單導輪式液力變矩器的結(jié)構(gòu)設計

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1、單導輪式液力變矩器的結(jié)構(gòu)設計 摘要 近百年來液力變矩器飛速發(fā)展，現(xiàn)實的應用和新技術的開發(fā)成為當今的發(fā)展主流。本論文通過對液力變矩器的發(fā)展、原理、結(jié)構(gòu)的闡述研究，本著朝著大功率、低功耗、節(jié)能型、高可靠性、長壽命，集成化、復合化方向設計方向，設計了一種單導輪式液力變矩器。 首先進行了材料的選取，而后進行了設計計算和強度校核，最后生成了其三維造型視圖，并通過三維裝配圖敘述其裝配拆卸關系。以便讀者對典型的液力變矩器的結(jié)構(gòu)有一定的了解，方便引導初學者的研究。 關鍵詞：液力變矩器，原理，結(jié)構(gòu)，三維圖 II Abstract The past century

2、 the rapid development of hydraulic torque converter, the reality of the application and development of new technologies become mainstream development. In this paper, torque converter through the development of principles, the structure of the study, in moving high-power, low power consumption, ener

3、gy-saving, high reliability, long life, integrated, composite design-oriented direction, design Introduction of a single-wheel torque converter. First, select a material and then carry out the design and strength check calculation, and finally to generate a view of its three-dimensional modeling, a

4、nd assembly drawings of three-dimensional description of the relationship between the demolition of their assembly. To readers of a typical torque converter have a certain understanding of the structure to facilitate the study guide for beginners. Key words：torque-converter，elements，structure，gra

5、phic model 目 錄 IV 第一章 前 言 1 1.1 選題背景 1 1.2 研究意義 1 1.3 國內(nèi)外液力變矩器的研究現(xiàn)狀 1 1.4 液力變矩器的優(yōu)缺點 2 1.4.1 優(yōu)點 2 1.4.2 缺點 2 1.5 液力變矩器的作用 2 第二章 液力變矩器的結(jié)構(gòu)原理及設計 4 2.1 液力變矩器的簡介 4 2.2 液力變矩器的結(jié)構(gòu) 4 2.2.1 液力變矩器的分類 5 2.2.2 渦輪 5 2.2.3 泵輪 6 2.2.4 導輪 6 2.3 液力變矩器的工作原理 7 2.4 變矩器的形狀設計 10 2.5 工作輪葉片的確定 11

6、 2.6 殼體的設計 11 2.7 油路設計 12 2.4.1 油路設計 12 2.4.2 油溫過高的原因和控制 13 2.8 材料的選擇 14 第三章 液力變矩器的強度校核計算 16 3.1 輸出軸的設計計算 16 3.1.1 選擇材料 16 3.1.2 軸的設計計算 16 3.2 輸出軸的強度校核 17 3.2.1 軸的扭轉(zhuǎn)切應力 17 3.2.2 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核 18 第四章 液力變矩器的三維零件圖及整體拆卸 20 4.1 零件圖及拆卸圖 20 第五章 結(jié)論與展望 31 5.1 結(jié)論 31 5.2 展望 31 5.3 技術經(jīng)濟分析 32 參考文獻 3

7、4 致謝 36 聲明 37 第一章 前 言 1.1 選題背景 從 20 世紀到 21 世紀，液力變矩器已經(jīng)經(jīng)歷了近百年的發(fā)展。在應用方面，國外很早就將液力變矩器應用在轎車、公共汽車、豪華型大客車、重型汽車、某些牽引車及工程機械和軍用車輛等。以美國為例，自 70 年代起,每年液力變矩器在轎車上的裝備率都在 90%以上，產(chǎn)量在 800 萬臺以上，在市區(qū)的公共汽車上，液力變矩器的裝備率近于 100%，在重型汽車方面，載貨量 30-80t的重型礦用自卸車幾乎全部采用了液力傳動。在我國，上世紀 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

8、車上。而在技術方面，隨著計算機的廣泛應用，液力變矩器也有了新的革命。有了計算機的幫助，液力變矩器在其設計制造上得到飛速的發(fā)展，CAD和CFD已經(jīng)全面應用于液力變矩器的研究中[1]。綜上所述，液力變矩器在我國有廣闊的發(fā)展，但入世以后，我國液力變矩器的制造業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，無論是液力變矩器的設計方法，還是其制造方法仍有許多工作值得去做。要積極推廣變矩器的使用，開發(fā)新型液力變矩器，并不斷地改善其性能，使其朝著大功率、低功耗、節(jié)能型、高可靠性、長壽命，集成化、復合化方向發(fā)展。 1.2 研究意義 隨著我國經(jīng)濟的快速增長和國內(nèi)市場的開放，國際液力變矩器企業(yè)進入我國， 然而我國與國際企業(yè)在液

9、力變矩器技術上仍然存在一定的差距，把我國的液力變矩器行業(yè)發(fā)展朝著大功率、低功耗、節(jié)能型、高可靠性、長壽命，集成化、復合化方向發(fā)展破在眉急。并且由于液力變矩器在工程機械和軍用車輛上的應用，液力變矩器的研究工作對我國工業(yè)水平的提高，對國防事業(yè)的發(fā)展也都存在深遠的意義。 1.3 國內(nèi)外液力變矩器的研究現(xiàn)狀 液力變矩器在國內(nèi)外應用廣泛，在轎車、公共汽車、豪華型大客車、重型汽車、某些牽引車及工程機械和軍用車輛等方面都有涉及。在國外，特別是美歐等發(fā)達國家，在這個技術方面技術比較先進，主要是發(fā)展朝著大功率、低功耗、節(jié)能型、高 35 可靠性、長壽命，集成化、復合化方向發(fā)展，而我國雖然還

10、沒有達到國際頂尖技術， 但也向大功率、低功耗、節(jié)能型、高可靠性、長壽命，集成化、復合化方向發(fā)展著。 1.4 液力變矩器的優(yōu)缺點 1.4.1 優(yōu)點 能吸收沖擊和振動，過載保護性好，甚至在輸出軸卡住時動力機仍能運轉(zhuǎn)而不受損傷，帶載荷起動容易，能實現(xiàn)自動變速和無級調(diào)速等。因此它能提高整個傳動裝置的動力性能。特別是對于汽車，改善了發(fā)動機的輸出特性，使車輛具有良好的自動適應性能[3]；具有防振隔振作用，從而提高了機械的使用壽命；提高車輛的通過性能；提高車輛的舒適性能；簡化車輛操縱；提高機械的使用可靠性；簡化維修工作．所以廣泛地應用于工程機械上。隨著近代對工程機械的性能要求不斷提高以及工藝技術的

11、進步，使得變矩器取得了較大的發(fā)展。并且它可以讓汽車完全停住而無需停止發(fā)動機。除了這一重要作用外，液力變矩器實際上還可以讓汽車在從停車狀態(tài)加速時獲得更大的扭矩。新式液力變矩器可以將發(fā)動機扭矩提高2-3倍。只有在發(fā)動機轉(zhuǎn)速比變速器快得多的時候才可以實現(xiàn)這種效果。 隨著車速的提高，變速器的轉(zhuǎn)速將逐漸接近發(fā)動機，甚至幾乎與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速持平。但在理想情況下，變速器的速度應與發(fā)動機完全相同，因為此速度上的差異是由浪費的能量帶來的。這就可以在一定程度上解釋為什么與使用手動變速器的汽車相比，配備自動變速器的汽車每升燃油行駛的公里數(shù)要少一些。 為抵消此效應，有些汽車在液力變矩器上安裝了鎖定式離合器。 當液力

12、變矩器的兩個部分加速時，此離合器便將它們鎖在一起，從而消除了打滑現(xiàn)象，提高了效率。 1.4.2 缺點 但是液力變矩器也存在氣蝕、散熱等問題，而且還需要有一定供油壓力的輔助供油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。 1.5 液力變矩器的作用 自動無級變矩、變速。液力變矩器的渦輪扭矩，能隨著汽車行駛中負荷扭矩的增大而自動增大，同時，渦輪轉(zhuǎn)速自動降低；而當負荷扭矩減小時，渦輪扭矩隨之 自動減小，同時，渦輪轉(zhuǎn)速自動升高。 自動離合。液力變矩器可借助于傳遞或不傳遞發(fā)動機發(fā)出的扭矩至行星齒輪變速器，起自動離合器的作用，從而在使用自動變速器的汽車上，取消了傳統(tǒng)的螺旋彈簧式或膜片彈簧式離合器，大大減輕了駕駛

13、員的負擔。 減振隔振。由于液力變矩器是通過液力作用進行偶合傳動的裝置，主、從動件之間無直接的機械傳動關系，所以能通過自動變速器油的阻尼作用，減小發(fā)動機的扭振，并隔離這種扭轉(zhuǎn)振動向底盤傳動系統(tǒng)的傳遞，從而提高汽車發(fā)動機和底盤傳動系統(tǒng)的使用壽命。 使發(fā)動機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。由于工作時內(nèi)部充滿自動變速器油液的液力變矩器具有較大的轉(zhuǎn)動質(zhì)量，完全可以起到傳統(tǒng)的飛輪使發(fā)動機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)的作用，所以在裝用自動變速器的汽車上，取消了發(fā)動機飛輪。為實現(xiàn)扭矩的傳遞，僅在發(fā)動機曲軸與液力變矩器之間，安裝一柔性聯(lián)接板或驅(qū)動端蓋。 過載保護。當汽車行駛工況突然變化，出現(xiàn)過負荷時，使用液力變矩器，可以對發(fā)動機起保護作用。 發(fā)

14、動機制動。在汽車下長坡行駛時，可以通過液力變矩器的偶合傳動，利用發(fā)動機的泵氣損失來進行制動。 第二章 液力變矩器的結(jié)構(gòu)原理及設計 2.1 液力變矩器的簡介 變矩器是以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性扭矩變換器，是液力傳動的型式之一。液力通過導輪對液流的作用，使液力變矩器的輸出扭矩與輸入扭矩不相等，在輸出軸轉(zhuǎn)速不變時，輸出扭矩大于輸入扭矩。是目前汽車、軍用車自動變速器的主導產(chǎn)品，是國外中、高檔轎車、大客車、礦用車等車輛的標準裝備。也是我國汽車技術現(xiàn)代化重點開發(fā)方向之一，有著巨大的市場潛力。 液力變矩器是一種涉及技術較全的產(chǎn)品。泵輪、渦輪、葉片和殼體等是精密沖壓件。葉片與殼體之間

15、、總成裝配殼體之間運用了精密激光焊接等多方面技術。 液力變矩器可與柴油機、汽油機、三相異步電動機匹配，廣泛應用在轎車、工程機械和載重汽車上。 液力變矩器作為自動變速器三大組成之一(液力變矩器、行星齒輪傳動機構(gòu)、控制系統(tǒng)),其有著既能傳遞扭矩,同時也能在一定范圍內(nèi)改變傳動比,即改變轉(zhuǎn)矩的大小,起到一定的降速增扭的作用。 2.2 液力變矩器的結(jié)構(gòu) 液力變矩器由可轉(zhuǎn)動的泵輪和渦輪以及固定不動的導輪這三個基本元件組成。其結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。汽車、工程機械和一些軍用車輛所用液力變矩器的工作輪 大多是用鋁合金精密鑄造而成的。與液力耦合器不同的是，在液力變矩器的泵輪和 渦輪之間安裝有導輪，并

16、與泵輪和渦輪保持一定的軸向間隙。導輪通過導輪固定套管固定在變矩器的殼體上。 圖 2-1 液力變矩器機構(gòu)示意圖 2.2.1 液力變矩器的分類 按照工作互相配合所能組成工作狀態(tài)的數(shù)目，將液力變矩器分為單相、二相、三相三種，其型式如圖 2-2 所示。 a-單相-導輪固定不動；b-二相-導輪裝在單向離合器上，可單相旋轉(zhuǎn)； c-三相-兩個導輪分別裝在各自的單向離合器上，可分別單相旋轉(zhuǎn)。 圖 2-2 液力變矩器分類圖 本人設計的是單級單相單導輪式液力變矩器。故，有且只有一個導輪、泵輪和 渦輪，導輪是固定不動的。這種變矩器結(jié)構(gòu)最簡單，工作極可靠，性能很穩(wěn)定，制造容

17、易，維修方便，效率高，最高效率 ?＝0.8。但這種變矩器的高效區(qū)較窄，使它的工作范圍受到限制。 2.2.2 渦輪 渦輪裝在泵輪對面，二者的距離只有 3~4mm，在增矩工況時懸空布置，被泵輪的液流驅(qū)動，并以它特有的速度轉(zhuǎn)動。在鎖止工況時它被自動變速器油擠到離合器盤上，隨變矩器殼同步旋轉(zhuǎn)。它是液力變矩器的輸出元件。渦輪的花鍵轂負責驅(qū)動變速器的輸入軸（渦輪軸）。它將液體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。 2.2.3 泵輪 泵輪的葉片裝在靠近變速器一側(cè)的變矩器殼上，和變矩器殼是一體的。變矩器殼是和曲軸或曲軸上的撓性板用螺栓連接的，所以泵輪葉片隨曲軸同步運轉(zhuǎn)。發(fā)動機工作時，它引導液體沖擊渦輪葉片，產(chǎn)生

18、液體流動功能，是液力變矩器的主動元件。 2.2.4 導輪 導輪的直徑大約是泵輪或渦輪直徑的一半。并位于兩者之間。導輪是變矩器中的反作用力元件，用來改變液體流動的方向。 導輪葉片的外緣一般形成三段式油液導流環(huán)內(nèi)緣。分段導流環(huán)可以引導油液平穩(wěn)的自由流動，避免出現(xiàn)紊流。 導輪支承在與花鍵和導輪軸連接的單向離合器上。單向離合器使導輪只能與泵輪同向轉(zhuǎn)動。渦輪的油液流經(jīng)導輪時改變了方向，使液流返回泵輪時，液流的流向和導輪旋轉(zhuǎn)方向一致，可以使泵輪轉(zhuǎn)動更有效。 導輪的葉片設計效果極佳，它幾乎可以完全使油液的流向倒過來。 單向離合器（位于導輪內(nèi)部）將導輪連接到變速器中的一個固定軸上。 由于這種布置方式

19、， 導輪的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒉煌谟鸵?，它只能以相反方向旋轉(zhuǎn)，迫使油液在撞擊導輪葉片時改變方向。 在汽車開始行駛時有一個微妙的問題。 當速度為 64 公里/小時時，泵和渦輪幾乎以相同的速度旋轉(zhuǎn)（泵的轉(zhuǎn)速始終略快一些）。 此時，從渦輪返回的油液在進入泵時的移動方向已經(jīng)與泵相同，因此便不需要導輪了。 盡管渦輪會改變油液的流向并將其甩到后面，油液最終的流向仍然與渦輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，因為渦流在一個方向上的轉(zhuǎn)速要比油液在另一個方向上的噴出速度快。 如果您站在車速為 96 公里/小時的皮卡的后車斗中，然后以 64 公里/小時的速度從后車斗扔出一個球，則球仍會以 32 公里/小時的速度向前移動。 這類似于渦輪中

20、發(fā)生的情況： 油在一個方向被甩出，但其速度不如另一個方向的開始速度快。 在這樣的速度下，油液實際會撞到導輪葉片的側(cè)尾部，從而導致導輪在其單向離合器上空轉(zhuǎn)，因此不會妨礙油液通過。 離合器的選用： 超越離合器（又稱自由輪機構(gòu)或單向離合器）有多種形式，但其功能和工作原理都是相同的，它的功能如下。 （1） 單向傳動：將動力從主動件單方向傳給從動件，并可根據(jù)主動件和從動 件轉(zhuǎn)速的不同自動的接合或分離。 （2） 單向鎖定：能將某一元件單向鎖定，并可根據(jù)兩元件受力的不同自動的鎖定或分離 1-滾子 2-銷 3

21、-彈簧 4-內(nèi)圈 5-限位塊 6-鉚釘 7-檔圈 8-第一導輪 9-外圈圖 2-3 超越離合器 2.3 液力變矩器的工作原理 液力變矩器內(nèi)的泵是一種離心泵。當它旋轉(zhuǎn)時，油液將被甩到外面，就像洗衣機將水和衣物甩到洗滌缸外圍一樣。由于油液被甩到外面，因此中心區(qū)域會形成真空，進而吸入更多的油液。 如圖 2-4 所示。之后，油液進入渦輪的葉片，而渦輪又與變速器相連。 這樣， 渦輪使變速器旋轉(zhuǎn)，而變速器驅(qū)動您的汽車。在圖 2-5 中，您可以看到渦輪葉片是彎曲的。這意味著，從外部進入渦輪的油液在從渦輪中心出來之前必須改變方向。正是這種方向的改變導致了渦輪旋轉(zhuǎn)。 圖 2-4

22、泵輪原理圖 若要改變一個移動物體的方向，必須在該物體上施加一個作用力。不管這個物體是一輛汽車還是一滴油。 另一方面，對于導致物體改變方向的力，無論施力方為何物，它都必然會受到此力的反作用力。 因此，在渦輪使油液改變方向的同時， 油液也導致渦輪旋轉(zhuǎn)。 油液從渦輪中央流出，移動方向不同于它進入時的方向。 如果您觀察圖 2-5 中的箭頭，可以看到從渦輪流出油液的移動方向與泵（以及發(fā)動機）的旋轉(zhuǎn)方向相反。 如果允許油液撞擊泵，則會降低發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，從而造成動力的浪費。 液力變矩器中設有導輪的原因就在于此。 圖 2-5 渦輪原理圖 如圖 2-6 所示，位于液力變矩

23、器的正中間， 其作用是迫使從渦輪返回的液流再次到達油泵之前改變方向。 這樣可極大地提高液力變矩器的效率。 圖 2-6 導輪原理圖 2.4 變矩器的形狀設計 常見的循環(huán)圓形狀有圓形、蛋形、半蛋形，長方形，一般近似于圓形的循環(huán)圓多用于汽車的液力傳動中。這種變矩器的工作輪常采用鑄造結(jié)構(gòu)。而工程機械上使用的液力變矩器的工作輪則多用鑄造成形或銑削加工。近似圓形的循環(huán)圓的變矩器還有軸流式變矩器，這種變矩器多用于起重運輸機械。蛋形循環(huán)圓的液力變矩器一般用于工程機械，如裝載機、推土機、鏟運機、平地機等。我們在這里設計的是圓形的液力變矩器。如圖2-7所示。 圖2-7

24、圓形液力變矩器 2.5 工作輪葉片的確定 葉片傾斜角度。一般液力耦合器均采用傾斜角度為0的徑向直葉片。這樣的葉柵極便于制造，由可使耦合器在正反轉(zhuǎn)時具有相同的特性。但直葉片使其工作效率大幅度降低。例如前傾斜葉片會加大泵輪力矩系數(shù)，后傾斜葉片會降低泵輪力矩系數(shù)。因此，這里的泵輪、渦輪和導輪的葉片均采用具有傾斜角度的葉片。如圖2-8 所示。 圖2-8 具有傾斜角度的葉片 2.6 殼體的設計 殼體是構(gòu)成變矩器的骨架，殼體內(nèi)外安裝著變矩器所有主要零件和附件。為了保證變矩器齒輪、軸等主要零件工作可靠、耐久，它們互相之間必須嚴格保持精確的相對位置，因

25、此在殼體設計中必須對重要表面的尺寸、幾何形狀、相互位置等提出很嚴格的公差要求。殼體在變矩器工作時承受很復雜的負荷，而且在力的傳遞過程中，會使殼體不同部位承受附加的彎曲和扭曲。變矩器接到發(fā)動機傳遞的扭矩時， 殼體要受到扭轉(zhuǎn)，因此殼體要有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。為了保證輸入、輸出軸的軸承工 作可靠，軸承座應有足夠的剛度。為了保證變矩器密封可靠，離合器殼體和主殼體接合平面密封部位也應有足夠的剛度，否則在預緊螺栓時平面密封部位就會變形漏油，影響變速器工作。殼體結(jié)構(gòu)復雜，它的尺寸較大，是變矩器中最重的零件，因此它的質(zhì)量輕重在很大程度上影響著變矩器的質(zhì)量。在設計殼體時，要減輕殼體的質(zhì)量，除受到材料強度的

26、限制，還受到鑄造工藝允許最小壁厚的限制。因此，在工作過程不十分強化的中小型變速器中，殼體結(jié)構(gòu)一般都能滿足強度的要求。但如果結(jié)構(gòu)設計不夠合理，則不能滿足剛度要求，殼體的剛度問題遠比強度問題重要。所以，在盡可能輕的條件下盡可能提高殼體的剛度是設計殼體的指導原則。 所以本著經(jīng)濟、適用、易拆裝的原則，我選擇整體式的殼體，材料選擇鑄鐵， 而放棄對分式鑄鋁的殼體。 2.7 油路設計 2.4.1 油路設計 液體首先從油箱出來，通過圖 2-9 中的油路流到油槽，因為油槽與圖 2-11 中的油通道對齊配合，所以可以通過油通道經(jīng)過油孔進入軸內(nèi)，從而進入葉輪中。 1- 油槽 2-郵箱 3-油路圖

27、2-9 油路示意圖 1-油孔 圖 2-10 油路固定軸 1-油孔 2-油通道 圖 2-11 油路固定軸 2.4.2 油溫過高的原因和控制 （1）變速器的油位過高或過低 一般情況下, 變矩器和變速器采用同一油箱供油,同一封閉循環(huán)油路, 共同組成變速操縱系統(tǒng)和補嘗冷卻系統(tǒng)。當變速器油位過低時, 工作油液的循環(huán)速度變快, 油液散熱時間變短, 油液熱量得不到充分散發(fā), 從而導致變矩器內(nèi)的油液溫度上升。相反, 如果變速器油位過高, 輸出軸齒輪高速攪拌油液, 可在短時間內(nèi)引起油溫迅速升高。再者, 還會因為變速泵竄油, 使變矩器油得不到冷卻, 油溫也會升高。使

28、用過程中, 應該經(jīng)常檢查變速器的油位是否處于油尺的兩標記之間。若油位太低, 則應補充所選牌號的油液;若油位過高, 則應排出部分油液, 使油位恢復到允許范圍內(nèi)。此外, 還應經(jīng)常檢查容易泄漏的傳動軸油封處;如果油封有損壞時, 需及時更換; 如因泄漏而缺少油液時, 應該補充所選牌號的油液使其達到合適的油位[18]。 (2) 冷卻系統(tǒng)的冷卻效果不良冷卻系統(tǒng)工作不正常的原因有: a. 發(fā)動機散熱系統(tǒng)工作不良。變矩器的工作油液是利用發(fā)動機散熱器的冷卻水進行冷卻的。若發(fā)動機排風量不足、散熱器內(nèi)水位低或散熱片上受灰塵阻塞等, 將會導致冷卻水溫度升高, 從而使變矩器油液經(jīng)冷卻器后得不到充分冷卻便

29、流回變速器殼底, 繼續(xù)參加傳動運行, 溫度繼續(xù)升高, 從而導致變矩器內(nèi)油溫過高。為此應該經(jīng)常檢查散熱系統(tǒng)是否工作良好, 并及時清理散熱片上的污物, 及時補充冷卻水。 b. 冷卻器和油管堵塞。變矩器排出的熱油, 主要通過冷卻器進行冷卻。如果 冷卻器和油管堵塞, 回油壓力過高, 通往冷卻器的油量或水量就不夠, 變矩器油得不到冷卻, 會使油溫升高。使用過程中應該定期檢查冷卻器的工作狀況是否良好(可用手觸摸冷卻器); 如果溫度低, 說明油管和冷卻器堵塞或太臟, 應將泄油管卸下, 檢查是否有沉淀物堵塞; 若確是堵塞, 應該立即清除, 然后再裝上接頭和密封卸油管。 （3） 操作方法不當 合理地使用

30、機械是避免變矩器溫度過高是提高工作效率、提高使用壽命的重要因素。 a. 機械作業(yè)時, 應使變矩器在高效區(qū)內(nèi)工作, 盡量避免低效區(qū)長期工作。 b. 不能失速時間過長。 c．不能讓變矩器連續(xù)大負荷地長時間工作。 （4） 液力傳動油選用不當 液力變矩器一般都與動力換擋變速器的工作油路相通, 而動力換擋變速器的工作油路采用液壓傳動; 因此液力變矩器用油, 既要滿足液力傳動, 也要滿足液壓傳動的工作要求。如果所使用的油液質(zhì)量較差, 其粘度隨溫度的升高變動大, 則容易產(chǎn)生泄漏, 從而降低傳動效率和潤滑能力。 2.8 材料的選擇 液力變矩器的葉輪為鑄件，材質(zhì)按葉

31、輪圓周速度n 值確定，可根據(jù)表2-1進行選取。 圓周速度u（m/s）  74 表2-1 葉輪材質(zhì) >74-96 >96-150 >150 材質(zhì) ZL104、ZL107 ZL115、ZL116 45 鍛鋼或合金 鋼 合金鍛鋼 葉輪角速度為 w；輸入轉(zhuǎn)速為 n；圓周速度為 v?，F(xiàn)在我們要進行葉輪材質(zhì)的選取，又已知輸入轉(zhuǎn)速，因此可根據(jù)以下公式求得圓周速度。 w = 2p n = 2 3.14 2200 = 230.27(r / s) 60 60 u = wr = 230.27 0.125 = 28.78(m / s)

32、 因此，液力變矩器葉輪選用鑄鋁 ZL104。 第三章 液力變矩器的強度校核計算 3.1 輸出軸的設計計算 基本數(shù)據(jù)：額定輸入轉(zhuǎn)速=2200 r min 額定輸入功率=45KW 3.1.1 選擇材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是 45 鋼。 故軸材料選用 45 鋼。 3.1.2 軸的設計計算 T = 9.55106 P n  公式(3-1)

33、 式中： T-軸所受的扭矩，單位為 N mm ； P-軸傳遞的功率，單位為 KW； n-軸的轉(zhuǎn)速，單位為r 軸的直徑計算公式為 min ； 9.55106 P 3 0.2[tT ]n d 公式(3-2) 式中： d-計算截面處軸的直徑，單位為 mm； tT -扭轉(zhuǎn)切應力，單位為 MPa； [tT ] -許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為 MPa； 表3-1 軸常見幾種材料的[tT ] 及 A0 值 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 （1Cr18Ni9T1） 40Cr、35SiMn 38SiMnM

34、o、3Cr13 [tT ] MPa 15-25 20-35 25-45 35-55 A0 149-126 135-112 126-103 112-97 根據(jù)軸的材料是 45 鋼，所以[tT ] 選取 25-45，取中間值 40MPa。將公式 3-1 帶入上面的公式中， 得 9.55106 P 3 0.2[tT ]n 3 2200 0.2 40 9.55106 45 d = = 29.01mm 考慮到軸的一端要開花鍵，故軸徑增大 25%，得 d=36.26mm，圓整后取 37mm， 因此設計軸的最小直徑是 37m

35、m。 因為實際設計直徑為 40mm，故符合設計。 3.2 輸出軸的強度校核 3.2.1 軸的扭轉(zhuǎn)切應力公式為： t = T WT 公式(3-3) 式中： t -扭轉(zhuǎn)切應力，單位為 MPa； T-軸所受的扭矩，單位為 N mm ； WT -抗扭截面系數(shù)，單位為mm3 。 T W = [p d 4 + (D - d )(D + d )2 zb] 32D 公式(3-4) 式中： D-花鍵大徑； d-花鍵小徑； b-鍵寬； z-花鍵的齒數(shù)。所以， T W = [p d 4 + (D - d )(D + d )2 zb

36、] 32D = [3.14 354 + (40 - 35)(40 + 35)2 516] 16 40 = 10878.07mm3 所以， t = T WT = 195340.91 = 17.96Mp 10878.07 由表可查得，45 鋼的[s P ]=25-35Mp。 因此 t = 17.96 < [s P ] = 25 - 35Mp 所以軸的扭轉(zhuǎn)強度符合要求。 3.2.2 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核 已知軸扭矩剛度的公式為： j = 5.73104 T GI P  公式(3-5) 式中： j -軸的扭轉(zhuǎn)角

37、，單位為() m ； T-軸所受的扭矩，單位為 N mm ； G-軸材料的剪切彈性模量，單位為MPa。45鋼G = 8.1104 MPa 。 IP -軸截面的極慣性矩，單位為mm4 。 IP = p d 4 32 = 3.14 354 32 = 147248.83mm4 所以， j = 5.73104 T GIP = 5.73104 195340.91 1.8104 147248.83 = 0.42( m) 對于精密傳動軸[j] = 0.25 - 0.5 m 所以j < [j]。 因此。軸

38、的扭轉(zhuǎn)剛度符合要求。 第四章 液力變矩器的三維零件圖及整體拆卸 4.1 零件圖及拆卸圖 圖 4-1 爆炸圖 圖 4-2 爆炸圖 圖 4-1 和圖 4-2 是我所設計的液力變矩器的爆炸圖。 圖 4-3 整體組裝圖 圖 4-3 表示的是本人設計的單導輪式液力變矩器的整體裝配圖。下面就介紹一下此機器的拆卸過程。 如圖 4-4 圖 4-4 拆卸圖 首先，我們需要先將最外面的外蓋拿掉，故需要把其周圍的螺栓拆卸掉。這時， 我們可以清楚地看到渦輪的背面。 圖 4

39、-5 外蓋 如圖 4-6 圖 4-6 拆卸圖 接著，我們要利用工具將渦輪撬下來，因為渦輪與里面的泵輪有密封系統(tǒng)。此時，我們可以看見導輪和泵輪的配合。 圖 4-7 渦輪 圖 4-8 軸承 如圖 4-9 圖 4-9 拆卸圖 現(xiàn)在，我們將導輪從泵輪與軸之間取出，推薦利用外力將其拉出，例如四爪。這時，我們可以看見泵輪葉片的整體形狀。 圖 4-10 導輪 圖 4-11 拆卸圖 下面我們來看另一面。如圖 4-11 這時單導輪式液力變矩器的整體裝配圖的另一面。

40、 如圖 4-12 圖 4-12 拆卸圖 首先，我們拿下后面與輸出軸配合的齒輪。 圖 4-13 齒輪 如圖 4-14 圖 4-14 拆卸圖 由于后面的配合拆除，我們回到前面把泵輪從殼體與軸之間敲出來。 圖 4-15 泵輪 如圖 4-16 圖 4-16 拆卸圖 這時，我們就可以將輸出軸取出。 圖 4-17 輸出軸 如圖 4-18  圖 4-18 拆卸圖 然后，擰下螺栓，將固定在殼體上的軸取下來。 圖 4-19 油路

41、固定軸 圖 4-20 拆卸圖 如圖 4-20 我們來繼續(xù)拆除另一面的剩下的兩個輸入軸。 圖 4-21 齒輪 如圖 4-22  圖 4-22 拆卸圖 就這樣，一個液力變矩器就拆卸完成了，只剩下殼體。 圖 4-23 輸入軸 第五章 結(jié)論與展望 5.1 結(jié)論 液力變矩器的結(jié)構(gòu)設計，我參考了大量的文獻資料，但由于缺乏經(jīng)驗，在設計過程中參考了已有的成果， 由于是初次設計 這樣一部先進型設備，在此基礎上進行稍許創(chuàng)新。在設計過程中，以能實際生產(chǎn)加工為基礎的思想，盡管付出了很大的努力，設計一定有許多不如意之處，懇

42、請老師指正！ 在設計過程中，我主要解決的問題是變矩器整體的結(jié)構(gòu)設計以及裝配關系，還有油路的設計，在設計過程中參考了已有的成果，并根據(jù)一些經(jīng)驗公式選取參數(shù)。由于是初次設計這樣一部先進型設備，經(jīng)驗不足，設計的主要思想是以安全與合理為主，在此基礎上進行稍許創(chuàng)新。 縱觀國內(nèi)外液力變矩器的發(fā)展狀況，無論是其本身性能，或是裝配在汽車上的整車性能，都表現(xiàn)出相當成熟的技術先進性，市場前景看好。 5.2 展望 對液力變矩器的研究經(jīng)歷了20世紀90年代初開始的活躍期之后，進入了一個相對不活躍的階段，這是由于在原來的數(shù)學模型和計算技術的基礎上很難使得計算精度得以繼續(xù)提高，由于液力變矩器葉型的復雜性，很難

43、準確地描述控制葉型的關鍵參數(shù)與性能之間的定性關系。這些都制約了液力變矩器開發(fā)技術的進步。因此，可以預見液力變矩器的研究將從以下幾個方向有所突破。 真實的液力變矩器內(nèi)部流體的運動是瞬態(tài)的，由于以前計算機性能的限制，計算瞬態(tài)的液力變矩器內(nèi)流場耗費計算資源太多，因此缺少工程應用價值。隨著企業(yè)對液力變矩器內(nèi)流場模擬要求的提高，數(shù)值仿真瞬態(tài)時的流場分布情況，并為精確的液力變矩器優(yōu)化和設計提供有力的依據(jù)，這可能成為未來的一個研究方向[16]。 當前的液力變矩器內(nèi)流場分析大多是基于N—S方程組的，同時，認為在各種操作工況下是穩(wěn)態(tài)流動，所以就有了周期性假設，每個葉輪只取一個流道作為CFD 計算模型，在每個

44、流道的交互面上采用了一個混合平面對來耦合在一起，這樣就解決了不同葉輪轉(zhuǎn)速不同引起的多旋轉(zhuǎn)參考坐標系的問題。但是，實際上每個葉輪流道內(nèi)的流動狀況皆不同，每個葉輪交界面處的流動狀況與混合面平均后的流動狀況 也有較大差距，因此數(shù)值仿真計算的精度自然有一定限度。下一步的研究可能會在算法和計算模型上尋求突破，一些新興的算法，例如LBM算法可能會被引入到液力變矩器的研究中。LBM算法是以流體的分子運動論描述為基礎，根據(jù)微觀運動過程的某些基本特征建立簡化的時間和空間完全離散的動力學模型，其具有規(guī)則簡單、易處理邊界復雜問題、并行計算效率高等優(yōu)勢。結(jié)合液力變矩器的結(jié)構(gòu)特點和內(nèi)流場計算的特點，可以看出液

45、力變矩器瞬態(tài)計算能夠發(fā)揮LBM算法的優(yōu)勢。 液力變矩器作為一款工業(yè)產(chǎn)品，縮短設計研發(fā)周期是一個不可回避的問題。一些學者在這方面已經(jīng)做了一些探索工作。真正的CAD／CFD／CAM一體化的計算、分析、設計平臺的建立是研究者們不懈追求的目標。這種一體化平臺將是以CFD流場分析的結(jié)果為依據(jù)，建立關鍵參數(shù)與整體性能之間的定性關系，并利用CAD進行快速生成新的計算模型，從而利用CFD軟件進行驗證，在找到滿足性能要求的優(yōu)化方案之后實現(xiàn)快速的成型，從而大大縮短設計研發(fā)的周期，提高產(chǎn)品競爭力。 在液力變矩器的設計方面，由于節(jié)省車內(nèi)空間的需要，扁平化是一個主要的趨勢；另外，隨著采用滑差控制的鎖止離合器的廣泛應

46、用，液力變矩器低速比下的性能顯得尤其重要，因此，如何在以后的設計中進一步縮小軸向和徑向尺寸，但同時能提高失速變矩比和K因子將是一份很有挑戰(zhàn)性的工作。 現(xiàn)有的液力變矩器評價體系主要有穩(wěn)態(tài)下的原始特性和動態(tài)性能。這種評價體系有明顯的缺陷，因為液力變矩器的操作工況非常復雜，各種速比下的使用情況不同，如圖4所示，原有的評價指標只關注某些點的值(例如失速變速比，最高效率等)； 另外，現(xiàn)有的評價體系中動力性指標與經(jīng)濟性指標剝離，使得現(xiàn)有的液力變矩器評價體系遠不能滿足整車廠家的要求。綜合考慮以上各種情況，性能評價體系將是一個不錯的研究方向。 5.3 技術經(jīng)濟分析 一個成功的的設計，不單是意味著工程

47、方案能得以實現(xiàn)，產(chǎn)品設備能順利地運行，還應該有充分的市場條件和競爭力。 從19世紀帶有液力變矩器的全自動傳動系統(tǒng)問世以來，特別是隨著微電子技術在車輛的應用越來越廣泛，液力變速技術得到了長足的進步。并在美國和日本有著很高的市場占有率。 隨著技術的進步目前國內(nèi)外都朝著大功率、低功耗、節(jié)能型、高可靠性、長壽 命，集成化、復合化方向發(fā)展。 所以大功率、低功耗、節(jié)能型、高可靠性、長壽命，集成化、復合化是目前液力變矩器的主流發(fā)展趨勢。在設計時都應考慮在其中。 參考文獻 [1] 田華，雷雨龍，王健.液力變矩器一體化設計[J].吉林大學.2007,(5):3~5 [2] 霍曉

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