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1、摘 要就是以液体为工作介质，利用液体动能来传递能量的一种流体传动，液力变矩器则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。历经百年的发展，液力变矩器的应用不断扩大，在今天，现代社会的每个机械工业设计的方面我们都能发现液力变矩器的身影，在大多数的自动挡汽车中，设计者都选择了液力变矩器作为变速装置。液力变矩器的研究工作对我国工业水平的提高，对国防事业的发展都存在深远的意义。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。关键词: 液力传动 CL410
2、液力变矩器 叶片设计AbstractIn liquid medium for work is, using liquid kinetic energy to deliver energy of a fluid transmission, hydraulic torque converter is liquid medium for work of a kind of non-rigid torque converters, hydraulic transmission is one of the type. After one hundred years of development, the
3、 application of hydraulic torque converter is expanding constantly, today, the modern society each machinery industrial design of the ways we can find hydraulic torque converter figure, in most of the automatic-shift cars, designers, chose the hydraulic torque converter as a variable speed device. H
4、ydraulic torque converter the research for our country industry level, the development of the cause of defense has a deep significance. Hydraulic torque converter design is mainly refers to the torque converter circular circle of design, the blade design calculation, the structure characteristics, d
5、esign and some key parts of the design, because the blade parameter directly affect the torque converter performance, it is the design of the hydraulic torque converter is the key to the blade design.Key words: Hydraulic transmission; Hydraulic torque converter of CL410; Blade design. 目录摘 要1Abstract
6、2目录3第1章 绪论41.1 液力传动与液力变矩器简介41.2本课题研究的意义目的：61.3 国内外研究现状：7第2章液力变矩器的相关主体内容82.1液力变矩器的组成及种类82.2 液力变矩器的工作原理102.3传动方案的设计122.4 液力变矩器的润滑及密封13第3章液力变矩器叶片及循环圆的设计153.1概论153.2循环圆的确定15第4章叶片具体参数的设计174.1泵轮叶片的设计174.2涡轮叶片设计214.3导轮叶片设计25第5章 总结27参考文献28致 谢29 第1章 绪论1.1 液力传动与液力变矩器简介 液力传动就是以液体为工作介质，利用液体动能来传递能量的一种流体传动。叶轮将动力机
7、如图1-1（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
8、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
9、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。液力机械传动产生的力可以很大，但由于液体胀力，黏度受温度影响，使传动不稳定；行程受油缸的影响，所以对重型运梁车不适用。 图 1-1液力传动的柴油机液力变矩器则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。图为液力变矩器，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
10、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。输出扭矩与输入扭矩的比值称变矩系数，输出转速为零时的零速变矩系数通常约26。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
11、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，最高效率为8592。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。有的液力变矩器有两个以上的涡轮、导轮或泵轮，借以获得不同的性能。最常见的是正转(输出轴和输入轴转向一致)、单级（只有一个涡轮）液力变矩器。兼有变矩器和耦合器性能特点的称为综合式液力变矩器，例如导轮可以固定、也可以随泵轮一起转动的液力变矩器。为使液力变矩器正常工作，避免产生气蚀
12、和保证散热，需要有一定供油压力的辅助供油系统和冷却系统。液力变矩器的特性可用几个外界负荷有关的特性参数或特性曲线来评价。描述液力变矩器的特性参数主要有转数比、泵轮转矩系数、变矩系数、效率和穿透性等。描述液力变矩器的特性曲线主要有外特性曲线、原始特性曲线和输入性曲线等。液力变矩器通常能够实现以下功能：1、液力变矩器能够自动无级的根据负载变化改变涡轮的转速，提高车辆的通过能力； 2、液力变矩器通过液体连接泵轮和涡轮，减少发动机对传动系统的冲击载荷，提高传动系统的寿命；3、液力变矩器在起步时，能够提高车辆的起动变矩比，从而提高车辆的动力性能； 4、起步平稳柔和，提高乘坐舒适性。 图1-2 液力变矩器
13、1.2本课题研究的意义目的 在今天，现代社会的每个机械工业设计的方面我们都能发现液力变矩器的身影，在大多数的自动挡汽车中，设计者都选择了液力变矩器作为变速装置。液力变矩器的原理相当于两台对吹的电风扇，当一台开始工作旋转时，他的气流就会带着另一台电风扇跟着转动，只不过液力变矩器的介质不是空气而是油质。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，减震隔震及无机械磨损等，是其他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，军用车辆到石油，化工，矿山，冶金机械等领域都得到了广泛的应用。液力变矩器的流畅理论，设计和制造，试验等研究工作，近年来，也
14、得到了突飞猛进的发展。 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的重点，因此液力变矩器在我国有广阔的市场，入世以后，我国的液力变矩器制造市场正面临着前所未有的挑战，另一方面，无论是液力变矩器的设计方法，还是其制造方法仍有许多个工作值得去做。要积极推广液力变矩器的使用，开发新型液力变矩器，并不断地改善其性能。液力变矩器的研究工作对我国工业水平的提高，对国防事业的发展都存在深远的意义。1.3 国内外研究现状 国外已普遍将液力传动应用于轿车，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。以美国为列，自70年代起，每年液力变矩器在轿车的装备率都在百分之
15、九十以上，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接近百分之百，在重载汽车方面，载货量3080t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735kw，载货量超过100t的重型汽车中，液力传动也得到了应用。如阿里森的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，在某些非公路汽车上，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，近年来装备了液力变矩器的车辆也显著增加。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。 我国在50年代就将液力变矩器应用到了红旗轿车之中，70年代又将液力变矩器应用于重
16、型矿用汽车中，目前，我国车辆液力变矩器主要应用于系列机车，一些工程机械和新一代的主战坦克及步兵战车等车辆。液力传动在我国工程机械的应用始于60年代，有天津工程机械研究所和厦门机械厂共同研发的zl435装载机的液力传动应用开始，80年代有天津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向心涡轮液力变矩器叶栅系统。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开发了ch300，ch400，ch700，ch1000系列液力变矩器，为突破大功率，高能容，高转速液力变矩器的设计与制造关键技
17、术，达到国际先进水平，满足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。 第2章 液力变矩器的相关主体内容2.1液力变矩器的组成及种类常见的两级三元件综合式液力变矩器由泵轮总成、涡轮总成、导轮总成、闭锁离合器总成和后盖组成，导轮通过单向离合器与变速箱壳体固定连接。泵轮与后盖焊接成一个整体里面充满了传动油，并与发动机连接，起主动作用。涡轮与变速箱输入轴连接，起动力输出作用。变矩器工作时，泵轮在发动机带动下将传动油冲入涡轮，从而带动涡轮转动，实现了动力由发动机向传动系统的传递。导轮总成中，如果单向离合器工作，液力变矩器则起变矩器作用，从而增加扭矩的输出；如果单向
18、离合器不工作（导轮反转），此时变矩器起到了偶合器的作用。 单级变矩器一般由一个泵轮，一个涡轮，一个或者两个导轮组成。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。图 2-1 液力变
19、矩器分类示意图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。如图，液力变矩器有多种分类方式：1按插在其他也轮之间的涡轮数目分，有单级，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，如图2-2有离心涡轮，轴流涡轮和相信涡轮变矩器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
20、矩器的能容可否调节分，有可调变矩器与不可调变矩器5按能否实现偶合器工况分，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2-2 液力变矩器按涡轮形式分类示意图2.2 液力变矩器的工作原理液力偶合器里只有泵轮和涡轮，而没有改变涡轮油液流动方向的导轮。工作时泵轮油液传给涡轮，然后又经涡轮返回泵轮，经涡轮返回泵轮的油液改变了旋转的方向，液流流向和泵轮旋转方向正好相反。发动机
21、曲轴在旋转的同时，还需克服来自涡轮油液的反向阻力。发动机动力被削弱了。所以液力偶合器只有偶合工况，而永远不会有增矩工况。 汽车在起步和低速行驶时需要有较大的转矩，而液力偶合器无法满足这一需要。所以早期生产的配液力偶合器的汽车具有起步慢，低速区域提速慢的明显缺点。 为了满足汽车起步和低速行驶时需较大转矩的需要，现代汽车已全部改用液力变矩器。液力变矩器中泵轮快速运动时，涡轮受到载荷和行驶阻力限制转速较慢，泵轮和涡轮间产生了转速差。这个转速差存在于整个变矩区。这个转速差就形成了残余能量。即由于泵轮转数快于涡轮转数，所以泵轮流向涡轮的油液除了驱动涡轮外，还剩余一部分能量，这就是残余能量。泵轮和涡轮的转
22、数差越大残余能量就越大。液力偶合器里这种残余能量成为阻碍曲轴旋转的阻力，最后转化为热量，白白浪费了。 液力变矩器就不同了，泵轮和涡轮的转速差越大，残余能量就越大，油液流动的速度就越快，流动的角度就越大。在转数差较大时，涡轮的油液就冲向导轮的正面。导轮由于单向离合器的锁止作用，而不能向左旋转。这样流经导轮的油液就改变了流动的方向，直接作用于泵轮叶片的后部，于是油液的残余能量就增大了泵轮的转矩。残余能量越大，增矩效果就越好。只有在泵轮转数高于涡转数时才能产生残余能量，才能使转矩增大。在涡轮制动时（失速点和起步点时）其变矩比达到最大值。 油液由泵轮流向涡轮，而后经导轮改变了方向后再返回泵轮，泵轮和涡
23、轮间形成油液循环流动，如图2-3。只有存在油液的循环流动，才能产生变矩工况。1-涡轮 2-导轮 3-泵论图2-3 变矩器内油液的循环流动 随着涡轮转数的升高，变矩化呈线性下降。过了临界点后，涡轮和泵轮转数相等，泵轮的油液除了驱动涡轮旋转外，已没有残余能量，油液流动角度也变到了最小点，涡轮返回的油液冲向了导轮的背面。由于单向离合器只负责锁止左转，而不锁止右转，所以当油液冲击固定在单向离合器上导轮的背面时，导轮便开始旋转，导轮开始旋转的时刻叫临界点。临界点之前为变矩工况，临界点之后为偶合工况。液力变矩器的变矩比随涡轮转速的增大而减小，又随着涡轮转数的减小而增大。即随行驶阻力矩的增大而增大，在低速区
24、域内能够根据行驶阻力自动无级的变矩。液力变矩器的传动效率则是随涡轮转数的增大而增大。只有在泵轮和涡轮转速比较接近时，才会有偶合工况。偶合工况只在汽车中高速行驶才有，低速行驶时没有偶合工况。作为增矩装置的导轮在变矩工况时保持不动，到了偶合工况便开始旋转。如果导轮在便矩工况时旋转，那就说明发生了单向离合器打滑的故障。导轮在偶合工况时是必须旋转的，如此时不旋转，就说明单向离合器发生了卡滞故障。2.3传动方案的设计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
25、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，现有设计方法可分为三大种：相似设计法，经验设计法以及理论设计法，其中理论设计法又分为一维流动理论，二维流动理论以及三维流动理论。此次要设计的是CL410型液力变矩器，主要应用于工程机械,
26、具体要求及指标为：1额定力矩：200Nm，转速1800转/分钟，功率：110kw2泵轮入口角=120导轮入口角=122涡轮入口角=48泵轮出口角=146导轮出口角=18涡轮出口角=153图2-4 典型液力变矩器结构图2.4 液力变矩器的润滑及密封润滑是在相互接触、相对运动的两固体摩擦表面间，引入润滑剂（流体或固体等物质），将摩擦表面分开的方法。润滑剂能够牢固地吸附在机器零件的摩擦面上，形成一定厚度的润滑膜，它与摩擦表面的结合力很强，但其本身分子间的摩擦系数很小。当摩擦副被润滑膜隔开时，它们在作相对运动时就不会直接接触，使两摩擦副之间的摩擦转变成润滑剂的本身间摩擦，磨擦系数大大减少，达到减小摩擦
27、、磨损的目的。控制摩擦，减少磨损。液体润滑油在摩擦表面可形成各种油膜状态，按照不同摩擦表面，选用不同润滑油，得到不同摩擦系数。如采用含有不同添加剂的润滑油，应用到不同工况条件下的摩擦副中，能有效控制摩擦，减少磨损。润滑油是用在各种类型机械上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体润滑剂，主要起润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。润滑油占全部润滑材料的85%，种类牌号繁多，现在世界年用量约3800万吨。对润滑油总的要求是：减摩抗磨，降低摩擦阻力以节约能源，减少磨损以延长机械寿命，提高经济效益；冷却，要求随时将摩擦热排出机外;密封，要求防泄漏、防尘、防窜气；抗腐蚀防锈，要求保护摩擦表面不受油变质或
28、外来侵蚀；清净冲洗，要求把摩擦面积垢清洗排除;应力分散缓冲，分散负荷和缓和冲击及减震；动能传递，液压系统和遥控马达及摩擦无级变速等。在液力变矩器的工作过程中润滑可以起到多种作用:降低温度。摩擦副在运动时会产生大量热量，尤其在高速重载的情况下，物体表面的温度将很快升高，甚至可达到熔点的程度。而由于润滑油的热传导，把摩擦副所产生的热量通过流体带回到油箱内，促使物体表面的温度降。防止锈蚀。润滑油、脂对金属无腐蚀作用，极性分子吸附在金属表面，能隔绝水分与潮湿空气和金属表面接触，起到防腐、防锈和保护金属表面的作用。冲洗、密封作用。摩擦副在运动时产生的磨损微粒或外来杂质，可利用润滑剂的流动出把摩擦表面间的
29、磨粒带走，防止物体磨损，以延长零件使用寿命。润滑油与润滑脂能深入各种间隙，弥补密封面的不平度，防止外来水分、杂质的侵入，起到密封作用。传递动力、减少振动。在传动中，由于液体是不可压缩性而成为一种良好的动力传递介质。摩擦副在工作时，两表面间会产生噪音与振动，由于液体有粘度，它把两表面隔开，使金属表面不直接接触，从而减少了振动。可用于液力变矩器的润滑油与润滑脂的品种牌号很多，要合理选择必须要考虑很多因素，如摩擦副的类型、规格、工况条件、环境及润滑方式与条件等，不同情况有不同选择方法。工作条件与周围环境、润滑方式等也必须加以考虑。如遇水接触的润滑条件，应选用不容易被水乳化的润滑油与润滑指，或用水基润
30、滑液。润滑方式是集中润滑，即要选用泵送性好的润滑脂。精密摩擦副应选用粘度较小，针入度较大的润滑脂等等，都应根据实际情况而定。密封技术被广泛应用于机械设备和管道连接中。其目的是为了防止在不同压力、温度、工作介质等条件下使各个空间隔开，防止外来介质侵入和工作介质流出。密封分两大类，静密封和动密封。静密封指相对静止的结合面间的密封；动密封指相对运动的结合面间的密封。动密封按其形式与结构又分接触式密封和非接触式密封。接触式密封，两密封结合面间相互接触，并作相对运动（或填料与结合面间作相对运动）。非接触式密封两密封结合面间有一定间隙，并作相对运动.常用密封材料主要有纤维，高分子材料，无机材料，金属四大类
31、，在机械结构中应用最广泛密封型式有：法兰连接、压紧式填料密封、O形密封圈、唇形密封圈、油封、毛毡密封、涨圈密封等等，除此之外还可采用毛毡密封，密封圈密封，油沟密封，迷宫密封等。液力变矩器的机械密封主要有三个部分构成，一个是基座，它要装在液力变矩器体上，可以由很多材料制成二是滑动环，一般为圆形，断面为矩形，与其他密封件组合后装在液力变矩器轴上，一般由碳制等耐磨密封性好的材料制成，三是要有产生压力的压紧装置，可以是弹簧或其它方式。滑动环装在液力变矩器轴上后，与液力变矩器轴形成一体旋转，帖合部位是静态接触，密封性好，靠压紧装置的压力，滑动环紧紧压在基座上，也就是说滑动环是在基座上旋转，从而形成动态密
32、封，因为石墨，铅笔屑等碳质材料的分子小，质密，密封性比较好，而且有增加润滑性的功能，所以在旋转过程中可以实现完全密封。但是要注意，在加工时，加工精度要高一些，而且安装时要注意位置角度等等。 图 2-5 典型的液力变矩器密封及润滑装置 第3章 液力变矩器叶片及循环圆的设计3.1概论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。其具体设计流程为： 图3-1 设计流程图3.2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
33、对称，一般画出轴线上的一半。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
34、。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= (3-1)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。在任意元线上的流过面积F可按4-2即截头圆锥体旋转面公式计算：F=（rr） (3-2)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
35、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r=（r） (3-3)r=（r） (3-4)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。第4章 叶片具体参数的设计4.1泵轮叶片的设计进口角：=140出口角：=146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
36、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98mm，内环为132mm；出口半径外环为202mm，内环为169mm这样转速比为0.5，在1800r/min时输出转矩为200Nm。则根据公式4-1： (4-1)计算出循环轴面流速为10.2m/s，对泵轮带入这些数值 (4-2)所得数值为:0.92类似的，在出口处 (4-3)所得数值为：4.17，则改变量，即-得：4.17-0.92=3.25图4-1 泵轮叶片元线分布示意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
37、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： (4-4)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: (4-5)类似地，外环上可以利用下列公式计算 (4-6)最后算得所以在叶片入口0处：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的内环上的进口01.19140138261403211,2014036139451410521.2414112140341414731.251414814112142841.3014225141441424551.3314311421
38、71433761.3514337143121435671.38144141441443881.411445014415145191.45145261445514548出口101.491461454514614确定任一叶片元线上的偏移量，利用公式4-7： (4-7) (4-8)式中J相邻两点间的弧长； J=e cote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以泵轮元线0为例，计算叶片偏移量针对元线1，列出公式 (4-9)对于元线1，有= -0.886=138.45=
39、 -0.7997 =141.35对于外环，y=0.5，取=22.44mm则=-37.35mm则外环第9元线叶片偏移量为：=1.45mm这样，每一个元线的环偏移量均可求出，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填在下表：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043.3297.0022.2318.45125.4616.20151.35109.4221.8823.45128.3415.90255.42122.3420.0927.34133.7214.87357.15134.8716.5
40、429.85139.4411.83455.34145.4413.4330.24145.1710.42552.24155.8810.0029.51150.648.37646.45166.537.0226.53156.646.00738.37175.684.2721.45161.354.01827.43183.452.5723.56165.912.23913.87189.311.457.45168.461.12出口100.00191.000.000.00169.000.004.2涡轮叶片设计 进口角：=48出口角：=153图4-2 涡轮叶片元线分布图涡轮叶片最终尺寸经测量得出泵轮进口半径外环为12
41、6mm，内环为98mm；出口半径外环为198mm，内环为169mm这样转速比为0.5，在1800r/min时输出转矩为200Nm。则根据公式4-10： (4-10)计算出循环轴面流速为10.215m/s对涡轮带入这些数值 (4-11)所得数值为：2.2571类似的，在出口处 (4-12)所得数值为：9.4573则改变量，即-得：4.3756-0.946=3.4296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4-13： (4-13)计算出每一截面
42、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4-14: (4-14)即 (4-15)类似地，外环上可以利用下列公式计算4-16 (4-16)即 (4-17)最后算得所以在叶片入口10处：计算后整理成表：表4-3 变矩器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0-1.960815015145149111-1.303815315345152112-0.90011423014305141373-0.6134 132 13312131164-0.3773 1213012212120445-0.1763 111112151101260 1003010213993170.189 909212892380.3846 79308104782390.625 6971586745入口100.9009; 58306
