CL315_液力變矩器_畢業(yè)論文復習課程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。CL315_液力變矩器_畢業(yè)論文摘要液力變矩器具有的優(yōu)良特性，自動適應性、無級變速、良好穩(wěn)定的低速性能、減振隔振及無機械磨損等，是其它傳動元件無可替代的。歷經(jīng)百年的發(fā)展，液力變矩器的應用不斷擴大，從汽車、工程機械到石油、化工、礦山、冶金機械等領域都得到了廣泛的應用。本文主要介紹了CL315液力變矩器的結構設計,結構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，葉片設計的方法有很多，本

2、次葉片設計采用的是環(huán)量分配法。關鍵詞：液力變矩器葉片設計環(huán)量分配法AbstractTorqueconverterhasexcellentfeatures,automaticadaptive,variablespeed,goodspeedandstableperformance,vibrationisolation,andnomechanicalwear,arenosubstitutefortheothertransmissioncomponents.Aftercenturiesofdevelopment,expandingtheapplicationoftorqueconverter.From

3、theautomobile,engineeringmachinerytothepetroleum,chemical,mining,metallurgicalmachineryandotherfieldshavebeenwidelyused.ThispaperdescribesthestructuraldesignoftheCL315torqueconverter.Structuredesignofthetorqueconvertermainlyreferstothecycleofcirculardesign,bladedesign,features,theoveralldesignandthe

4、designofsomeofthekeycomponents.Astheleafparametersdirectlyaffecttheperformanceoftorqueconverter.Sothebladedesignisthekeyofthedesignofthetorqueconverter.Therearemanywaysbladedesign,Thebladedesignusesacirculationdistributionmethod.Keywords:torqueconverter;Bladedesign;Centralvolumeofdistributionmethod目

5、錄TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc295747573摘要PAGEREF_Toc295747573hIHYPERLINKl_Toc295747574AbstractPAGEREF_Toc295747574hIIHYPERLINKl_Toc295747575第1章緒論PAGEREF_Toc295747575h1HYPERLINKl_Toc2957475761.1液力變矩器綜述PAGEREF_Toc295747576h1HYPERLINKl_Toc2957475771.2液力變矩器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀PAGEREF_Toc295747577h1HYPERLINKl_Toc29574757

6、81.3液力變矩器設計方法研究進展PAGEREF_Toc295747578h2HYPERLINKl_Toc2957475791.4本課題研究的意義目的PAGEREF_Toc295747579h3HYPERLINKl_Toc295747580第2章液力變矩器的基本知識PAGEREF_Toc295747580h5HYPERLINKl_Toc2957475812.1液力變矩器的構造PAGEREF_Toc295747581h5HYPERLINKl_Toc2957475822.2液力變矩器的工作原理PAGEREF_Toc295747582h6HYPERLINKl_Toc2957475832.3液力變矩器

7、中循環(huán)流量的確定PAGEREF_Toc295747583h7HYPERLINKl_Toc2957475842.3.1通流損失PAGEREF_Toc295747584h7HYPERLINKl_Toc2957475852.3.2沖擊損失PAGEREF_Toc295747585h8HYPERLINKl_Toc2957475862.4液力變矩器幾何參數(shù)的計算PAGEREF_Toc295747586h11HYPERLINKl_Toc2957475872.4.1計算工作輪特性參數(shù)和幾何參數(shù)的關系PAGEREF_Toc295747587h11HYPERLINKl_Toc295747588第3章液力變矩器結構

8、設計PAGEREF_Toc295747588h13HYPERLINKl_Toc2957475893.1設計方法PAGEREF_Toc295747589h13HYPERLINKl_Toc2957475903.2循環(huán)圓的確定PAGEREF_Toc295747590h15HYPERLINKl_Toc2957475913.3葉片的設計PAGEREF_Toc295747591h17HYPERLINKl_Toc2957475923.3.1泵輪葉片的設計PAGEREF_Toc295747592h17HYPERLINKl_Toc2957475933.3.2渦輪葉片設計PAGEREF_Toc295747593h

9、21HYPERLINKl_Toc2957475943.3.3導輪葉片設計PAGEREF_Toc295747594h24HYPERLINKl_Toc295747595結論PAGEREF_Toc295747595h26HYPERLINKl_Toc295747596參考文獻PAGEREF_Toc295747596h27HYPERLINKl_Toc295747597致謝PAGEREF_Toc295747597h28第1章緒論1.1液力變矩器綜述液力變矩器是以液體為工作介質的一種非剛性扭矩變換器，是液力傳動的型式之一。液力變矩器具有的優(yōu)良特性，自動適應性、無級變速、良好穩(wěn)定的低速性能、減振隔振及無機械磨

10、損等，是其它傳動元件無可替代的。歷經(jīng)百年的發(fā)展，液力變矩器的應用不斷擴大，從汽車、工程機械到石油、化工、礦山、冶金機械等領域都得到了廣泛的應用。液力變矩器的流場理論、設計和制造、實驗等研究工作，近年來，也得到了突飛猛進的發(fā)展。國外已普遍將液力傳動用于轎車、公共汽車、豪華型大客車、重型汽車、某些牽引車及工程機械等。圖1-1液力變矩器示意圖1.2液力變矩器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自液力變矩器產(chǎn)生開始，研究者們就沒有停止過對其性能的研究。這使得液力變矩器的性能不斷提高，基本上，液力變矩器的開發(fā)和設計師伴隨著人們對流體力學知識、數(shù)學知識、計算機知識以及相關實驗條件的改善而不斷提高的。其開發(fā)設計過程大致可以分為

11、實驗設計和理設計及兩個方面，當然這兩個方面是相輔相成的。我國在50年代就將液力變矩器應用到紅旗牌高級轎車上，70年代又將液力變矩器應用于重型礦用汽車上。目前，我國車輛液力變矩器主要應用于列車機車、一些工程機械和新一代的主戰(zhàn)坦克及步兵戰(zhàn)車等車輛上。液力傳動在國內(nèi)工程機械上的應用始于60年代，由天津工程機械研究所和廈門工程機械廠共同研制的ZL435裝載機上的液力傳動開始的。80年代由天津工程機械研究所研制開發(fā)了YJ單級向心渦輪液力變矩器葉柵系統(tǒng)和YJSW雙渦輪液力變矩器系列。兩大系列目前已成為我國國內(nèi)工程機械企業(yè)的液力變矩器的主要產(chǎn)品。其產(chǎn)品的主要性能指標已達到國外同類產(chǎn)品的先進水平。80年代北京

12、理工大學為軍用車輛研制開發(fā)了Ch300、Ch400、Ch700、Ch1000系列液力變矩器，突破大功率、高能容、高轉速液力變矩器的設計與制造關鍵技術，達到國際先進水平，滿足了軍用車輛的使用要求。一些合資企業(yè)生產(chǎn)的轎車和重型載重車等也應用了進口的液力變矩器。同國外相比，我國車輛應用液力變矩器雖然有了一定基礎，但應用范圍窄，數(shù)量較小，在中型載貨汽車、公共汽車、越野汽車等車輛上沒有應用或應用極少。西部大開發(fā)和我國經(jīng)濟的大發(fā)展，交通運輸、水利水電、建筑業(yè)、能源等領域將是發(fā)展重點，因此液力變矩器在我國有廣闊的市場。1.3液力變矩器設計方法研究進展液力變矩器的設計內(nèi)容主要有葉柵進、出口參數(shù)設計，液流流道設

13、計，特性計算，整體結構設計及供油系統(tǒng)設計。葉柵進、出口參數(shù)設計是指根據(jù)給定的性能指標確定最佳的葉柵進、出口參數(shù)，包括流道的進、出口寬度和半徑以及葉片的進、出口角度和厚度。目前采用的設計方法有三種：基型設計法、統(tǒng)計設計法和基于流場理論的設計法。基型設計法選擇性能與設計要求接近的液力變矩器作為設計基型，循環(huán)圓的形狀，葉輪的布置，葉片的形狀，葉片的數(shù)目，各種計算系數(shù)均參考基型選擇，幾何尺寸按相似原理進行確定。統(tǒng)計設計法根據(jù)現(xiàn)有液力變矩器的種類和性能指標，有針對性地進行綜合分析，統(tǒng)計出液力變矩器的性能、葉輪尺寸及葉片角度的關系，制定出圖表或解析式作為設計的參考。設計時根據(jù)性能要求選定一些參數(shù)作為設計計

14、算的初始點，根據(jù)統(tǒng)計圖表或解析式確定所設計的液力變矩器的各項參數(shù)?；诹鲌隼碚摰脑O計法根據(jù)流束理論及守恒定律建立葉柵進、出口參數(shù)設計計算的基本數(shù)學關系式，根據(jù)設計性能求及制造工藝條件建立約束方程，然后通過選擇合適的優(yōu)化目標函數(shù)、優(yōu)化計算方法及初始參數(shù)進行設計計算。液流流道是由循環(huán)圓內(nèi)、外環(huán)曲面及葉片曲面組成的，其設計包括循環(huán)圓設計和葉片設計。循環(huán)圓設計是確定循環(huán)圓的外環(huán)形狀、內(nèi)環(huán)形狀、設計流線形狀及葉片的進、出口邊的軸面位置和形狀。葉片設計是在循環(huán)圓設計和葉柵進、出口參數(shù)設計基礎上進行的，葉片的形狀直接影響液流流道的形狀及葉輪的制造。葉片設計的方法可分為二維設計、準三維設計和三維設計。由于流場

15、理論研究的制約，直接進行葉片的準三維設計和三維曲面設計困難較大，而且優(yōu)勢不是很明顯。目前廣泛應用的葉片設計方法仍是環(huán)量分配法和投影于單柱面或多圓柱面的保角射影原理。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計流程。通過對不同參數(shù)變化規(guī)律生成的泵輪、渦輪、導輪的葉型進行對比分析，總結出液力變矩器葉片角變化對液力變矩器性能影響的基本規(guī)律，通過CAD/CFD技術完成葉片的設計和相應變矩性能的設計計算。才委等對液力變矩器的現(xiàn)代設計方法作了細致深入的研究，基于W305液力變矩器進行了流場數(shù)值模擬以及流場特性分析，探討了葉型的三維設計方法，并且建立了液力變矩器的現(xiàn)代設計方法體系

16、。何仁等探討了液力變矩器特性參數(shù)的優(yōu)化方法。魏巍等為實現(xiàn)液力變矩器葉柵的完全三維設計及其優(yōu)化開發(fā)了一套包含流束初值搜索、循環(huán)圓與葉形的參數(shù)化設計、網(wǎng)格劃分、流場分析、試驗設計和優(yōu)化算法在內(nèi)的三維優(yōu)化設計系統(tǒng)，并為各環(huán)節(jié)開發(fā)了相應設計工具。張錫杰等介紹了液力變矩器復雜葉柵測繪和反求的具體過程，通過硅橡膠制模、光柵掃描測繪、三坐標測量等方法獲得流道的形狀和位置，使用Imageware處理點云數(shù)據(jù)，用UG完成最終的葉輪造型。趙罡等采用光電非接觸三坐標掃描測量儀液力變矩器葉輪和葉片進行了反求，解決了流道和葉片難以測量的問題；通過實驗對液力變矩器外特性進行反求，并與理論計算結果進行對比分析，為內(nèi)特性反求

17、提供了條件。在此基礎上進行了流量特性、能頭特性、損失特性的反求。閆清東等提出變矩器葉柵的反向設計方法，對測繪數(shù)據(jù)進行曲面重構，并利用UG/openAPI對該方法進行軟件的二次開發(fā)。李有義等研究了液力變矩器葉柵繪形的計算機輔助設計方法，提出了液力變矩器葉柵繪形的三維模型設計方法。王健等探討了液力變矩器的CAD/CFD/CAM一體化設計。這些研究成果表明：我國在液力變矩器設計方法和設計手段方面取得了較大進步。1.4本課題研究的意義目的液力變矩器是以液體為介質，利用液體的相互作用引起機械能與液體動能之間的相互轉換，通過液體動量矩的變化來改變傳遞轉矩的傳動裝置。液力變矩器是關鍵的動力傳動部件，可以保證

18、系統(tǒng)平穩(wěn)起步、變速和變矩載荷的瞬態(tài)變化基本不會反映到動力機上。其具有自動適應性、無級變速、良好穩(wěn)定的低速性能、過載保護性能，減振隔振及無機械磨損，降低沖擊等優(yōu)良特性，延長了動力傳動裝置的使用壽命，提高了乘坐的舒適性、安全性及通過性，因此廣泛應用于汽車、軍用車輛、工程機械、石油、冶金、礦山及化工機械等領域，是車輛及工程機械自動變速系統(tǒng)的主要部件。通過對液力變矩器的研究，有助于車輛機械等更好更快的發(fā)展，從而給人們帶來便捷。第2章液力變矩器的基本知識2.1液力變矩器的構造液力變矩器以液體作為介質，傳遞和增大來自發(fā)動機的扭矩。液力變矩器由可轉動的泵輪和渦輪，以及固定不動的導輪三元件構成。各件用鋁合金精

19、密鑄造或用鋼板沖壓焊接而成。泵輪與變矩器殼成一體。用螺栓固定在飛輪上，渦輪通過從動軸與傳動系各件相連。所有工作輪在裝配后，形成斷面為循環(huán)圓的環(huán)狀體。它有一個密閉工作腔，液體在腔內(nèi)循環(huán)流動，其中泵輪、渦輪和導輪分別與輸入軸、輸出軸和殼體相聯(lián)。動力機（內(nèi)燃機、電動機等）帶動輸入軸旋轉時，液體從離心式泵輪流出，順次經(jīng)過渦輪、導輪再返回泵輪，周而復始地循環(huán)流動。泵輪將輸入軸的機械能傳遞給液體。高速液體推動渦輪旋轉，將能量傳給輸出軸。液力變矩器靠液體與葉片相互作用產(chǎn)生動量矩的變化來傳遞扭矩。液力變矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的導輪。導輪對液體的導流作用使液力變矩器的輸出扭矩可高于或低于輸入

20、扭矩，因而稱為變矩器。變矩系數(shù)隨輸出轉速的上升而下降。液力變矩器的輸入軸與輸出軸間靠液體聯(lián)系，工作構件間沒有剛性聯(lián)接。液力變矩器的特點是：能消除沖擊和振動，過載保護性能和起動性能好；輸出軸的轉速可大于或小于輸入軸的轉速，兩軸的轉速差隨傳遞扭矩的大小而不同；有良好的自動變速性能，載荷增大時輸出轉速自動下降，反之自動上升；保證動力機有穩(wěn)定的工作區(qū)，載荷的瞬態(tài)變化基本不會反映到動力機上。液力變矩器在額定工況附近效率較高。葉輪是液力變矩器的核心。它的型式和布置位置以及葉片的形狀，對變矩器的性能有決定作用。有的液力變矩器有兩個以上的渦輪、導輪或泵輪，借以獲得不同的性能。最常見的是正轉、單級（只有一個渦輪

21、）液力變矩器。兼有變矩器和耦合器性能特點的稱為綜合式液力變矩器，例如導輪可以固定、也可以隨泵輪一起轉動的液力變矩器。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)。2.2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用。圖2-1是最簡單的液力變矩器，由泵輪B、渦輪T和導輪D所組成，在結構上它與耦合器不同之處在于它的工作輪葉片大都彎曲成一定角度，且有固定不動的液流導向裝置導輪，導輪通過單向輪F或直接固定在殼體上。泵輪通過殼體與發(fā)動機相連，渦輪與輸出軸連接，發(fā)動機通過變矩器殼體帶動泵輪旋轉，泵輪帶動工

22、作液體一起做牽連的圓周運動uB和迫使液體沿葉片間通路作相對運動wB，使液體離開泵輪是獲得一定的動能和壓能，從而將發(fā)動機的機械能轉變?yōu)橐后w的能量。液體沿循環(huán)圓高速流入渦輪，迫使渦輪開始旋轉，并使渦輪獲得一定的轉矩去克服外界阻力做功。液體沖擊葉片時一部分液能轉變?yōu)闄C械能，使液體具有所具有的動能和壓能降低。由渦輪出來的液體流入固定不動的導輪，液體在導輪內(nèi)流動時沒有能量的輸入和輸出，相對流動是液流的唯一流動。液體流出導輪時速度的方向發(fā)生了變化，當液體再次流回泵輪時，液體沖擊泵輪葉片的背面，增加泵輪的轉矩，這樣泵輪出口處的液流將具有更高的動能，同時沖擊渦輪時，使渦輪獲得較高的轉矩和轉速。然后，液流又從渦

23、輪流入導輪，重復這一循環(huán)。圖2-1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、能量和轉矩的變化，液體的流動是粘性的三維非穩(wěn)定流動，是一個相當復雜的過程。為便于研究，應用束流理論。將V分解為兩個分速度：V=V+V式中V是速度在軸面上的分速度，它與相對速度、流量Q以及葉片角的關系為：V=sinV是絕對速度的圓周分速度：V=u-Vctg（-）=u+Vctg設T,T,T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：T+T+T=0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。2.3液力變矩器中循環(huán)流量的確定分析

24、工作輪葉片與液流相互作用的過程，從工作輪與液流相互作用的轉矩公式可以看出，影響因素有三類：第一類是變矩器的結構（或幾何）參數(shù)，包括葉片的進、出口安裝角，葉片進、出口邊的位置R及工作腔在葉片進、出口的橫截面積。對給定的變矩器，這些都是已定數(shù)值。第二類是其使用工況參數(shù)，如或速比。該類參數(shù)在工況給定時，也是已知參數(shù)；第三類就是液力變矩器循環(huán)圓中的流量Q。由此可見，當變矩器一定時，要求得各工作輪的作用轉矩和能頭等，關鍵在于獲得不同工況下或的變化關系，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。包括三種形式：機械損失、容積損失和液力損失。機械損失總的來說不超過總能量的1%2%，通常不考慮，容積

25、損失也很?。?%），可以忽略不計，所以主要考慮的是液力損失。液力損失由沖擊損失摩擦損失,擴散與收縮損失和回轉損失所組成。它們又可以分成兩類基本損失來加以計算。第一類損失與液流的相對速度有關，并與流量的平方成正比，又稱通流損失或摩擦損失；第二類損失與液流的沖擊角有關，并與損失的速度平方成正比，又稱沖擊損失。2.3.1通流損失擴散與收縮損失和回轉損失相對于液流的摩擦損失在數(shù)值上很小，一般可以不計，則通流損失主要為，在水力學中，計算摩擦損失的公式為:式中L流道長度；水力半徑，為過流斷面面積與濕周之比；摩擦系數(shù)，它與絕對粗糙度K、水力半徑及雷諾數(shù)流道彎曲程度，速度分布等有關。液力變矩器的全部通流損失為

26、：式中分別為泵輪、渦輪、導輪葉片流道的通流損失系數(shù)，2.3.2沖擊損失沖擊損失是由進入葉片的液流速度方向與葉片角不一致而產(chǎn)生的。無沖擊進入葉片的速度與一般情況下進入葉片的速度之差為v，則沖擊損失為：式中，沖擊損失系數(shù)與葉片形狀、數(shù)量及進入各工作輪的沖擊角有關。如圖2-2所示。損失速度與軸面速度有關，當時，一般情況下，為了減少沖擊損失，總是力求軸面速度相等，故為，則液力變矩器各工作輪的沖擊損失為：根據(jù)歐拉公式，可知：將的表達式代入能量平衡方程可得：式中對上式求解，可得液力變矩器在一定時，任一下的循環(huán)流量Q，它是變矩器結構參數(shù)、損失系數(shù)和的函數(shù)：流量特性式上凸還是下凹，決定于的符號，若取，則，從上

27、式可得：如果有意義，必須使分母大于零，故其符號取決于分子，當時，流量特性曲線上凸，即為橢圓。當時，流量特性曲線下凹，變?yōu)殡p曲線。由可知，主要取決于及的相互位置。當及時，向心渦輪滿足，流量特性曲線為橢圓（見圖2-3曲線1）。隨著增加，如取，當時，為軸流式渦輪，曲線變?yōu)橄掳迹ㄒ妶D2-3曲線2）。再進一步增大，為離心渦輪，曲線為下凹雙曲線（見圖2-3曲線3），它與軸流式相比，Q的變化更平坦。由上述分析可以看出渦輪葉片進出口位置變化，對流量Q有很大的影響。對其它因素也可作類似分析。不同的或對變矩其性能影響很大。圖2-2不同型式渦輪的液力變矩器由上述分析可以看出渦輪葉片進出口位置變化，對流量Q有很大的影

28、響。對其它因素也可作類似分析。不同的或對變矩其性能影響很大。2.4液力變矩器幾何參數(shù)的計算2.4.1計算工作輪特性參數(shù)和幾何參數(shù)的關系1，工作輪入口和出口的無因次半徑式中R特性半徑，一般取2，工作輪入口處和出口處的無因次流道軸面面積3，工作輪入口處和出口處的中間流線的綜合幾何參數(shù)4，循環(huán)流量系數(shù)5，扭矩系數(shù)的無因次關系在計算工況下，液流無沖擊進入工作輪，則沖擊損失為零，液力損失僅為摩擦損失，即為最低值，此時液力變矩器的液力效率達到最高。第3章液力變矩器結構設計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

29、，因而是液力變矩器的設計的關鍵是葉片設計。圖3-1液力變矩器總成3.1設計方法液力變矩器早期研制，是憑經(jīng)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)品的性能和流場試驗才能獲得改進設計的經(jīng)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

30、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)有設計方法可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，其性能提高受所選基型限制，因而應用中有局限性。經(jīng)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(jīng)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

31、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(nèi)液體流動遠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

32、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(nèi)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(nèi)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(nèi)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

33、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(nèi)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(nèi)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。要想的到準確的流場計算結果，必須對變矩器內(nèi)部流

34、場進行三維粘性流動計算，直接對N-S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(nèi)部的流動形態(tài)，但能反映變矩器內(nèi)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。此次要設計的是CL165液力變矩器，主要應用于工程機械,具體要求及指標為：1.額定力矩：150Nm，轉速2200轉/分鐘，功率：60kw2.泵輪出口角=128導輪出口角=60渦輪出口角=150其具體設計流程為：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圖3-2變矩器葉片設計流程圖3.2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

35、環(huán)圓。由于軸線對稱，一般畫出軸線上的一半見圖圖3-3變矩器循環(huán)圓循環(huán)圓實際是工作液體在各工作輪內(nèi)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。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。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（或稱設計流線）。中間流線在液力變矩器內(nèi)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(nèi)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R，

36、循環(huán)圓外環(huán)最小直徑為d，最小半徑為R。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P，發(fā)動機軸與變矩器泵輪軸直接相連，則有n=n，傳給變矩器泵輪軸的轉矩為T=T=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(nèi)環(huán)、設計流線。設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面公式計算：F=（rr）試中元線相對垂線的夾角，所有元線均垂直于設計流線r任意元線與外環(huán)交點上的半徑；r同一元線與內(nèi)環(huán)交點上的半徑；

37、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r和角可從圖中量出，而r和r則可相應地按下列式計算r=（r）r=（r）確定出內(nèi)環(huán)和設計流線。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，將會在葉片設計中代入數(shù)值。3.3葉片的設計3.3.1泵輪葉片的設計進口角：=120出口角：=128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，液流沿葉片中間流線應增加相同的動量矩，以保證流道內(nèi)的流動狀況良好。設計過程為：根據(jù)前期循環(huán)圓的確定，在泵輪轉矩方程

38、中的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123.5mm；出口半徑外環(huán)為196mm，內(nèi)環(huán)為167mm這樣轉速比為0.5，在2200r/min時輸出轉矩為71Nm。則根據(jù)公式：計算出循環(huán)軸面流速為9.745m/s對泵輪帶入這些數(shù)值所得數(shù)值為:0.912類似的，在出口處所得數(shù)值為：4.1865則改變量，即-得：4.1865-0.912=3.2745圖3-4泵輪葉片將此改變量分為十份，按其中九分各占10.5%，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，在設計流線上，每一點的相應葉片角可根據(jù)公式計算

39、：計算出每一截面元線在設計流線上的角度后，就應求內(nèi)環(huán)和外環(huán)上的相應角度。為了確定元線與內(nèi)環(huán)之交點處的葉片角，采用按反勢流分布計算公式類似地，外環(huán)上可以利用下列公式計算所以在葉片入口處=12035=11842計算后整理成表：表3-1變矩器泵輪角度計算參數(shù)元線序號cot設計流線上的外環(huán)上的內(nèi)環(huán)上的進口0-0.577412011842120351-0.58201201211905121562-0.58671202511937121453-0.59141203711958121344-0.59611205012015121235-0.60091210212047121126-0.60681211512

40、116121017-0.61161212712138121118-0.61711214012158121219-0.6224121531222812134出口10-0.62491221225412152現(xiàn)在，需將計算出的角度轉換為可以計繪制的三維葉形坐標。利用內(nèi)外環(huán)半徑和偏移量，可以方便并精準的確定葉片形狀。為了確定任一葉片元線上的偏移量，可利用下列公式：式中J相鄰兩點間的弧長；J=ecote相鄰兩電源線之間的距離；y元線起點所在軸面與徑向參考平面夾角；r元線與設計流線之交點上的半徑，或視具體境況，表示元線與內(nèi)環(huán)或外環(huán)之交點上的半徑；k元線的序號，k=0,1,2以泵輪元線9為例，計算葉片偏移量

41、針對元線1，列出公式對于元線0，有=-0.5470=118.68=-0.5858=120.35對于外環(huán)，y=0，取=12.45mm則=-7.78mm則外環(huán)第9元線葉片偏移量為計算后，以直接連接內(nèi)外環(huán)之相應點，即可作出葉片形狀。計算結果和最終尺寸填在下表：圖3-2泵輪葉片最終尺寸元線外環(huán)內(nèi)環(huán)序號軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm040.8195.0022.0016.81123.5016.30149.02107.6221.5021.05126.5015.20253.44120.8120.5525.34131.7215.00354.52132.9118.

42、1027.81137.4415.10453.34143.7417.0028.54143.1114.60550.21153.7215.2227.51148.8113.50644.42164.3313.5024.53154.6411.30736.52173.6311.2519.33159.908.49825.63181.617.2521.52163.915.80912.61187.014.105.51166.212.62100.00189.000.000.00167.000.00注：內(nèi)外環(huán)輪廓相對位置應保證葉片垂直于外環(huán)。3.3.2渦輪葉片設計進口角：=48出口角：=150渦輪葉片計算與泵輪葉片計

43、算順序相似圖3-5渦輪葉片根據(jù)前期循環(huán)圓的確定，在泵輪轉矩方程中的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123.5mm；出口半徑外環(huán)為196mm，內(nèi)環(huán)為167mm這樣轉速比為0.5，在2200r/min時輸出轉矩為71Nm。則根據(jù)公式：計算出循環(huán)軸面流速為9.745m/s對泵輪帶入這些數(shù)值所得數(shù)值為:0.912類似的，在出口處所得數(shù)值為：4.1865則改變量，即-得：4.1865-0.912=3.2745表3-3變矩器渦輪角度計算參數(shù)元線序號cot設計流線上的外環(huán)上的內(nèi)環(huán)上的進口0-0.267910510210107161-0.27071059103

44、28106362-0.2745105211043010663-0.28261053010518105424-0.28961055010615105345-0.29931060210647105346-0.31271061510716106257-0.32491072710838106558-0.34431084010858107469-0.3639108531102810844出口10-0.3721110111910933表3-4渦輪葉片最終尺寸元線外環(huán)內(nèi)環(huán)序號軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm035.4395.00-13.7715.16123.5

45、013.56143.99112.275.2318.36126.0621.23248.49123.1920.8321.44130.0028.14349.61132.9230.6723.57132.6133.32448.46140.9738.5324.56138.7336.75544.78147.0741.6123.90142.6338.53638.81150.9041.1521.46147.6538.58730.89162.7137.0117.55152.3636.83821.46176.3028.9312.40158.9433.05911.05189.4316.716.43162.1127.0

46、8100.00196.000.000.00167.0018.673.3.3導輪葉片設計表3-5變矩器導輪角度計算參數(shù)元線序號cot設計流線上的外環(huán)上的內(nèi)環(huán)上的進口01.492433823211315411.701930443342354121.166140623652358731.326937003421352141.305034503415321151.417843023547345261.896336153416342171.236834273238345681.596333403258315691.2333325331283467出口101.25683536113452表3-6導輪葉片最

47、終尺寸序號軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm軸向距離/mm半徑/mm葉片偏移量/mm07.4795.000.003.07123.500.00113.67112.275.166.10126.063.15221.87123.196.739.02130.004.27328.68132.928.2611.79132.615.54434.93140.9710.7214.22138.737.57534.93147.0714.2514.22142.6310.95628.68150.9019.5111.79147.6515.52721.87162.7126.709.02152.3620.65813.67

48、176.3035.846.10158.9426.7097.47189.4346.793.07162.1133.58100.00196.0057.760.00167.0040.70結論歷經(jīng)近三個半月的畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲。畢業(yè)設計是大學四年所學知識的總結和應用，只有真正經(jīng)歷過之后才會明白這次機會的珍貴。在做畢業(yè)設計的過程中，我遇到了很多困難，其中主要是Solidworks繪圖方面，由于我的設計主要是完成液力變矩器的結構設計而且以前沒能很好的運用SolidworksCAD，繪制CAD圖形就成為大困難。通過查書，請教老師同學，終于克服困難。由于沒有實踐經(jīng)驗，模具的設計過程中經(jīng)歷很多挫折，在指導老師劉

49、悅老師的指導下，問題才能得以解決。先后經(jīng)過調(diào)研，搜集、整理資料，請教老師同學，確定方案，計算校核，繪制圖形，最后整理，目前設計過程即將結束。設計過程中也遇到了很多以前從沒有接觸到的知識，但是通過查閱資料，收獲是很大的，鍛煉了我應用工具書解決問題的能力，使我更加牢固的掌握了所學的知識技能，提高了我提出問題，分析問題和解決問題的能力，并且開闊了知識面，對動手能力的提高也有很大幫助。為將來走向工作崗位并勝任工作打下了扎實的基礎。在本次設計過程中，由于時間的倉促和社會調(diào)研的不充分性，加上本人水平有限，對本設計的全面性還有一些不盡完善之處，但是這是我走向社會工作邁的第一步，以后我會更加努力，在機械的道路上拓展自己的一片天空。三個月，緊張而又充實的畢業(yè)設計結束了，但由于時間倉促，經(jīng)驗有限，所以液力變矩器的葉片設計可能存在一些問題，請各位老師給予指正，學生將受益菲淺。在這次畢業(yè)設計中通過參考、查閱各種有關液力變矩器方面的資料，虛心請教各位老師有關液力變矩器方面以及三維建模，二維圖紙的繪制方面的問題，特別是結構設計在實際中可能遇到的具體問題，使我在短暫的時間里，對液力變矩器的認識有了一個質的飛躍。對我的實踐動