yj355型液力变矩器总成的设计-学位论文.doc

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1、上海工程技术大学毕业设计（论文） YJ355型液力变矩器总成的设计各专业完整优秀毕业论文设计图纸摘 要本课题主要是关于YJ355型液力变矩器总成的设计。液力变矩器是自动变速器上重要组成部分，它位于发动机和变速机械齿轮变速机构之间，起着将发动机的动力传递给齿轮变速机构的作用。它替代了传统汽车中的离合器，且由于导轮的存在，充分利用了从涡轮叶片内缘流向导轮的油液的速度（动能），提高了涡轮的输出转矩。由于液力变矩器的叶片直接影响到变矩器的性能参数，因此液力变矩器设计的关键是叶片设计。同时，变矩器轴向力、结构布置等技术参数对变矩器的性能也有较大的影响，因此本课题主要进行循环圆设计、叶片设计以及一些关键部

2、件的设计。在设计过程中，主要以液体运动的流量方程、伯努利方程、一元束流理论、欧拉方程、及根据相似原理建立的相似定律、叶片设计的环量分配法及一些基础的力学、转矩、功率公式为基本工具，并且结合AutoCAD软件，采用作图法，在对液力变矩器的工作原理及性能分析充分了解后，运用以上理论计算出结构参数，再运用这些参数设计出三个叶片，并且用这些计算出的参数验证是否达到最初设计的要求。最后利用上述所设计的关键部件、结构参数，利用UG3.0软件进行了泵轮、涡轮、导轮的三维绘图设计，利用AutoCAD软件进行三个叶片的二维和装配图的绘制。关键词：YJ355型，液力变矩器，变矩，设计Design of the Y

3、J355 Torque ConverterABSTRACTThe main topic is the design of YJ355 hydraulic torque converter assembly. Torque converter automatic transmission is an important component of its engines and transmissions in mechanical gear transmissions between will play an engine of the variable speed transmission g

4、ear for the role. It replaces the traditional automobile clutch, and because of the existence of reactor, full advantage of a turbine blade from the inside edge of the flow of oil Wizard round of the speed (energy), raise the output torque of the turbine.Because of the torque converter leaves direct

5、ly affect the performance of the converter parameters, Therefore torque converter design, the key is blade design. Meanwhile, the axial torque converter, the structural layout, and other technical parameters on the performance and torque converter a greater impact Therefore the main topic for a roun

6、d circle design, blade design and some key components of the design. In the design process, the main movement of the liquid to flow equation, Bernoullis equation, one yuan beam theory, the Euler equations, Under the principle of similarity and the similarity of the establishment of the law of the ri

7、ng blade design capacity allocation, and some basic mechanics, torque, basic formula of power tools, Combined with AutoCAD software and using mapping method, torque converter in the right principle and performance analysis fully understand, use the above theoretical calculation parameters of the str

8、ucture, then use these parameters to design three leaves, and use them in the calculation of parameters to verify whether the initial design requirements. Finally, the design of key components, structural parameters, using software UG3.0 round of the pump and turbine. I. round of the 3D graphics des

9、ign, the use of AutoCAD software for 2D three blades and assembling the drawing. Key words: YJ355，torque converter，bending moment，design YJ355型液力变矩器总成的设计杨 晨 0611031150 引言液力变矩器是自动变速器上重要组成部分，它位于发动机和变速机械齿轮变速机构之间，起着将发动机的动力传递给齿轮变速机构的作用，它替代了传统汽车中的离合器，且由于导轮的存在，充分利用了从涡轮叶片内缘流向导轮的油液的速度（动能），提高了涡轮的输出转矩。说到液力变矩器的

10、发展就要提到自动变速器的发展。经过几十年的发展，自动变速器已经出现了多种类型，其中主要包括液力机械式自动变速器(Automatic Transmission简称AT)、机械式自动变速器（Automatic Mechanical Tansmission简称AMT）和无级自动变速器（Continuously Variable Transmission简称CVT）等三种结构形式。液力机械式自动变速器以液力变矩器串接机械齿轮式变速器为结构特征,具有结构紧凑、传动平稳、换挡冲击小等特点。自20世纪40年代出现后，它一直是汽车自动变速器产品中的主流结构，也是目前自动变速器技术中发展最为成熟、应用最为广泛的

11、一种产品形式。但是它也存在结构复杂、制造难度大、成本高、传动效率相对较低等缺点，同时还容易令驾车人产生“失去驾驶车辆的乐趣”的感觉。为克服液力机械式自动变速器的上述种种不足，便出现了利用电子控制技术对传统离合器加机械齿轮变速器系统进行自动换挡控制的机械式自动变速器。它在现有机械式离合器加固定轴式手动齿轮变速器的基础上，仿照手动换挡过程，将变速器选挡、挂挡和离合器踏板与油门踏板的一系列配合动作转变成为由计算机为指挥核心的自动控制器完成的自动动作，因此它对原手动变速器而言，具有很好的产品继承性，开发成本降低，制造比较容易，除此之外，它还保留了原有手动机械式变速器传动效率高和维修方便等优点，近年来也

12、成为一种广受关注的自动变速器结构。由于变速器挡数增多对汽车性能带来的诸多好处，如能够充分协调汽车的动力性和燃油经济性，降低发动机的排放污染，操纵更加简便和舒适，无级自动变速器将成为自动变速器未来的发展方向。目前在中小型轿车上使用的电控无级变速器（ECVT）均以荷兰VDT公司专利产品金属三角传动带为减速传力元件，它能够承受很大拉力和倾向压力的柔性金属传动带，将钢带套装在工作半径可由液压装置改变的带轮上，经电控改变带轮半径实现速比的无级变化。这种变速装置的最大优点在于，它可以实现全程无级变速，可以始终使变速器保持最佳传动比，并使之平滑过渡，从而获得非常好的汽车行驶性能。如果说，从手动变速器到液力自

13、动变速器是汽车传动系统的第一次飞跃，那么从液力自动变速器到电控无级变速便可以称为是第二次飞跃。1 液力变矩器性能分析1.1 液力变矩器发展液力变矩器是由液力偶合器发展而来的传动装置，它们都是依靠流体运动的动能来实现动力的传递。偶合叶轮传递动力的方式是利用两个并无机械联系的叶轮实现动力的“软”连接，在液力偶合器封闭的壳体内具有两个传力叶轮的机械装置，其中主动叶轮称作泵轮，从动叶轮叫做涡轮，泵轮与涡轮均为沿径向排列着许多叶片的半圆环，两者相互偶合布置，互不接触，中间留有34mm的间隙，形成一个圆环状的工作轮。安装在发动机飞轮上的壳体与泵轮焊接为一体，随发动机曲轴一道转动，形成偶合器的主动部分。涡轮

14、与输出轴相连，是偶合器的从动部分。液力偶合器壳体内充满液压油，当发动机运转时，曲轴带动偶合器壳体和泵轮叶片一同旋转，泵轮中的液压油随之开始运动，在离心力的作用下，这些液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并冲向涡轮叶片，涡轮在此冲击力作用下开始旋转；在惯性作用下，冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，又返回到泵轮的内缘，继续下一次循环流动。当涡轮与泵轮转速相同时，理论上传动效率应该为100%，但是实际上，此时，泵轮和涡轮叶片外缘处的油液压力相等，导致泵轮上的油液无法冲击涡轮，油液的循环流动现象消失，偶合器失去传递转矩的作用，效率急剧下降为零。液力偶合器能够实现传动上的“柔性”连接，但无增加转矩的作用

15、，而且在汽车低速行驶时的传动效率很低，故在汽车上已很少使用。液力变矩器以导向元件将由被动涡轮输出的、仍然具有一定动能的流体导回到主动泵轮的输入端，这样一来，可以进一步利用该部分的流体动能实现变矩传动。液力变矩器(见图1.1)由泵轮、涡轮和导轮组成，其中泵轮和涡轮的构造与液力偶合器基本相同。导轮也由沿径向排列的许多叶片构成，设置在泵轮和涡轮之间，并与它们保持一定的轴向间隙，互不接触，通过导轮固定套固定在变速器壳体上，三者相配形成圆环状的工作轮，内部充满液压油。发动机动力带动变矩器壳体和泵轮旋转，泵轮内的油液在离心力作用下由泵轮叶片外缘冲向涡轮，随后借惯性沿涡轮叶片流向导轮，然后回到泵轮叶片内缘，

16、形成油液的循环。导轮的作用是改变涡轮上的输出转矩。由于从涡轮叶片内缘流向导轮的油液仍具有相当大的速度（动能），只要将导轮叶片的形状和角度设计得当，便可以利用此油液的冲击力提高涡轮的输出转矩。图1.1 液力变矩器示意图1-输入轴；2-涡轮；3-泵轮；4-导轮；5-自由轮机构；6-输出轴；7-导轮机构图1.2 变矩器工作轮展开图B-泵轮；T-涡轮；D-导轮1.2 液力变矩器结构及工作原理液力变矩器运转工作时，循环腔内充满工作液体。利用工作液体的旋转运动和沿工作轮叶片流道的流动，形成一个复合运动，用来实现能量的传递与转换。发动机以等速和大致接近于常数的转速驱动泵轮，使其机械能通过泵轮的转动而被转换成

17、液体能，液体高速地流入涡轮，在涡轮叶片中的运动推动涡轮转动，使液体的动能又被转换成机械能，功率由涡轮轴输出；从涡轮流出的液体经导轮变换液流方向后又流入泵轮，如图1.3与1.4所示。图1.3 液力变矩器工作原理1泵轮；2涡轮；3导轮图1.4 液力变矩器工作原理图(a) nb=常数，nt=0时；(b)nb=常数，nt逐渐增加时 因此，可以把变矩器中的基本流动看成是在一个环形空间中的连续运动，并可推想出变矩器循环腔的两个重要性能。 每秒内流过各叶轮的总流量是相等的。 任何变矩器循环腔的结构，都要保证液流在一次循环流动的整个过程中，其流动方向改变360。由欧拉方程，转矩为T= （1.1） 从上式可知，

18、所有叶轮上的转矩，都是由出口和入口间的环量差形成的。而在稳定工况下，所有叶轮中的环量差的总和是等于零的。这就表明，变矩器中某处环量的增大，必然意味着在另外一处的环量是在减小，反之亦然。与环量差的总和等于零一样，所有叶轮中的转矩之和亦等于零，即 （1.2）或 （1.3）这就清楚地表明，为了要起“变矩”的作用，就必须要有导轮。在一般工况 （1.4）所以 （1.5）即涡轮转矩一般要比泵轮转矩大，这就是液力变矩器为什么能够增大输出转矩的原因。一般在涡轮制动(失速)工况下，输出转矩可增大至26倍左右。1.3 液力变矩器分类液力变矩器的结构型式是多种多样的，这一方面反映了液力变矩器在结构方面的进步和发展，

19、另一方面也反映了不同车辆和机械对液力变矩器有着不同的性能要求，这两方面的原因导致液力变矩器在性能和结构上的多样性。液力变矩器的“级”是指安置在泵轮与导轮或导轮与导轮之间彼此刚性相连的涡轮数。液力变矩器的“相”是指在液力变矩器中，由于单向离合器或制动器等机构的作用，使工作元件的功用随之改变，变矩器由于这种改变而得到不同的几种功用，即称之为几相。根据现有的统计资料，根据液力变矩器结构和性能特点，可按如下几种情况进行分类。根据工作轮在循环腔中排列的顺序分为BTD型和BDT型两类液力变矩器。在 BTD型液力变矩器中，涡轮的旋转方向一般为正向(与泵轮同向旋转)，称正转液力变矩器。在BDT型液力变矩器中，

20、容易使涡轮和泵轮的旋转方向相反，常用做反转液力变矩器。根据液力变矩器中在泵轮与导轮或导轮与导轮之间刚性连接在一起的涡轮的数目，可分为单级、两级、三级及多级的液力变矩器。根据单级液力变矩器中导轮的数目，可分为单导轮和双导轮的。根据液力变矩器中泵轮的数目，可分为单泵轮和双泵轮的。根据液力变矩器中涡轮的数目，分为单涡轮和双涡轮的。根据液力变矩器中各工作轮的组合和工作状态不同，液力变矩器可能实现的本质不同的液力传动的形态数目可分为单相、两相及多相的。根据液力变矩器中涡轮的型式不同，可分为轴流式、离心式和向心式涡轮的。根据液力变矩器的泵轮和涡轮能否闭锁成一体工作，可分为闭锁式和非闭锁式的。 根据液力变矩

21、器的特性是否可以控制，可分为可调和不可调的两种图1.5 液力变矩器常用结构示意图1.3.1 BTD型和BDT型液力变矩器BTD型正转液力变矩器和BDT型反转液力变矩器见图1.6中的(a)和(b)。对BTD型液力变矩器，从液流在循环腔中的流动方向看，导轮在泵轮之前，泵轮出口的液流直接冲击涡轮，由于泵轮出口液流绝对速度圆周分量vuB2方向常与泵轮圆周速度方向相同，因而液流冲击涡轮使涡轮同向旋转。而BDT型液力变矩器，导轮在泵轮之后，涡轮在泵轮之前。由泵轮流出的液流首先冲击导轮，然后冲击涡轮，由于液流经过导轮后，导轮改变了液流的方向，因而液流冲击涡轮时，使其旋转方向与泵轮旋转方向相反。图1.6 B-

22、TD和BD-T型液力变矩器 在失速工况时，由图1.6上液流动量矩的变化来看，BTD型变矩器可能获得的失速变矩比要比BDT型变矩器可能获得的失速变矩比大。 此外，在BTD型液力变矩器中，泵轮入口液流情况完全取决于置放在它前面的导轮的出口液流的情况，而导轮是固定不动的，因此，泵轮的转矩TB将只与泵轮的转速nB和流量Q有关，当泵轮转速nB一定时，TB只与流量Q随工况的变化有关。由于涡轮的型式不同，BTD型液力变矩器具有不同的流量变化特性，因而BTD型液力变矩器可具有多种透穿性能。 对于BDT型液力变矩器，泵轮入口液流的情况完全取决于置放在它前面的涡轮出口情况，而涡轮的转速nT在整个工况中是变化的。因

23、此泵轮的转矩TB在不同的工况下，不仅受流量Q的变化影响，而且受涡轮转速nT变化的直接影响，这也可由BDT型液力变矩器的泵轮转矩计算公式看出。 (1.6)式中，T为负值，当nB为常数，假定Q常数，随着nT绝对值减少，TB也减少。因此，BDT型液力变矩器常具有较大的负透穿性。此外，BDT型液力变矩器在泵轮入口和涡轮人口处随着涡轮转速的变化，液流方向变化剧烈，因此冲击损失增大，所以这种液力变矩器的效率较BTD型液力变矩器低。目前，在各种车辆上应用较广泛的是各种类型的正转BTD型液力变矩器。而在个别液力机械变矩器中，为了解决双流传动中的功率反传现象，采用BD-T型液力变矩器。图1.7 BDT型反转液力

24、变矩器的结构简图和原始特性曲线。图1.8 BTD型正转液力变矩器的结构简图及原始特性曲线。根据上述比较本课题采用BTD型正转液力变矩器的结构。1.3.2 三元件单级两相液力变矩器为典型轿车上装用的三元件单级综合式液力变矩器结构，它的导轮装配在超速离合器上，把变矩器与耦合器的特点综合在一起成为单级两相液力变矩器。它在整个转速比范围内能得到更合理的效率特性，在高转速比时能得到高的传动效率，*可达85%93%，max=97%，k0值为1.92.5。三元件变矩器结构最简单，工作可靠、性能良好，这种液力变矩器不但在小轿车上应用极广，而且在大客车上也得到了采用。其泵轮与涡轮多为薄钢板冲压件，也有采用铝合金

25、铸件的。导轮是铸件，一般采用铝合金压力铸造或精密铸造。图1.9 三元件单级两相液力变矩器特性本课题采用此液力变矩器的结构。1.3.3 四元件单级三相液力变矩器四元件单级三相液力变矩器是把两个变矩器和一个耦合器的特点综合在一起而成的单级三相变矩器，即三种变矩器工况：D与D均固定；D松脱、D固定，一种耦合器工况；D与D均松脱自由转动。这种结构可获得较高的k0，同时又使高效率范围扩大。在0m1区段，两个导轮均未转动，从涡轮出口流出的液流沿两个导轮D和D的工作面流动，液流的作用力矩使D和D都被卡住，这时液力变矩器是一个简单的三工作轮变矩器。当涡轮转速进一步增大时，即升高时， m1，液流冲击D的前面，而

26、对D仍是冲击工作面，因此D脱开而D仍然卡死，这时变矩器是以BTD所组成的三工作轮工作。当速比继续增高到 m2时，D也开始自由旋转，而呈偶合器工况。D和D导轮严格地在不同的速比值下依此开始旋转，这是由D和D叶片入口角（）所决定的。这种变速器的优点是高效率区扩大，但由于两个导轮引起液力损失较大，使最高效率不如单级两相变矩器的高。由于轿车经常处于高速比下工作，三元件液力变矩器得到广泛应用图1.10 四元件单级三相液力变矩器简图及特性（a）结构图；（b）特性图1.3.4 单级四相液力变矩器单级四相液力变矩器是多泵轮液力变矩器，属多相液力变矩器的一种，采用两个泵轮的目的是可以提高低速比时的效率，辅助泵轮

27、B位于主泵轮B之前，它在低速比时空转以减小冲击损失。在低速比时，D出口液流方向为=0和=1，此时B在超速离合器上相对于B自由旋转，减少了泵轮入口的冲击损失，提高了此速比区间的效率；而在12区间时，B与B成一体旋转，5个工作轮都工作，使该区间效率达到最佳；当2 m后，D也脱开而转入耦合器工况，此时B和B及T3个工作轮工作。可见该型变矩器进一步扩大了高效率范围。图1.11 单级四相双泵轮液力变矩器简图与特性1.3.5 常用液力变矩器比较表1.1 车用液力变矩器的K0与*的比较种类特性三元件单级二相四元件单级三相四元件双级二相六元件三级K01.72.6243545*89%93%86%90%80%87

28、%80%86%1.4 其它传动方式无级变速装置除了有些无级变速器（CVT）的结构外，其他的自动变速器都采用变矩器把发动机的动力传递给变速器。无级变速器是一种结构紧凑的变速器，它利用带和带轮使变速器的转矩增大，与车辆的需要相匹配。这些变速器没有固定的传动比。而是根据发动机的转速和负荷改变主动带轮和从动带轮的尺寸。这就提供了连续可变的传动比。不同的制造商采用的无级变速器结构基本相同。制造商之间主要的结构差异把发动机转矩传递给变速器的方法有关。有些制造商采用变矩器，有些不采用。新型的本田Civics采用无级变速器，这些车辆没有装备变矩器。驱动桥有一个内部的启动离合器，它允许车辆在挂上挡的情况下保持怠

29、速。为把发动机转矩传递给变速器，采用了电磁离合器。离合器控制装置控制它的工作。离合器控制装置响应各种传感器的输入，改变电流使电磁离合器通电和断电。这些传感器包括制动开关、加速踏板开关和限止开关。制动开关在车辆减速或将要停止时使离合器断电。控制装置利用加速踏板开关的输入改变电磁离合器的电流，并且给变速器中的可调节带轮发送信号。在选挡操纵手柄位于P或N位置时，限止开关防止离合器接合。电磁离合器通电时，发动机转矩被传输到变速器输入轴和主动带轮。变速器输入轴的一端有变速器的油泵；因此，离合器控制装置间接控制变速器的油压。油泵产生的油压用于控制主动带轮和从动带轮。移动两个带轮可以改变它们的有效直径，因而

30、影响传动比。1.5 发展趋势电磁离合器电磁离合器由磁粉制成的电磁离合器。其中的电磁离合器是一种借助磁粉依靠自身的电磁力传递转矩的装置，在离合器主、从动部分之间的密闭空腔内，放置有3050m的磁化钢微粒（磁粉颗粒），密闭的空腔外缠绕着线圈，线圈通电后呈分散状态的磁粉在磁场作用下开始“凝固”，也即磁粉在磁场中形成磁链，离合器主动与从动部分开始“接合”。通电电流越大，磁链数目越多，磁链的强度也越大，所以电磁离合器传递转矩的能力也越强。当电流大到能够使离合器主动与从动部分牢固接合在一起时，离合器便完全接合。因为磁粉的粘结力正比于线圈中的电流值，所以可以利用发动机油门开度与车速等参数控制线圈中电流的大小

31、和通电时间的长短，达到对离合器结合时间和结合里控制的目的。电磁离合器结构简单，易实现转矩平稳增长控制；由于主从动部分无接触，故能够允许主动与从动部分存在较长时间的滑磨，同时几乎不存在磨损；而且由于电磁铁与从动毂之间的间隙在工作中不发生变化，故无需间隙调整。因此它不仅解决了车辆的起步问题，还可以防止变速时的爬行，消除偶合器因滑转损失造成的低效率。但是它对磁粉材料的化学物理性能稳定有较高要求。2 液力变矩器性能计算2.1 液力变矩器的外特性计算图2.1 液力变矩器的外特性曲线液力变矩器的外特性是指在泵轮转速nB (或泵轮转矩TB)一定时, 泵轮转矩TB(或泵轮转矩nB)、涡轮转矩TT及变矩器效率随

32、涡轮转速nT的变化规律，即TB=TB（nT）、TT=TT（nT）和=（nT）。对于已有的液力变矩器，其外特性曲线可由台架试验获得。图2.1所示为简单液力变矩器的外特性曲线。液力变矩器的透穿性是指液力变矩器涡轮轴上的转矩和转速变化时泵轮轴上的转矩和转速相应变化的能力。其反映了液力变矩器和发动机共同作用的特性。当涡轮轴上转矩变化时，对具有非透穿性能的液力变矩器，则泵轮的转矩和转速均不变，反映了发动机与这种液力变矩器共同工作时，不管外载荷如何变化，当发动机油门一定时，发动机将始终在同一工况下工作。对具有透穿性能的液力变矩器，当涡轮轴上转矩变化时，将引起泵轮转矩和转速的变化，反映了发动机与这种液力变矩

33、器共同工作时，发动机油门虽不变，而外载荷变化时，发动机工况也发生变化。因此，液力变矩器的透穿性表明了外载荷的变化能不能透过涡轮影响泵轮(即发动机)工作的特性。涡轮转矩-TT随涡轮转速nT的增加而减小。当nT0时，-TT大大超过TB达最大值。当nTnTmax，即涡轮空转的最大转速时，-TT0。 液力变矩器的效率等于涡轮输出功率PT与泵轮输人功率PB之比，即 （2.1）式中 K 液力变矩器的变矩系数，； i 液力变矩器的转速比，；液力变矩器的效率曲线在nT0时，由于输出功率PTTTT0，所以0。随着nT的增加，逐渐上升，并在nTnT*时达到最大值*，此后，随着nT的增大，由于TT的急剧下降，逐渐下

34、降。在nTmax时，由于TT0，此时输出功率PTTTT0，所以又等于零。的变化反映了液力变矩器在能量传递和转换过程中总能量损失的变化规律。 在液力变矩器的使用过程中，泵轮转速nB可能是变化的(即发动机油门开度是变化的)，为了获得在不同泵轮转速nB时液力变矩器的外特性，需要绘制液力变矩器的通用外特性曲线。液力变矩器的通用外特性是指在不同泵轮转速nB下所获得的无数组液力变矩器外特性曲线的综合图，其形状如图2.2图2.2液力变矩器的通用外特性曲线由于已知DS=355mm型液力变矩器参数，我采用此形状现有的变矩系数。由于 （2.2）则 当i=0.82时取得由泵轮转矩公式： （2.3）故 TB=Q(vu

35、B2rB2-vuB1rB1) （2.4）参考305mm的液力变矩器得数据：vuB1rB1=1.0561 vuB2rB2=3.7132则由式Q=115.1919根据相似原理可以确定两个相似的液力元件间各种线性尺寸、各种速度和转速之间的关系 （2.5） （2.6） 式(2.5)和式(2.6)中，下标M表示模型液力元件；下标S表示实物液力元件；下标B、T、D分别表示泵轮、涡轮和导轮；D为液力元件循环圆有效直径；n为液力元件转速。 （2.7） （2.8） （2.9）由有效直径为305mm的液力变矩器得数据：vuB1rB1=1.0561 vuB2rB2=3.7132vuD1rD1=0 vuD2rD2=1

36、.3776且vuT1rT1= vuB2rB2vuD1rD1= vuT2rT2则由式2.9可得vuB2rB2=3.9714vuT1rT1=3.9714vuD1rD1=0vuT2rT2=0vuD2rD2=1.4734vuB1rB1=1.4734则由式2.4可得TT=Q(vuT2rT2-vuT1rT1)=-457.473TD=Q(vuD2rD2-vuD1rD1)=169.72372.2 液力变矩器的原始特性计算 由于液力变矩器的外特性和通用特性都是在液力变矩器一定型式和有效直径D下获得的，因此，即使对同一类型的液力变矩器，当D和nB变化后，其外特性曲线和通用特性曲线都完全不同。为了表示液力变矩器的性

37、能，广泛采用原始特性。 液力变矩器的原始特性反映泵轮转矩系数B、效率、变矩系数K随转速比i的变化规律，即BB (i)、KK(i)和(i)。 几何相似、运动相似和动力相似的一系列液力变矩器有相同的原始特性。 根据相似原理和叶轮机械的基本理论，对于几何相似的液力变矩器的泵轮和涡轮，分别可得其转矩系数为： （2.10） （2.11） 泵轮转矩系数B的物理意义是：当D1m，nBlrmin及g1Nm3时，液力变矩器泵轮上的转矩。它基本上与液力变矩器的大小、转速的快慢和工作液体的密度无关，因此用它来比较液力变矩器的容量。B的量纲为min2(r2m)。对相似的液力变矩器，同一转速比有相等的B。 液力变矩器的

38、原始特性曲线(图2.3)可根据试验得出的液力变矩器外特性按下列公式计算绘制得出 （2.12）图2.3 液力变矩器的原始特性曲线因此，液力变矩器的原始特性能够确切地表示一系列不同转速、不同尺寸而几何相似的液力变矩器的基本性能。在液力变矩器的原始特性上，可列出以下表征液力变矩器工作性能的特性参数： K0 失速(零速)工况i0时的变矩系数；B0 失速(零速)工况i0时的泵轮转矩系数；P 正常工作允许的最低效率，对工程机械PO75，对汽车P0.80；Kp 与工作效率P对应的变矩系数；ip 与工作效率P对应的转速比；* 液力变矩器的最高效率；B* 与最高效率*对应的泵轮转矩系数；i* 与最高效率*对应的

39、转速比；ik 偶合器工况k1时的转速比；Bk 偶合器工况k1时的泵轮转矩系数；T 液力变矩器的透穿性系数；G 液力变矩器高效范围，Gip2ip1。由于已知DS=355mm型液力变矩器参数，我采用此形状现有的变矩系数。K=-2.3698i+2.8724 （2.13） （2.14） （2.15）则可画出本课题所设计液力变矩器的原始特性曲线如图2.4图2.4 本课题所设计YJ355液力变矩器的原始特性曲线2.3 液力变矩器叶片进出口角的选择 叶片参数对变矩器的性能存在着较大的影响。在所有叶片参数中对变矩器性能影响明显的技术参数是叶片进出口角度。因此，在讨论叶片参数对变矩器性能影响时主要讨论叶片进出口

40、角度对变矩器性能的影响。变矩器各工作轮叶片进出口角度是在计算工况时，各工作轮进口无冲击损失条件下，利用转矩公式计算得出的。假如各工作轮出口偏离系数选择不当，工作轮叶片角制造误差过大，就会造成进口无冲击工况的偏移，从而使变矩器性能恶化，设计工况偏移。 (1)泵轮叶片出口角B2对性能的影响(见图2.5) 泵轮叶片出口角B2是影响变矩器性能的一个重要角度参数。启动和运转变矩器之所以具有不同的性能，其中主要一个因素就是各自具有不同的B2值。现有变矩器泵轮出口角B2一般在40120内。改变B2值对设计工况值的影响，比改变涡轮和导轮参数对设计工况值的影响还要显著。随着B2的增大，失速变矩比K0将增大，泵轮

41、转矩系数B、最高效率*和透穿度丁以及偶合器工况点的效率则均将降低。 (2)泵轮叶片进口角B1对性能的影响 随着泵轮叶片进口角B1的增大，失速变矩比K0将减小，而变矩器及偶合器工况范围内的效率则有所改善。 (3)涡轮叶片出口角T2对性能的影响 随着涡轮叶片出口角T2的增大，失速变矩比K0将增大。但是T2不能无限制增大，因为T2过大，将使液流受到过大的阻塞，反而达不到预期的效果，同时改变T2也将影响到流量，一般认为T2152。 (4)涡轮叶片进口角T1对性能的影响在保持其他参数不变情况下，改变T1实际上就是改变同一转速比下涡轮进口处的冲击损失，也等于改变涡轮叶片的弯曲度。减小T1，叶片弯曲度增大，

42、失速变矩比可提高，设计工况向低转速比范围移动。图2.5 泵轮出口角对变矩器性能的影响图2.6 导轮出口角对变矩器效率和变矩比等的影响 (5)导轮叶片出口角D2对性能的影响(如图2.6)导轮叶片出口角D2直接影响到泵轮进口处的速度环量。当其他条件不变时，改变D2会影响泵轮转矩和泵轮进口冲击损失。但与改变B1，T1和D1对性能的影响有所不同。这是由于导轮为静止叶栅，而位于其后的泵轮又是恒速运转，因此增大或减小D2，对设计工况的移动，不会有明显影响，但能影响泵轮进口速度环量，从而影响泵轮转矩系数。 (6)导轮叶片进口D1对性能的影响减小导轮叶片进口D2，可以使设计工况左移。为此参考以上的理论进行本课

43、题的叶片进出口选择。表2.1 本课题液力变矩器叶片进出口角的选择叶片名称进口角出口角泵轮105110涡轮32150导轮90222.4 有效直径的选择及工艺对变矩器性能的分析 随着变矩器尺寸的加大，它的效率可以提高，这是由于尺寸的加大可使相对粗糙度减小，摩擦损失减少所致。图2.7(b)示出了变矩器的最高效率随其D值的增大而提高的情况；图2.7(c)则示出失速变矩比相同时尺寸增大与涡轮转矩的关系曲线图2.7 效率和变矩比随D值的增大而提高的关系根据图2.7及某些试验资料，当有效直径D从300340mm增大到D420480mm时，*可增高12，K0增高的比值则更大一些。 工艺因素对变矩器特性也有明显

44、的影响。例如一种工程机械综合式变矩器的涡轮出口角在制造偏差为1时，就使效率变化0.5，使K0变化2.5。因此，保证叶片进、出口角的误差在一定范围内，将对变矩器的性能起决定性影响。叶片间流道的表面粗糙度如能达到或低于Ra1.6m，一般已满足要求。粗糙度再低些对效率的提高不甚显著，因此不必对其提出过高的要求。2.5 叶片数Z的选择 较多的叶片数，使液流趋向于较有效的偏转，但也增加循环液流的排挤。在较高的转速比时，较多的叶片数趋向于减少滑转，有利于偶合器工况，而低速工况则将增加液流的堵塞。在低转速时，较少的叶片数却能增加循环液流的速度，导致转矩的增大，见图2.8。图2.8 叶片数z对p的影响1-内环；2-外环。 综合式液力变矩器最佳叶片数的选择，可按如下步骤进行。首先，由无冲击进口计算工况(0.4和0.7)的损失系数的变化来确定叶片数。其次，根据叶片生产的工艺特点及液力变矩器在车辆中的工作条件对叶片数加以修正。根据图中所得的最佳叶片数及按工艺条件加以修正的结果，列于表2.2。表2.2 综合式液力变矩器最佳叶片数选择参考叶片数Z叶轮最佳叶片数范围备注泵轮2428涡轮2632考虑到制造工艺上的困难，在2025内选取为宜第一导轮1420第二导轮2023根据以上理论公式，本课题所设计泵轮叶片数目取：24；涡轮叶片数目取：24；导轮叶片数目取：14。3 液力变矩器循环圆设计液力变矩器设计在此