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1、.摘要液力变矩器具有的优良特性，自动适应性、无级变速、良好稳定的低速性能、减振隔振及无机械磨损等，是其它传动元件无可替代的。历经百年的发展，液力变矩器的应用不断扩大，从汽车、工程机械到石油、化工、矿山、冶金机械等领域都得到了广泛的应用。本文主要介绍了CL315液力变矩器的结构设计,结构的设计主要是指变矩器的循环圆设计、叶片设计、特性计算、整体结构设计以及一些关键零部件的设计，由于叶片参数直接影响到变矩器的性能，因而是液力变矩器的设计的关键是叶片设计，叶片设计的方法有很多，本次叶片设计采用的是环量分配法。关键词：液力变矩器叶片设计环量分配法.28AbstractTorqueconverterha
2、sexcellentfeatures,automaticadaptive,variablespeed,goodspeedandstableperformance,vibrationisolation,andnomechanicalwear,arenosubstitutefortheothertransmissioncomponents.Aftercenturiesofdevelopment,expandingtheapplicationoftorqueconverter.Fromtheautomobile,engineeringmachinerytothepetroleum,chemical,
3、mining,metallurgicalmachineryandotherfieldshavebeenwidelyused.ThispaperdescribesthestructuraldesignoftheCL315torqueconverter.Structuredesignofthetorqueconvertermainlyreferstothecycleofcirculardesign,bladedesign,features,theoveralldesignandthedesignofsomeofthekeycomponents.Astheleafparametersdirectly
4、affecttheperformanceoftorqueconverter.Sothebladedesignisthekeyofthedesignofthetorqueconverter.Therearemanywaysbladedesign,Thebladedesignusesacirculationdistributionmethod.Keywords:torqueconverter;Bladedesign;Centralvolumeofdistributionmethod目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1液力变矩器综述11.2液力变矩器的国内外研究现状11.3液力变矩器设计
5、方法研究进展21.4本课题研究的意义目的3第2章液力变矩器的基本知识52.1液力变矩器的构造52.2液力变矩器的工作原理62.3液力变矩器中循环流量的确定72.3.1通流损失72.3.2冲击损失82.4液力变矩器几何参数的计算112.4.1计算工作轮特性参数和几何参数的关系11第3章液力变矩器结构设计133.1设计方法133.2循环圆的确定153.3叶片的设计173.3.1泵轮叶片的设计173.3.2涡轮叶片设计203.3.3导轮叶片设计24结论26参考文献27致谢28第1章绪论1.1液力变矩器综述液力变矩器是以液体为工作介质的一种非刚性扭矩变换器，是液力传动的型式之一。液力变矩器具有的优良特
6、性，自动适应性、无级变速、良好稳定的低速性能、减振隔振及无机械磨损等，是其它传动元件无可替代的。历经百年的发展，液力变矩器的应用不断扩大，从汽车、工程机械到石油、化工、矿山、冶金机械等领域都得到了广泛的应用。液力变矩器的流场理论、设计和制造、实验等研究工作，近年来，也得到了突飞猛进的发展。国外已普遍将液力传动用于轿车、公共汽车、豪华型大客车、重型汽车、某些牵引车及工程机械等。图1-1液力变矩器示意图1.2液力变矩器的国内外研究现状自液力变矩器产生开始，研究者们就没有停止过对其性能的研究。这使得液力变矩器的性能不断提高，基本上，液力变矩器的开发和设计师伴随着人们对流体力学知识、数学知识、计算机知
7、识以及相关实验条件的改善而不断提高的。其开发设计过程大致可以分为实验设计和理设计及两个方面，当然这两个方面是相辅相成的。我国在50年代就将液力变矩器应用到红旗牌高级轿车上，70年代又将液力变矩器应用于重型矿用汽车上。目前，我国车辆液力变矩器主要应用于列车机车、一些工程机械和新一代的主战坦克及步兵战车等车辆上。液力传动在国内工程机械上的应用始于60年代，由天津工程机械研究所和厦门工程机械厂共同研制的ZL435装载机上的液力传动开始的。80年代由天津工程机械研究所研制开发了YJ单级向心涡轮液力变矩器叶栅系统和YJSW双涡轮液力变矩器系列。两大系列目前已成为我国国内工程机械企业的液力变矩器的主要产品
8、。其产品的主要性能指标已达到国外同类产品的先进水平。80年代北京理工大学为军用车辆研制开发了Ch300、Ch400、Ch700、Ch1000系列液力变矩器，突破大功率、高能容、高转速液力变矩器的设计与制造关键技术，达到国际先进水平，满足了军用车辆的使用要求。一些合资企业生产的轿车和重型载重车等也应用了进口的液力变矩器。同国外相比，我国车辆应用液力变矩器虽然有了一定基础，但应用范围窄，数量较小，在中型载货汽车、公共汽车、越野汽车等车辆上没有应用或应用极少。西部大开发和我国经济的大发展，交通运输、水利水电、建筑业、能源等领域将是发展重点，因此液力变矩器在我国有广阔的市场。1.3液力变矩器设计方法研
9、究进展液力变矩器的设计内容主要有叶栅进、出口参数设计，液流流道设计，特性计算，整体结构设计及供油系统设计。叶栅进、出口参数设计是指根据给定的性能指标确定最佳的叶栅进、出口参数，包括流道的进、出口宽度和半径以及叶片的进、出口角度和厚度。目前采用的设计方法有三种：基型设计法、统计设计法和基于流场理论的设计法。基型设计法选择性能与设计要求接近的液力变矩器作为设计基型，循环圆的形状，叶轮的布置，叶片的形状，叶片的数目，各种计算系数均参考基型选择，几何尺寸按相似原理进行确定。统计设计法根据现有液力变矩器的种类和性能指标，有针对性地进行综合分析，统计出液力变矩器的性能、叶轮尺寸及叶片角度的关系，制定出图表
10、或解析式作为设计的参考。设计时根据性能要求选定一些参数作为设计计算的初始点，根据统计图表或解析式确定所设计的液力变矩器的各项参数。基于流场理论的设计法根据流束理论及守恒定律建立叶栅进、出口参数设计计算的基本数学关系式，根据设计性能求及制造工艺条件建立约束方程，然后通过选择合适的优化目标函数、优化计算方法及初始参数进行设计计算。液流流道是由循环圆内、外环曲面及叶片曲面组成的，其设计包括循环圆设计和叶片设计。循环圆设计是确定循环圆的外环形状、内环形状、设计流线形状及叶片的进、出口边的轴面位置和形状。叶片设计是在循环圆设计和叶栅进、出口参数设计基础上进行的，叶片的形状直接影响液流流道的形状及叶轮的制
11、造。叶片设计的方法可分为二维设计、准三维设计和三维设计。由于流场理论研究的制约，直接进行叶片的准三维设计和三维曲面设计困难较大，而且优势不是很明显。目前广泛应用的叶片设计方法仍是环量分配法和投影于单柱面或多圆柱面的保角射影原理。王健等探讨了液力变矩器叶片三维成型方法，提出了叶片三维成型方法的基本设计流程。通过对不同参数变化规律生成的泵轮、涡轮、导轮的叶型进行对比分析，总结出液力变矩器叶片角变化对液力变矩器性能影响的基本规律，通过CAD/CFD技术完成叶片的设计和相应变矩性能的设计计算。才委等对液力变矩器的现代设计方法作了细致深入的研究，基于W305液力变矩器进行了流场数值模拟以及流场特性分析，
12、探讨了叶型的三维设计方法，并且建立了液力变矩器的现代设计方法体系。何仁等探讨了液力变矩器特性参数的优化方法。魏巍等为实现液力变矩器叶栅的完全三维设计及其优化开发了一套包含流束初值搜索、循环圆与叶形的参数化设计、网格划分、流场分析、试验设计和优化算法在内的三维优化设计系统，并为各环节开发了相应设计工具。张锡杰等介绍了液力变矩器复杂叶栅测绘和反求的具体过程，通过硅橡胶制模、光栅扫描测绘、三坐标测量等方法获得流道的形状和位置，使用Imageware处理点云数据，用UG完成最终的叶轮造型。赵罡等采用光电非接触三坐标扫描测量仪液力变矩器叶轮和叶片进行了反求，解决了流道和叶片难以测量的问题；通过实验对液力
13、变矩器外特性进行反求，并与理论计算结果进行对比分析，为内特性反求提供了条件。在此基础上进行了流量特性、能头特性、损失特性的反求。闫清东等提出变矩器叶栅的反向设计方法，对测绘数据进行曲面重构，并利用UG/openAPI对该方法进行软件的二次开发。李有义等研究了液力变矩器叶栅绘形的计算机辅助设计方法，提出了液力变矩器叶栅绘形的三维模型设计方法。王健等探讨了液力变矩器的CAD/CFD/CAM一体化设计。这些研究成果表明：我国在液力变矩器设计方法和设计手段方面取得了较大进步。1.4本课题研究的意义目的液力变矩器是以液体为介质，利用液体的相互作用引起机械能与液体动能之间的相互转换，通过液体动量矩的变化来
14、改变传递转矩的传动装置。液力变矩器是关键的动力传动部件，可以保证系统平稳起步、变速和变矩载荷的瞬态变化基本不会反映到动力机上。其具有自动适应性、无级变速、良好稳定的低速性能、过载保护性能，减振隔振及无机械磨损，降低冲击等优良特性，延长了动力传动装置的使用寿命，提高了乘坐的舒适性、安全性及通过性，因此广泛应用于汽车、军用车辆、工程机械、石油、冶金、矿山及化工机械等领域，是车辆及工程机械自动变速系统的主要部件。通过对液力变矩器的研究，有助于车辆机械等更好更快的发展，从而给人们带来便捷。第2章液力变矩器的基本知识2.1液力变矩器的构造液力变矩器以液体作为介质，传递和增大来自发动机的扭矩。液力变矩器由
15、可转动的泵轮和涡轮，以及固定不动的导轮三元件构成。各件用铝合金精密铸造或用钢板冲压焊接而成。泵轮与变矩器壳成一体。用螺栓固定在飞轮上，涡轮通过从动轴与传动系各件相连。所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。它有一个密闭工作腔，液体在腔内循环流动，其中泵轮、涡轮和导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相联。动力机（内燃机、电动机等）带动输入轴旋转时，液体从离心式泵轮流出，顺次经过涡轮、导轮再返回泵轮，周而复始地循环流动。泵轮将输入轴的机械能传递给液体。高速液体推动涡轮旋转，将能量传给输出轴。液力变矩器靠液体与叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。液力变矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的导轮。导轮对液体的导流作用使液力变矩器的输出扭矩可高于或低于输入扭矩，因而称为变矩器。变矩系数随输出转速的上升而下降。液力变矩器的输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间没有刚性联接。液力变矩器的特点是：能消除冲击和振动，过载保护性能和起动性能好；输出轴的转速可大于或小于输入轴的转速，两轴的转速差随传递扭矩的大小而不同；有良好的自动变速性能，载荷增大时输出转速自动下降，反之自动上升；保证动力机有稳定的工作区，载荷的瞬态变化基本不会反映到动力机上。液力变矩器在额定工况附近效率较高。叶轮是液力变矩器的核心。它的型式和布置位置以及叶片的形状，对
