渦輪制動(dòng)時(shí)，由于 nT＝ 0，液流的運(yùn)動(dòng)僅是沿工作輪流道的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 (2)液流與渦輪葉片相互作用的轉(zhuǎn)矩 液流在沖擊渦輪葉片時(shí)，由于液流速度在大小和方向上不斷發(fā)生變化，因此動(dòng)量矩也發(fā)生變化。 渦輪中動(dòng)量矩的變化情況及渦輪轉(zhuǎn)矩 TT 見(jiàn) 圖 。 則由 式 計(jì)算渦輪外環(huán)偏移量列與下： 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) 60 X10=0 X9= X8= X7= X6= X5= X4= X3= X2= X1= X0= 表 AUTOCAD 測(cè)量數(shù)據(jù) 渦輪內(nèi)環(huán) 序號(hào) 半徑 /mm 軸向距離 /mm 弧長(zhǎng) /mm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 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) 61 測(cè)量變矩器渦輪葉片的相應(yīng)數(shù)據(jù)列于