毕业设计（论文）CL165液力变矩器的结构设计.doc

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1、摘 要液力变矩器作为液力传动装置的一种，广泛的应用在在汽车、工程机械、化工机械中，起着传动和变矩的重要作用。它是以液体为工作介质，利用液体动能来传递能量的流体传动。随着液力传动技术的飞速发展，现代液力变矩器以平稳性好，变矩效果明显等优点被越来越广泛的应用并且不断在改进。所以，提高液力变矩器自主研发能力对我们来说是十分重要的。本论文主要研究的是CL165液力变矩器的结构设计，而叶片设计又是液力变矩器设计当中的中重要部分，通过使用环量分配法设计叶片旨在使其能够达到所需额定条件，从而实现增加扭矩，动力输出等要求，达到提高传动效率，降低损耗。关键词：液力变矩器 叶片设计 环量分配法 ABSTRACTH

2、ydraulic torque converter as a kind of hydraulic transmission are widely used in the automobile, engineering machinery, chemical machinery, and play an important role in transmission and multiplication of torque. It is based on the liquid as the working medium， use kinetic energy of the liquid to de

3、liver the power。With the rapid development of hydraulic transmission technology, modern torque converter with the good stability and the advantages of variable torque obvious effect is more widely used and constantly improving. Therefore，independent research and development to improve the ability to

4、 torque converter is very important to us. This thesis is studies on the CL165 torque converter Structure design， and the blade design is the torque converter in which an important part of the design . Through the use of blade circulation distribution method designed to enable it to achieve the requ

5、ired rating conditions, in order to achieve increased torque, power output and other requirements, to improve transmission efficiency, reduce losses.Keywords: Hydraulic torque converter ; the blade design; the circulation distribution method目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论31.1液力传动简介31.2液力变矩器综述21.2.1液力变矩器的简介2

6、1.2.2液力变矩器的种类31.3国内外研究现状5第2章 工作原理及设计方法62.1液力变矩器的工作原理62.2 设计方法92.2.1相似设计法92.2.2 经验设计法92.2.3 理论设计法9第3章 传动方案论证113.1液力变矩器参数确定113.2工作轮在循环圆中的排列位置113.3传动过程及类型确定113.4本章小结12第4章 液力变矩器的叶片设计134.1液力变矩器叶片的设计流程134.2循环圆的确定134.3叶片的设计154.3.1泵轮叶片的设计154.3.2涡轮叶片设计193.3.3导轮叶片设计233.4工作轮壳体的设计27第5章 总结28参考文献29致 谢30第1章 绪论1.1液

7、力传动简介液力传动是以液体为工作介质，利用液体动能来传递能量的流体传动。 液力传动工作原理主要是叶轮将动力机（内燃机、电动机、涡轮机等）输入的转速、力矩加以转换，经输出轴带动机器的工作部分。液体与装在输入轴、输出轴、壳体上的各叶轮相互作用，产生动量矩的变化，从而达到传递能量的目的。液力传动与靠液体压力能来传递能量的液压传动在原理、结构和性能上都有很大差别。液力传动的输入轴与输出轴之间只靠液体为工作介质联系，构件间不直接接触，是一种非刚性传动。液力传动装置的整体性能跟它与动力机的匹配情况有关。若匹配不当便不能获得良好的传动性能。因此，应对总体动力性能和经济性能进行分析计算，在此基础上设计整个液力

8、传动装置。为了构成一个完整的液力传动装置，还需要配备相应的供油、冷却和操作控制系统。液力传动一开始应用于船舶内燃机与螺旋桨间的传动。20世纪30年代后很快在车辆(各种汽车、履带车辆和机车)、工程机械、起重运输机械、钻探设备、大型鼓风机、泵和其他冲击大、惯性大的传动装置上广泛应用。液力传动装置有液力耦合器和液力变矩器两种。液力耦合器是一种非刚性联轴器。液力变矩器实质上是一种力矩变换器。它们所传递的功率大小与输入轴转速的3次方、与叶轮尺寸的5次方成正比。传动效率在额定工况附近较高：耦合器约为9698.5%，变矩器约为8592%。偏离额定工况时效率有较大的下降。根据使用场合的要求，液力传动可以是单独

9、使用的液力变矩器或液力耦合器;也可以与齿轮变速器联合使用,或与具有功率分流的行星齿轮差速器(见行星齿轮传动)联合使用。与行星齿轮差速器联合组成的常称为液力-机械传动液力传动的优点是：能吸收冲击和振动，过载保护性好，甚至在输出轴卡住时动力机仍能运转而不受损伤，带载荷起动容易，能实现自动变速和无级调速等。因此它能提高整个传动装置的动力性能。液力传动装置要完成能量转换与传递的过程，必须具有如下机构：1、盛装与输送工作循环液体的密闭工作腔；2、一定数量的带叶片的工作轮及输入输出轴，实现能量转换和传递；3、满足一定性能要求的工作液体与其辅助装置，以实现能量的传递并保证正常工作。1.2液力变矩器综述1.2

10、.1液力变矩器的简介液力变矩器作为液力传动装置的一种，其是以液体为介质，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改变传递转矩的传动装置。其广泛应用于汽车、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。图1-1 液力变矩器分层图1.2.2液力变矩器的种类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，对变矩器的性能有决定作用。液力变矩器中“变矩”有两个含义：一是改变扭矩的数值，二是改变扭矩的方向。正转变矩器叶轮布置的特点：顺着循

11、环液流的流动方向为泵轮、涡轮、导轮，称为BTD型。用泵轮、导轮、涡轮的排列次序（BDT）也可以组成变矩器。但是这样的变矩器的导轮内的损失很大、效率低、变矩器的正透穿性大、性能不好、已被淘汰。反转变矩器的特点是：在在牵引工况，涡轮与泵轮的转向相反。在结构上的特点是，导轮放在泵轮的后面。液力变矩器的级是指安装在泵轮与导轮之间或导轮与导轮之间彼此刚性连接的涡轮数。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，使工作元件的工况随之发生改变，变矩器由于这种改变而得到不同的几种功用，称之为几相（液力变矩器工况转为液力耦合器工况，称为二相）。1按插在其它叶轮之间的涡轮的数目分，有

12、单级，二级，三级液力变矩器。2按轴面液流在涡轮内的流动方向分，有离心涡轮，轴流涡轮和向心涡轮变矩器。3按涡轮相对泵轮的转动方向分，有正转变矩器（同向），反转变矩器（反向）。4按变矩器的能容可否调节分，有可调变矩器与不可调变矩器5按能否实现耦合器工况分，能实现耦合器工况分，能实现耦合器工况者为综合式液力变矩器6按传递功率流的数目分，有纯液力变矩器以及液力机械传动其功率流分两路传递，功率分流在变矩器以外，即在行星齿轮传动及公众进行功率分流或汇流的称为外分流液力机械传动。功率分流在液力变矩器内部的，称为内分流液力机械传动。图1-2 液力变矩器种类图单级变矩器一般由一个泵轮，一个涡轮，一个或者两个导轮

13、组成。还有两个泵轮的液力变矩器，辅助泵轮由奥米伽离合器调节其转速，改变变矩器的能容。两级变矩器由一个泵轮，两个涡轮，两个涡轮间还有其他叶轮相隔和一个或者是两个导轮组成。三级变速器由一个泵轮，三个涡轮和两个或者三个导轮向间组成。可调变矩器有调节机构，调节泵轮叶片或导轮叶片的角度，改变变矩器的能容量。也可以在循环圆内装一个可调的节流挡板来达到调节变矩器性能的目的。综合式液力变矩器叶轮布置特点：泵轮与涡轮对称布置，导轮装在单向离合器上，单向离合器允许导轮着泵轮旋转方向旋转。多循环液力传动装置，双循环圆，多循环圆液力传动是有两个或几个液力变矩器液力偶合器组成。多循环的液力传动是为了得到反转或者是为了得

14、到不同的速度档。动力由输入轴输入，经过液力变矩器由输出轴输出功率。当左边的正转向心涡轮变矩器充满工作液，而右边的反转变矩器倒空时，工作机正转。档右边的反转变矩器充液，而左边的正转变矩器倒空时，工作机反转。1.3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

15、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。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

16、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。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和军用车辆等。以美国为例，自70年代起,每年液力变矩器在轿车上的装备率都在90%以上，产量在800万台以上，在市区的公共汽车上，液力变矩器的装备率近于1

17、00%，在重 型汽车方面，载货量30-80t的重型矿用自卸车几乎全部采用了液力传动。迄今为止，在功率超过735kW，载货量超过100t的重型汽车上，液力传动也得到了应用。如阿里森(ALLISON)的CLBT9680系列液力机械变速器就应用于功率为882.6kW、装载量为108t的矿用自卸车上，在某些非公路车辆上，在大部分坦克及军用车辆上也装备了液力传动。在欧洲和日本，近年来装备液力传动的车辆也有显著增加。国外较大吨位的装载机、推土机等工程机械多数都采用了液力传动。 1.4本论文研究目的与意义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改

18、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 工作原理及设计方法2.1液力变矩器的工作原理液力变矩器是一种复杂的透平机械，一个典型的变矩器由泵轮涡轮导轮等

19、三个工作轮及其它零件组成。泵轮和涡轮都通过轴承装在壳体上，而导轮则与壳体固定不动。三个工作轮都密闭在有壳体形成的并充满油液的空间中。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。图2-1为液力变矩器的横截面示意图。液力变矩器的循环圆内充满着工作液体（液压油），不工作时液力处于静止状态，不传递任何能量。工作时，其输入端即液力变矩器的壳体与发动驱动盘花键连接，而泵轮是液力变矩器壳体的一部分，通过泵轮旋转将发动机的能量转化为液体能量。泵轮内叶片带动工作液

20、体一起作牵连的圆周运动和相对叶片间流道的相对运动，液体在离开泵轮时获得一定的动能和压能。，液体从泵轮叶片的出口流出冲击涡轮的叶片，迫使涡轮开始旋转，并且使涡轮轴（输出轴）上获得一定的扭矩去克服外界阻力做功。这样涡轮从液体中吸收能量并由输出端传递给变速箱或其它装置。导轮是一个反作用元件，位于涡轮出口和泵轮进口之间，其作用是将涡轮出口的液流反向并使其流回泵轮。液流从涡轮流出，经过导轮叶片时，相对运动速度可发生两种变化，一是速度大小发生变化，二是速度方向改变。液流速度的大小和方向的改变都将导致液流动量矩的变化，而动量矩的变化将导致在导轮上承受液体扭矩的作用或产生给予液体的反作用扭矩，导轮的主要作用就

21、在于此。导轮在给液体的反作用的同时改变液流中液能的形式，一般是将液体压能变为液流的动能进入泵轮，这样泵轮出口处液流将具有更高的动能，冲击涡轮时，使涡轮吸收更多的液能，以获得较高的扭矩和转速，然后液流从涡轮又流入导轮，重复这一循环。液力变矩器的工作过程也就是液流与叶轮间相互作用的过程。液力变矩器中几个重要的传动部分如图2-1所示。图 2-1液力变矩器工作原参考图从上述可以看出，液流与叶轮之间的相互作用，包括速度、能量和转矩的变化，液体的流动是粘性的三维非稳定流动，是一个相当复杂的过程。为便于研究，应用束流理论。将V分解为两个分速度： （2-1）式中V是速度在轴面上的分速度，它与相对速度、流量 Q

22、 以及叶片角的关系为： （2-2）V是绝对速度的圆周分速度： （2-3）设T,T,T分别为泵轮、涡轮和导轮作用在液体上的转矩，根据力学定律，在稳定工况下，作用与液体的外传矩之和应为零，即： (2-4)从上式可以看出作用在涡轮上的转矩增加了，起到了变矩的作用。2.2 设计方法液力变矩器早期研制，是凭经验，采用多种模型及试验来筛选、改进，最后定型。随着技术的发展，理论的建立，要求应用计算方法来进行设计，并使做出的产品的试验性能与计算性能相一致。液力变矩器的设计主要内容有叶栅系统出入口参数设计、工作轮流道设计、特性计算、整体结构设计等。这些设计计算都是基于一维束流理论的传统设计方法，传统设计方法的主

23、要缺陷在于：只有通过试制产品的性能和流场试验才能获得改进设计的经验，而试验和试制的费用和工作量往往占据了整个设计开发的 80以上。因此在设计阶段获得液力变矩器的流场信息，对于减少试制、试验次数，为设计工程师提供准确的改进信息有重要的意义。根据掌握资料、设计要求和达到目标的不同，现有设计方法基本上可以分为三大种：2.2.1相似设计法以某种性能比较理想的液力变矩器作为设计基型，循环圆形状、工作轮布置、叶型等均依其为据，用相似理论确定几何参数。此法亦称为基型设计法，其性能提高受所选机型限制，因而应用中有局限性。2.2.2 经验设计法以统计资料中所归纳出的规律、图表为基础，运用自身的设计经验进行综合分

24、析，从而确定液力变矩器的结构与参数。此法对已有液力变矩器进行改进设计是方便的，但对全新设计的液力变矩器的性能预测精度是不高的；由于主要依据数据与图表，所以不适合于优化设计和优选参数，亦不便于用计算机进行分析研究。2.2.3 理论设计法基于建模和计算的复杂性和液力变矩器流场的特殊性，液力变矩器叶片设计的理论基础已由一维流动理论、二维流动理论发展到三维流动理论。（1）一维流动理论：因液力变矩器的流道内液体流动较一般叶片机械的流动复杂，所以尽管多元流动及附面层理论研究取得了很大进展，但距应用到实际设计上还有一定距离。早期对液力变矩器中复杂的空间三维流动在理论和试验方面研究都不够深入，对其速度场和压力

25、场的分布规律研究存在很多空白。因此，为了对这样的液体运动进行理论的分析研究，必须通过某些假设加以简化。首先，使空间的立体流动简化为平面的二维流动，再进一步简化为单一的流线流动，即用一条流线的流动来代替空间的立体流动，将工作轮中的总液流假设成由许多流束组成，认为叶片数无穷多，厚度无限薄，忽略粘性对流场的影响，即将工作液体在液力变矩器工作腔内的空间三维流动，简化为一维流动的理论，称为一元束流理论。其简化很大，具有一定的工程实用价值，能反映流体作用的宏观效果，但不能正确反映宏观效果的微观原因，与液力变矩器实际内流场差别较大。一元束流理论首先为欧拉提出，并被广泛应用于叶片机械上，故又称为欧拉束流理论。

26、（2）二维流动理论：在束流理论的基础上，认为工作轮中的液体只在垂直于旋转轴线的一组平行轴面内的平面流动，且其中每一平面的速度分布和压力分布都是相同的，即流动参数是两个空间坐标的函数。在给定了叶片的边界形态和流量后，即可用数学物理方程求出该平面上任一点的流动参数分布。该简化对纯离心式或轴流式工作轮中的实际流动情况，较为接近；对常用的向心式涡轮液力变矩器来说，与实际流动的差别仍然很大。（3）三维流动理论：由于实际工作轮中流动参数的变化，在空间三个坐标方向都存在，因而，只有三元流动理论才能对实际流场进行较正确的描述。液力变矩器是流道封闭的多级透平机械，流道内为复杂的三维粘性流动。由于流道的曲率变化非

27、常大，叶片的形状也是三维的，这就造成液流沿着流线方向、圆周方向以及从内环到外环都是变化的。另外，油液是有粘性的，这就必然会在流道壁面上出现附面层，由此还会引起“二次流动”和“脱流”、“旋涡”等。要想得到准确的流场计算结果，必须对变矩器内部流场进行三维粘性流动计算，直接对 N-S 方程求解。液力变矩器采用计算流体动力学数值模拟技术研究液力变矩器内部的流动形态，但能反映变矩器内部真实流动的数学模型还不完善，有待进一步研究和发展。2.3本章小结本章介绍了液力变矩器的结构型式，对液力变矩器的工作原理进行了阐述，并指出了导轮在液力变矩器中的重要作用，液流经过导轮叶片时，相对运动速度可发生两种变化，一是速

28、度大小发生变化，二是速度方向改变。对液力变矩器的设计方法进行了简要阐述，指出了几种液力变矩器设计的重设计方法，对后续设计打下基础。第3章 传动方案论证3.1液力变矩器参数确定此次要设计的是CL165液力变矩器，液力变矩器的几何参数是影响液力变矩器性能的关键，它主要包括叶形参数和循环圆参数。变矩器叶片是复杂的空间几何形状，要想对其进行完全精确的定义，只能直接通过三维模型进行。在研究和设计工作中，为了描述的方便，主要采用各叶轮进出口处的半径和叶片角作为叶形参数,具体要求及指标为：1. 额定力矩：71Nm，转速2200转/分钟，功率：92kw2. 泵轮入口角=120;导轮入口角=122;涡轮入口角=

29、48泵轮出口角=122;导轮出口角=38;涡轮出口角=1503.2工作轮在循环圆中的排列位置由于在循环圆中的排列位置的不同，变矩器有以下几种形式的工作轮。径流式 这种工作轮与轴面图（即沿变矩器旋转轴心线的截面），液流沿着对片半径方向流动。若液流从小半径向大半径方向流动，称为离心式工作轮；反之，称为向心式工作轮。径流式工作轮均为单曲叶片。轴流式 这种工作轮从周面图看，液流在叶片流道内轴向流动。混流式 这种工作轮从周面图看，液流在工作轮流道内既有轴向流动又有径向流动，它的叶片均为空间扭曲叶片。圆形循环圆变矩器在多数情况下，采用混流式工作轮；长方形循环圆变矩器除了泵轮之外，其余工作轮多采用精馏式或者

30、轴流式工作轮。目前常用的汽车和工程机械用变矩器大多数按照泵轮导轮涡轮的顺序进行排列。3.3传动过程及类型确定相对于汽车液力变矩器导轮的低速不转动，高速时转动。由于此液力变矩器主要是用于增加扭矩，所以CL165液力变矩器的导轮是固定不转动的。压力油经过发动机所带动的泵轮旋转离心进入涡轮，涡轮与输出轴刚性连接，涡轮受到泵轮离心出的油液冲击转动，从而带动输出轴转动，位于涡轮出口和泵轮进口之间的导轮将涡轮出口的液流反向并使其流回泵轮。完成一个工作周期，同时，液力变矩器泵轮壳体上装有齿轮，与回油泵齿轮啮合。从而能够带动回油泵转动，对其它工作部分进行驱动控制。这样就可以确定CL165液力变矩器是正转型，单

31、级单相单导轮混流式液力变矩器。液流在变矩器内的流向见图3-1图3-1液力变矩器液流流向图3.4本章小结本章对液力变矩器的参数和液力变矩器类型进行了确定。并了解了工作轮在循环圆中的排列位置的不同对于液力变矩器的性能有着很大的改变，确定了一些列参数后，可以开始进行液力变矩器的叶片设计了。第4章 液力变矩器的叶片设计4.1液力变矩器叶片的设计流程液力变矩器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。具体设计流程如图4-1。课题设计要求循环圆确定参数选择环量分配法计算叶片三维造型

32、计算结果分析符合设计要求完成设计Y 图4-1 变矩器叶片设计流程图4.2循环圆的确定过液力变矩器轴心线做截面。在截面上与液体相相接的界线形成的形状，称为循环圆。由于轴线对称，一般画出轴线上的一半,如图4-2。图4-2 变矩器循环圆循环圆实际是工作液体在各工作轮内循环流动是流道的轴面形状，工作液体循环流动是一个封闭的轨迹，因而起名为循环圆。循环圆是由外环、内环、工作轮的入口边和出口边组成的。外环是循环流体的外圈，内环是循环流体的内圈，入口边和出口边是各工作轮内叶片的入口和出口边得轴面投影，此外，再循环圆上，还表示出中间流线（或称设计流线）。中间流线在液力变矩器内是无形存在的，设计时是要用到的。中

33、间流线可以根据外环与中间里流线过流面积和中间流线与内环的过流面积相等的原则求出。循环圆的最大直径，称为液力变矩器的有效直径D。它是液力变矩器的特性尺寸。最大半径为R，循环圆外环最小直径为d，最小半径为R。循环圆宽度为B。设扣除发动机各辅助设备所消耗功率后由发动机传给变矩器泵轮轴的功率为P，发动机轴与变矩器泵轮轴直接相连，则有n=n，传给变矩器泵轮轴的转矩为：T=T= （4-1）为适应设计设计要，则循环圆的外圆直径即有效工作直径为378mm。已知外环后，开始确定内环、设计流线。设计流线的原则是使液流速度沿流道均匀变化。为此假定在同意过流断面上各点的轴面流速相等，各相邻流线所形成的流过面积相等。在

34、任意元线上的流过面积F可按下列正即截头圆锥体旋转面公式计算：F=（rr） （4-2）试中 元线相对垂线的夹角，所有元线均垂直于设计流线 r任意元线与外环交点上的半径；r同一元线与内环交点上的半径； r 同一元线与设计流线交点上的半径。首先选定一些任意的元线，并计算出初步轮廓。半径r和角可从图中量出，而r和r则可相应地按4-3式计算 （4-3） (4-4) 确定出内环和设计流线。由于整个圆是由三段圆弧组成，内环和中间线都是,不一样的，将会在叶片设计中代入数值。4.3叶片的设计4.3.1泵轮叶片的设计角度要求：进口角；出口角叶片设计是液力变矩器设计的核心问题，本次设计采用的是环量分配法。环量设计法

35、的理论基础是速流理论，认为其在选定的设计速比下，循环圆平面中间流线上每增加相同的弧长，液流沿叶片中间流线应增加相同的动量矩，以保证流道内的流动状况良好。设计过程为：根据前期循环圆的确定，在泵轮转矩方程中的 项是确定泵轮动量矩变化的一个因数，经计算测量得出泵轮进口半径外环为95mm，内环为123.5mm；出口半径外环为196mm，内环为167mm这样转速比为0.5，在2200r/min时输出转矩为71Nm。则根据公式： （4-5）计算出循环轴面流速为9.745m/s对泵轮带入这些数值 （4-6）所得数值为:0.912类似的，在出口处 （4-7）所得数值为：4.1865则改变量，即得：4.1865

36、-0.912=3.2745图4-3 液力变矩器泵轮元线分布图将此改变量分为十份，按其中九分各占10.5%，一份占5%划分，元线9与元线10之间的增量为5%，以减少液体在叶片出口处的能量增量及其涡流损失。其次，在设计流线上，每一点的相应叶片角可根据公式计算： (4-8)计算出每一截面元线在设计流线上的角度后，就应求内环和外环上的相应角度。为了确定元线与内环之交点处的叶片角，采用按反势流分布计算公式: (4-9)即 (4-10)类似地，外环上可以利用下列公式计算 (4-11)即 (4-12)最后算得所以在叶片入口0处：计算后整理成表：表4-1 变矩器泵轮角度计算参数元线序号cot设计流线上的外环上

37、的内环上的进口0-0.577412011842120351-0.58201201211905121562-0.58671202511937121453-0.59141203711958121344-0.59611205012015121235-0.60091210212047121126-0.60681211512116121017-0.61161212712138121118-0.61711214012158121219-0.6224121531222812134出口10-0.62491221225412152现在，需将计算出的角度转换为可以计绘制的三维叶形坐标。利用内外环半径和偏移量，可以

38、方便并精准的确定叶片形状。为了确定任一叶片元线上的偏移量，可利用下列公式： (4-13)式中J相邻两点间的弧长； (4-14)e相邻两电源线之间的距离；y元线起点所在轴面与径向参考平面夹角；r元线与设计流线之交点上的半径，或视具体境况，表示元线与内环或外环之交点上的半径；k元线的序号，k=0,1,2下面以泵轮元线9为例，计算叶片偏移量：针对元线9，列出公式 （4-15）对于元线10，有= -0.5470=118.68= -0.5858=120.35对于外环，y=0.5，取则则外环第9元线叶片偏移量为：对于内环，y=0.4，可以采用和外环一样的计算方法.，取则所以内环第9元线叶片偏移量为：这样，

39、每一个元线的内外环偏移量均可求出，以直接连接内外环之相应点，即可作出叶片形状。计算结果和最终尺寸如表4-2.表4-2 泵轮叶片最终尺寸元线外 环内 环序号轴向距离/mm半径/mm叶片偏移量/mm轴向距离/mm半径/mm叶片偏移量/mm入口040.8195.0022.0016.81123.5020.15149.02107.6221.6021.05126.5115.70253.44120.8119.5525.34131.7214.77354.52132.9116.2127.81137.4412.43453.34143.7412.9828.54143.1110.12550.21153.729.982

40、7.51148.818.11644.42164.336.9924.53154.645.45736.52173.634.1519.33159.903.01825.63181.612.3321.52163.911.98912.61187.011.405.51166.210.99出口100.00189.000.000.00167.000.00注：内外环轮廓相对位置应保证叶片垂直于外环。4.3.2涡轮叶片设计角度要求: 进口角；出口角图4-4 液力变矩器涡轮元线分布图涡轮叶片计算与泵轮叶片计算顺序相似，根据前期循环圆的确定，在转矩方程中的项是确定泵轮动量矩变化的一个因数，经计算测量得出泵轮进口半径外环

41、为95mm，内环为123.5mm；出口半径外环为196mm，内环为167mm这样转速比为0.5，在2200r/min时输出转矩为71Nm。则根据公式4-5计算出循环轴面流速为9.745m/s对涡轮带入这些数值 （4-16）所得数值为：2.1201类似的，在出口处 （4-17）所得数值为：9.2657则改变量，即-得：4.1865-0.912=7.1457将此改变量分为十份，按其中九分各占10.5%，一份占5%划分，元线9与元线10之间的增量为5%，以减少液体在叶片出口处的能量增量及其涡流损失。其次，在设计流线上，每一点的相应叶片角可根据公式计算： （4-18）计算出每一截面元线在设计流线上的角

42、度后,开始求内环和外环上的相应角度。为了确定元线与内环之交点处的叶片角，采用按反势流分布计算公式： （4-19）即 （4-20）类似地，外环上可以利用下列公式计算： （4-21）即 （4-22）最后算得所以在叶片入口10处：计算后整理成表4-3。涡轮与泵轮一样，同样需将计算出的角度转换为可以计绘制的三维叶形坐标。利用内外环半径和偏移量，可以方便并精准的确定叶片形状。为了确定任一叶片元线上的偏移量，可利用之前计算泵轮叶片偏移量的公式： （4-23）这样通过对110元线上的内、外环偏移量计算，得到涡轮叶片的最终尺寸，见表4-4。表4-3涡轮角度计算参数元线序号cot设计流线上的外环上的内环上的出口

43、0-1.731915015145149111-1.496614615148031453721.168713927141121385430.768612733128121265640.488811604117151153450.274510521106471043160.07094029516932370.126382458338811180.352170347158694590.1441592761285901入口100.90004849124714表4-4 涡轮叶片最终尺寸元线外 环内 环序号轴向距离/mm半径/mm叶片偏移量/mm轴向距离/mm半径/mm叶片偏移量/mm出口040.8195.0017.9016.81123.5016.32149.02107.627.1221.05126.5125.14253.44120.8123.1525.34131.7231.23354.52132.9137.1527.81137.4437.56453.34143.7446.1