液力变矩器设计讲解
车辆动力学(2)-液力变矩器
T
K DM B
7
三、加减速过程模型
M
i
M
D B
JB
dB
dt
M
o
M
D T
JT
dT
dt
JB
Mi
M
D B
FBy 、FTy
q
JTy MT
J By
MB JT
M
D T
Mo
泵轮和涡轮叶片间流道几 何参数的形状因素
变矩器循环圆内的液体 循环流量
M
D B
MB
FBy
dq dt
J By
dB
dt
M
D T
MT
FTy
1
2
3
D
4
B 106(mi
M D i iM
MD
4
二、稳态模型
K
B
K
1.原始特性（静态原始特性）
传动比：i nT / nB
能容系数：B
MB
gD5nB2
变矩比：K MT / M B
效率： K i
B
0
K B
i
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
0.2
0.4
i
0.6
0.8
1.0
5
二、稳态模型
2.稳态模型
i nT / nB
M
B
gBnB2D5
M
T
KM B
M
MT = f(nT)
= f(nT)
MB = f(nT)
0
nT
6
二、稳态模型
3.动态原始特性
能容系数 变矩比K
(三)液力变矩器涡轮叶片二维平面设计
液力变矩器涡轮叶片二维平面设计1 选择液力变矩器循环圆型式1.1 选择循环圆液力变矩器的循环圆按照外环形状可分为圆形、蛋形、半蛋形和长方形循环圆四种。
按照一维束流理论，循环圆形状对液力变矩器的性能没有影响。
液力变矩器性能仅与工作轮出、入口半径、叶片角、流道截面积等参数有关。
而圆形循环圆多用于其车型单级液力变矩器，其工作轮可采用冲压焊接制造或铸造，泵轮和涡轮完全对称布置，因此本设计采用圆形循环圆。
1.2 确定工作轮在循环圆中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。
（1）径流式这种工作轮从轴面图看，液流沿着叶片半径方向流动。
（2）轴流式这种工作轮从轴面图看，液流在叶片流道内轴向流动。
（3）混流式这种工作轮从轴面图看。
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。
圆形循环圆变矩器多数情况下，采用混流式工作轮。
其布置图如下:T：涡轮B：泵轮D：导轮图3.12 确定循环圆尺寸2.1 确定变矩器有效直径直径比m 直径比m=D0/D,D0为循环圆内径，D为有效直径此变矩器为0.355m。
一般m=0.38即m=D0/0.355=0.38 （3.1）即D0=0.1349所以循环圆外环半径为：R1=(D-D0)/4 （3.2）=(0.355-0.1183)/4=0.0552.2 确定循环圆形状尺寸已知外环后，开始确定内环、设计流线。
确定内环、设计流线的原则是使液流速度沿流道均匀变化。
为此假定在同一过流断面上各点的轴面速度Vm相等，各相邻流线所形成的过流面积相等。
根据最佳过流面积为循环圆面积的23%的原则，对于有效直径为355mm的变矩器，其最佳过流面积为0.02276m2。
1）循环圆初步设计首先设定一些元线如下图，为方便计算，从上面正垂直的元线开始，递增角度为15°，根据在任意元线上的过流面积F为：F=(Rs2-Rc2)∏/cosθ（3.3）式中θ为元线相对垂直线的夹角，所有元线均垂直设计流线Rs 为任一元线与外环交点上的半径Rc 为同一元线与内环交点上的半径R2 为同一元线与设计流线交点上的半径其次，选定一些任意的元线，并算出内环和设计流线的初步轮廓。
液力-第4章 液力变矩器
图4-9 变 矩器的动 态特性
a）
23
b）
c）
图4-9 变矩器 的动态特性
d）
24
e）
图4-9
变矩器的动态特性
25
D 、 液力变矩器的动态特性是指泵轮和涡轮轴上的动态力矩M B D nT 及转速比i与时间t的关系曲线。 M T 泵轮和涡轮的转速 nB 、 D D MB MB nT nT t 和 i i (t ) 。根据 nB nB t 、 即 M TD M TD t 、 t 、 D D 上述特性曲线，可算出液力变矩器的动态原始特性： B B (t ) 和
图4-3 面叶栅图
液
力变矩器平
6
（1）当 nT 0 或较低转速时，涡轮出口液流冲击导轮正面， 因此导轮对液流的作用力矩与泵轮力矩同向，由力矩平衡方程 M T M 式， 。B
（ 2 ）当 nT增加到一定数值时，涡轮出口速度的方向就与导 轮进口的叶片骨线重合，液流顺着导轮叶片流出，导轮进出口 速度相等方向相同时，液流对导轮没有作用，导轮力矩 ， 此时 。 MD 0 M T M B （3）若nT继续增大，从速度三角形得出，涡轮出口液流将冲 击导轮背面，导轮力矩（导轮对液流的力矩）与泵轮力矩方向相 反。
MB MT MD 0
或
（4-1）
（4-2）
M T M B M D
M T前面的负号表示与泵轮力矩MB的方向相反。
4
图4-2 液力变 矩器工作原理
5
为了说明液力变矩器为什么能变矩和不同工况下外力矩的 变化关系，将各叶轮叶片沿中间流线切开，并展成如图4-3所示 的平面叶栅。泵轮转速一定，而涡轮以三种不同的转速旋转， 分析液流方向变化引起叶轮作用力矩的变化情况。
液力变矩器结构与原理
液力变矩器结构与原理液力变矩器（Torque Converter）是一种被广泛应用于汽车、船舶等动力传动系统中的液力传动装置。
它的主要作用是将发动机输出的高速低扭矩转化成低速大扭矩，从而实现汽车启动、加速、变速和传动的功能。
液力变矩器的结构复杂而精密，它包含了泵轮、涡轮、导叶轮等不同的部件，其中每个部件都扮演着特定的角色。
本文将详细介绍液力变矩器的结构与原理。
一、液力变矩器的结构液力变矩器是由泵轮、涡轮、导叶轮和油封等部件组成的。
泵轮和涡轮是液力变矩器的两个主要组成部分，其结构和相互配合决定液力变矩器的工作性能。
1. 泵轮（Pump Impeller）泵轮是液力变矩器的输入元件，它由一定数量的楔形叶片组成，其主要作用是将发动机输出的动力转化成液力。
当发动机运转时，泵轮产生旋转的动力，它通过离心力作用将工作介质（液体）强制送入涡轮。
2. 涡轮（Turbine Runner）涡轮是液力变矩器的输出元件，它与泵轮相对应，也由楔形叶片组成。
当泵轮发送液力流入涡轮时，涡轮受到液压的作用转动，从而输出扭矩。
涡轮的运转速度受到扭矩的大小以及返转器的变矩比的影响。
3. 导叶轮（Stator）导叶轮是液力变矩器的第三个组成部分，它位于泵轮和涡轮之间，主要用于改变流体的流向。
导叶轮的叶片可以自由调节，可以根据工作状态的需求来改变流体的流向，协助转化扭矩和提高效率。
4. 油封（Oil Seal）油封是用于保持液力变矩器内压力稳定的部件，它位于泵轮和涡轮之间，防止液体泄漏。
油封的质量和性能直接影响液力变矩器的工作效果和寿命。
二、液力变矩器的工作原理液力变矩器主要依靠流体的转化和涡旋流的原理来工作，通过泵轮、涡轮和导叶轮之间复杂的相互作用来实现转矩的变化。
液力变矩器的工作原理分为四个工作区域：冲击区、变矩区、松开区和高效率区。
1. 冲击区当发动机启动并带动泵轮开始旋转时，泵轮产生的涡旋流体流向涡轮，但此时导叶轮的叶片处于开启状态。
液力变矩器基础讲座
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3
液力偶合器的工作原理
工作油液的螺旋形路线
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4
涡轮转动时的油液螺旋路线
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5
液力变矩器的三个工作轮
1-泵轮 2-涡轮
3-导轮
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6
变矩器循环圆示意图
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7
液力变矩器工作轮原理图
a)当n1=常数，n2=0时；b)当n1=常数，n2逐渐增加时
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8
三元件液力变矩器简图
19
1-泵轮2-涡轮3-导轮4-工作轮内环5-涡轮槽
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9
液力变矩器外形
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变矩器结构
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11
变矩器结构
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12
变矩器结构
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13
液力变矩器的类型和典型结构
123型和132型变矩器简图
1-泵轮 2-涡轮 3-导轮
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14
超越离合器示意图
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1-滚子 2-销 3-弹簧 4-内圈 5-限位块 6-铆钉 7-档圈 8-第一导轮 9-外圈
液力变矩器
液力传动 变矩器的构造与工作原理 变矩器常见故障与排除
编辑作介质，通过 液体在循环流 动过程中，液 体动能变化来 传递动力，这 种传动称为液 力传动。
编辑ppt
2
液力耦合器的构造简图
1.泵轮壳 2-涡轮 3-泵轮 4-输入轴 5-输出轴 6、7-尾部切去一片 的叶片
15
单级单相液力变矩器
编辑ppt
16
单级两相变矩器
1-泵轮 2-涡轮 3-导轮 4-主动轴 5-壳体 6-从动轴 7-单向离合器
第三章 液力变矩器
按涡轮的型式分类
1. 向心涡轮变矩器 循环圆如图3-21（a）所示 . 正透穿 2. 轴流涡轮变矩器 循环圆如图3-21（b）所示 .接近非透穿 3.离心涡轮变矩器 循环圆如图3-21（c）所示。具有负透穿的 无因次特性.
按循环圆中各叶轮的衔接序分类
1.泵轮—涡轮—导轮—泵轮型 记作“B—T—D—B”，绝大多数变矩器为此型。 2.泵轮—导轮—涡轮—泵轮型 记作“B—D—T—B”,由于位于涡轮前面的导轮叶 片，改变了进入涡轮的液流方向，使损失增大， 效率低 。此外由于涡轮位于泵轮之前，涡轮的转 速使其出口速度矩的改变，直接影响泵轮入口， 使泵轮力矩有很大的改变，所以透穿性特别强， 只适用于特殊的场合。 工程机械绝大多数使用泵轮—涡轮—导轮—泵轮 型变矩器
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正透穿型变矩器与汽油机特性配合很合理 。因为： 1）因为起动工况i=i0时，共同工作使原动机在力矩 最大点工作，同时，在该点的变矩系数也是最大 值，那么涡轮力矩也可达到最大，因为
2） i0工况也是机器工作机的由静止起动的工况， 负载的惯性阻力矩最大，需要涡轮有最大的驱动 力矩. 3) 变矩器的最高效率工况与原动机最低油耗工况 为同一工况，这样，使整个机器在最经济工况下 运行。
液力变矩器的特性曲线
什么是液力变矩器的特性曲线 ？ 液力变矩器的特性曲线有： 1.输出特性曲线（外特性曲线） 2.原始（类型）特性曲线 3.输入特性曲线 4.通用特性曲线 5.液力变矩器系列型谱
变矩器特性理论分析 :
输出特性曲线——外特性曲线
输出特性是指液力变矩器各参数与涡轮转速之间的关系； 它们是由试验和计算得出来的。
自动挡液力变矩器幻灯片
叶片泵分为： 定量泵—油泵的排量不变。为保证发动机低速时的正常泵油，以满足自动变速器的工作需要，要求油泵的排量应足够大。但发动机高速时，因泵油量增多，此时的泵油还必须排泄掉，从而造成发动机动力损失。 变量泵—油泵的排量可变。以减少高速运转时的发动机动力损失。其结构特点是：定子不固定，而是绕一个销轴作一定的摆动，以改变定子和转子之间的偏心距，从而改变油泵的排量。
液力传动装置——液力变矩器的工作原理
总结： 液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速变化。具体为： 涡轮速度低——涡轮转矩大于泵轮转矩； 涡轮速度等于一设定值——涡轮转矩等于泵轮转矩； 涡轮速度继续升高——由于导轮的单项离合器存在，使得MW=MB ，液力变矩器进入偶合工况。 涡轮速度等于泵轮速度——不传递转矩。 液力变矩器能够改变扭矩的原因是在泵轮和涡轮之间加入了导轮。
液力变矩器的扭矩变化规律
液力传动装置——锁止离合器的结构
1.为什么要有锁止离合器
液力变矩器在偶合区以接近1：1的比例将来自发动机的输入转矩传递至变矩器。但在涡轮和泵轮之间存在着至少4％—5％的转速差。所以变矩器并不是将发动机的动力100％地传给了变速器输入轴，而是有能量损失。 为了防止上述油耗的产生，并降低油耗，当车速大于60KM/H时，锁止离合器会通过机械机构将泵轮与涡轮相连。
液力传动装置——液力变矩器
（二）单向离合器 有滚柱式单向离合器 和 楔块式单向离合器 两种。
液力传动装置——液力变矩器结构
（三）导轮 导轮位于涡轮和泵轮之间。通过单向离合器安装在固定的导轮轴上。涡轮中心的液体流向导轮，被改变方向后流向泵轮。 当液体推动导轮以和泵轮相同方向旋转时，单向离合器允许导轮自由旋转，反之则被锁住不能转动。当导轮静止时，变矩器具有增扭作用；当导轮开始转动时，导轮不再具有增扭作用。 从涡轮回流至泵轮的液体方向取决于泵轮和涡轮之间的转速差，决定变矩器是否能增扭。
《液力变矩器》课件
控制策略：根据液力变矩器的工作原理和性能要求，选择合适的控制策略 优化目标：提高液力变矩器的工作效率、降低能耗、提高稳定性等 优化方法：采用优化算法，如遗传算法、神经网络等，对控制策略进行优化 优化效果：提高液力变矩器的工作效率、降低能耗、提高稳定性等
PART SIX
材料选择：选择合适的材料，如钢、铝、铜等 铸造：将材料熔化，铸造成所需的形状和尺寸 加工：对铸造好的零件进行加工，如车削、铣削、磨削等 装配：将加工好的零件装配成液力变矩器 测试：对液力变矩器进行性能测试，如耐久性、可靠性等 包装：将液力变矩器包装好，准备发货
发展趋势：随着新能源汽车的普及，液力变矩器在电动汽车中的应用逐渐增多 竞争格局：国内外市场竞争激烈，需要不断提高产品质量和技术水平，以适应市 场需求
智能化：液力变矩器将更加智能化，能够自动调节扭矩和转速 节能环保：液力变矩器将更加注重节能环保，降低油耗和排放 轻量化：液力变矩器将更加轻量化，提高车辆的燃油经济性和操控性
扭矩传递能力与液力变矩器 的结构有关
液力变矩器可以传递较大的 扭矩
液力变矩器可以适应不同的 转速和扭矩需求
液力变矩器可以提供稳定的 扭矩输出
自动换挡：根据车速和发动机转速自动选择合适的挡位 平稳起步：在起步时提供平稳的动力输出，避免起步时的抖动和冲击 节能省油：通过自动换挡和发动机转速控制，实现燃油经济性 驾驶舒适性：提高驾驶舒适性，降低驾驶疲劳感
材料选择：根据液力变矩器的工作 环境和性能要求，选择合适的材料
材料选择原则：满足液力变矩器的 工作要求，保证其使用寿命和可靠 性
添加标题
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添加标题
添加标题
特性：材料的机械性能、热性能、 耐磨性、耐腐蚀性等
材料选择方法：根据液力变矩器的 设计要求和使用环境，选择合适的 材料，并进行试验验证
液力变矩器讲解
4
D与试验样机不应相差过大
60
(D=340mm)
3
尽管几何相似，但设计中难以考虑制造因素 1）通道壁粗糙度； 2）叶片分布角度差别；
40
K
20
?B
2 ?B ?10（6 min2/r2 ? 14
2
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
i
3）叶片厚度的差别。 动力相似难以保证
0.25
0.5
hs
?
1?
?1? hm
???
32 1
1
1
00
0.2 0.4
0.6
0.8
i
MB MB1 ? MB2 ? MB3
6. 油温和粘度对原始特性的影响
hmax (%)
89 88 87 86 85
0
K0
3.1 3.0 2.9 2.8 2.7
0
1 2
4 3
100
150
200
250
M B(Nm)
1
2
3 4
100
150
200
250
M B (Nm)
输入功率下降，效率下降
nB ? 1000r/min nB =730r/min
K ? f (i)
1.0
nB
引起强烈涡旋，工况不稳
100 h (%)
80 60 40 20
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 i
5. 输入转速和有效直径对原始特性的影响
nB3D5 ? PB
h（%）
h
K
80 (D=470mm)
?
f ?i?
效率： h ? PT ? ? MT nT ? Ki ? f ?i?
《液力变矩器》课件
03
液力变矩器的设计
Chapter
设计原则与要求
功能性原则
确保液力变矩器能够实现预期的功能，如传 递扭矩、变速等。
可靠性原则
设计应保证液力变矩器的稳定性和耐用性， 能够承受各种工况和环境条件。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，尽量降低制造成 本和维护成本。
，形成各零部件的精确形状。
热处理
04 对部分零部件进行热处理，提
高其机械性能。
装配与调试
05 将各零部件组装成完整的液力
变矩器，并进行性能调试。
表面处理
06 对液力变矩器进行涂装、防锈
等表面处理，以提高其耐久性 和外观质量。
关键制造工艺技术
精密铸造技术
用于制造液力变矩器的某些复杂形状的零部 件，如涡轮、导轮等。
液力变矩器的种类与特点
种类
根据工作原理和结构特点，液力变矩 器可分为单级、双级和多级变矩器。
特点
液力变矩器具有优良的自动变速和变 矩能力，能够吸收振动、缓和冲击、 承受过载和防止突然停车等优点。
液力变矩器的应用领域
01
汽车工业
用于汽车的自动变速器和无级变 速器，实现汽车的平稳起步、加 速和减速。
智能化设计
将传感器和控制系统集成到液 力变矩器中，实现对其工作状
态的实时监测和自动控制。
04
液力变矩器的制造工艺
Chapter
制造工艺流程
材料准备
01 根据液力变矩器的设计要求，
准备所需的各种原材料，如铸 件、锻件、板材等。
毛坯制备
02 对原材料进行加工，形成液力
变矩器的毛坯。
机械加工
液力变矩器的设计方法
液力变矩器的设计方法根据原始资料、设计要求和达到目标的不同，设计方法可分为三种。
1.相似设计法2.经验设计法3.理论设计法液力变矩器设计主要只变矩器循环圆设计、叶片设计以及一些关键部件的设计。
（1）传统设计方法主要步骤● 1.循环圆设计● 2.叶片角度设计● 3.叶型设计● 4.改进设计（2）理论设计方法类型分为两大类型：相对参数法；优化设计法（3）液力变矩器的优化设计● 目标函数与设计变量1.计算工况*i 对应的效率*y η 2.高效区宽度p d3.高效区内效率曲线iy η与高效效率py η包围的面积S4.计算工况*i 对应的能容系数*BY λ5.起动变矩系数oy k以上五种均为单目标函数。
● 约束条件目标函数取决于变量设计，但实际问题中，变量的取值范围是有限制的，这就是约束条件。
在这里有显约束与隐约束两种。
1、显约束显约束是对设计变量的直接限制1）叶片角n β2）导轮出口相对半径DZ r3）涡轮出口相对半径TZ r2、隐约束隐约束是对设计变量的间接限制1）oy k2）*BY λ3）*ByT4）* i综上可见，正确的约束不仅可以对多目标函数优化中的次要目标函数，给予其适当的最优化值估计，将其转化为约束处理，从而将多目标函数优化，变为单目标函数处理，得出整个设计可以接受的相对最优解；而且由约束条件规定的可行域，大大缩小了对变量盲目搜索的范围，一最快的运算速度获得最优解。
液力变矩器参数对性能的影响1 内部参数*q对性能的影响2 几何参数对性能的影响几何尺寸在这里指各工作轮进、出口半径、相对面积s和循环圆形状、进、出口半径对转矩、流量和流速的影响，从相应的公式均有直接反应。
涡轮进、出口半径位置变化，对流量特性有重大影响。
泵轮的出口半径应尽可能大，进口半径应尽可能小，这样不仅使工作轮获得较大的转矩，还可以提高泵轮的工作能力，减小泵轮进口处的相对速度，降低叶道扩散度，提高泵轮效率。
3 叶片角对性能的影响这里指各工作轮最佳的进出口参数1、导轮出口角2Dβ图1 性能参数随2Dβ变化关系2、泵轮出口角表1向心涡轮液力变矩器参数对性能的影响和选择范围表1 向心涡轮液力变矩器参数对性能的影响和选择范围循环圆设计1、液力变矩器循环圆定义过液力变短器轴心线作截面，在截面上与液体相接的界线形成的形状，称为循环圆。
(二)液力变矩器水力设计思路与方法简介
液力变矩器水力设计思路与方法简介1 现代设计方法简介液力变矩器的设计主要是指变矩器的循环圆设计、叶片设计以及相关机械零部件的设计。
由于叶片直接影响到变矩器的性能，因而是设计的关键。
叶片的设计方法通常有统计经验法、相似设计法和理论设计法三种。
由于液力变矩器是一种结构复杂的多级透平机械，其设计理论还不完善，鉴于其内部流场的特殊性和复杂性，基于束流理论建立起来的液力变矩器的传统设计方法到今天依然有着一定的工程实用价值。
液力变矩器的设计方法，正逐渐由传统设计方法向现代设计方法转变。
现代设计方法是以CAD-CFD 技术为基础，利用CAD 技术实现过流部件的造型并完成流道的三维造型，利用CFD 技术分析其内部三维流场及性能预测。
在此指导下，对几何尺寸进行优化，可得到各项性能更佳的液力变矩器。
采用现代设计方法缩短了设计周期，减少了设计费用，为该行业的健康发展起到了较大的促进作用。
CAD-CFD 系统设计方法可参照图1.1的过程进行。
开 始水力设计结 束三维实体造型分析满意吗满意吗图1.1 水力机械的现代设计过程基于以上优点，所以我们采用CAD-CFD 系统设计方法来完成液力变矩器的设计。
2 研究方案的制定YS355：圆形循环圆，叶片几乎充满循环圆。
本次设计采用的是分工合作方法，我的任务是设计涡轮叶片。
2.1主要原始参数涡轮叶片进、出口角研究方案分别是38°、155° 。
叶片出口角应根据泵轮进口撞击损失最小来设计，进口角研究方案初定为90°，且所有叶片进口做成比较适合进流的圆弧进口边。
叶片总数目为38片。
2.2主要研究内容和路线1.以Auto CAD和Solidworks软件为工具，研究三维非规则实体的准确造型技术，实现对叶轮和过流部件及其三维流动计算域实体的准确几何造型。
2.以FLUENT软件为工具，对流场进行CFD计算分析，FLUENT采用的是有限体积法。
3.模拟计算域为单个叶轮的一个叶片间流道的流场，主要用来计算分析叶片间流道内的流场分布情况。
ch4液力变矩器设计
4.4 液力变矩器参数对性能的影响
• 1.内部参数q对性能的影响
– T与q有关 – q与相对面积s比例 – q对特性影响大
• 2.几何参数对性能的影响
– 工作轮进出口半径,相对面积s和循环圆形状对 转矩,流量和流速的影响
Ch4.液力变矩器设计
4.4 液力变矩器参数对性能的影响
Ch4.液力变矩器设计
Ch4.液力变矩器设计
4.1.5.流体在工作轮中的运动及速度三角形
• 1)流体在旋转工作轮中的运动
v=u+w
v-以地球为参照系，绝对速度 u-以泵轮中心线为坐标轴线，随泵化一起转动的速度， 牵连速度 w-从旋转坐标中观察的速度，相对速度
u1 p2 ω 2 u 2 h1 + + − = h2 + + − + h1− 2 2g 2g γ 2g 2g γ p1
– 利用模型试验来检测预定性能
• 2.放大和缩小尺寸
– 选取比较成熟的性能优良的样机，用相似理论 进行缩放并制造
Ch4.液力变矩器设计
4.2.1.相似设计法概述
• 2.放大和缩小尺寸步骤 • 1)利用样机原始特性确定有效直径Ds • 2)根据Ds与样机的有效直径DM，求出几何 相似的线形比例常数C=DM/Ds • 3)将样机工作轮过流部分几何尺寸按C进进 缩放，并使叶片角度保持不变 • 根据流动性质，找出影响流动规律的主要 作用力，使其符合力学相似原则,忽略次要
《工程机械设计》第4章-液力变矩器
速称为标定功率和标定转速(也称额定全功率和额定转速）。 标定功率和标定转速是根据内燃机工作特性、使用特点、
寿命和可靠性等各种要求确定的。我国1973年颁布的国家 标准《内燃机台架试验方法》规定，内燃机功率标定分为 下列四级：
4.3.4 液力变矩器与发动机的共同工作特性
4.3.4 液力变矩器与发动机的共同工作特性
相同的内燃机与不同类型液力变矩器匹配或不同内燃机与同 一液力变矩器相匹配时，液力变矩器涡轮轴的平均输出功率 最大，平均单位燃油消耗量最小的匹配是最合理的。
目前常见的匹配原则有以下三种。
4.3.4 液力变矩器与发动机的共同工作特性
4.3.4 液力变矩器与发动机的共同工作特性
采用液力传动的机械不仅与所用的发动机、变矩器、变速箱 和工作装置、行走装置等的性能（特别是牵引性能和燃料经 济性）有关，而且与它们共同工作特性有关。
共同工作与匹配有着不同的含义，前者只研究连接在一起的 工作情况，后者则研究共同工作时应采用怎样的配合才能获 得理想的性能（工作机的优异工作性能）。
3）12h功率：允许内燃机连续运转12h的最大有效功率（包括在超过 12h功率10%的情况下连续运转1h，为最大功率的77%~80%），适用 于在一个工作日中保持不变负荷工作的内燃机（如工程机械、发电机及 农用拖拉机所用的内燃机）。
4）持续功率：允许内燃机长期连续运转的最大有效功率，适用于长期 以恒定负荷工作的内燃机（如长期排灌用或船用内燃机）。
4.3.4 液力变矩器与发动机的共同工作特性
4.3.4 液力变矩器与发动机的共同工作特性
4.3.4 液力变矩器与发动机的共同工作特性
4.3.4 液力变矩器与发动机的共同工作特性
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断面面积，即确定循环圆的形状。统计资料表明，最佳过流面积约为变
矩器有效直径总面积的23％。
（2）循环圆形状系数 a 循环圆形状系数 a L1 / L2。L1为循环圆内环 的径向长度，L2为循环圆外环的径向长度。一般 a 0.43 ~ 0.55。
（3）循环圆宽度比b 循环圆宽度比b B / D。一般 b 0.2 ~ 0.4。
D
与样机的有效直径
s
D
M
，求出几何相似的线性比例常
•
DS
•
（3）按照比值 DM DS C进行放大或缩小，并使叶片系统的叶
片角保持不变。
液力变矩器循环圆设计
循环圆形状的选择
（a）圆形循环圆；（b）蛋形循环圆； （c）半蛋形循环圆 （d）长方形循环圆 图1 液力变矩器循环圆形状
（1）圆形循环圆 汽车型单级液力变矩器。采用冲压焊接制造或铸 造，导轮布置在内径处，便于安装单向离合器，最适合于综合式液力变 矩器。由于轴向尺寸的限制，轿车变矩器循环圆已发展为扁圆型。
•
第二，选取一个比较成熟的性能优良的液力变矩器样机，用相
似理论来放大或缩小其尺寸，制造出符合使用要求的新变矩器。这
是目前液力变矩器设计和研制中常用的方法。
• 具体步骤如下:
•
（1）根据车辆或机械对液力变矩器提出的使用要求，利用样机
的原始特性，确定新液力变矩器的有效直径 Ds ；
• •
数
（2）根据 C DM ；
图2 变矩器循环 圆的几何参数
在任意元线上的过流面积可按正截头圆锥体旋转面公式计算
rc和 r
F cos
rs2 rc2
1
rc
rs2
F cos
2
1
r
rs2
F
cos 2
2
（3） （4） （5）
经验表明，导轮叶片
的轴向长度一般以取循环
（4）长方形循环圆 常见于机车型液力变矩器。涡轮和导轮一般 均布置在循环圆的直线段，以便于采用铣削加工叶片工作轮，以提高 变矩器的效率。
后两类循环圆形状适用于离心式涡轮单级液力变矩器和多级液 力变矩器。
叶轮型式及排列位置 由于在循环圆中的排列位置的不同，变矩器有下列几种形式的工
作轮。 （1）径流式
液流沿着叶片半径方向流动。离心式工作轮；向心式工作轮。径 流式工作轮均为单曲叶片（圆柱形叶片）。 （2）轴流式
uB1rB1 rB1 uB1 mB1ctg B1
0.078540.07854169.6 7.247 0.2679 (8)
2
4 rB2ctg B2
rD2ctg D2 F
TB
2rB2ctg B2 rD2ctg D2
(7)
计算出循环圆轴面流速为7.247 m／s。
在泵轮转矩方程 轮动量矩变化。
TB
Q uB2rB2
uB1rB1
中，uB2 rB2
uB1rB1是泵
对泵轮代入这些数值可得：
（2）蛋形循环圆 部分工程车辆液力变矩器。这种循环圆的宽度与
直径之比较小，泵轮和涡轮形状较扁平，叶片形状可设计成接近于流 线型和圆柱形，便于铸造时用叶片为模具制作型芯，提高生产率。
（3）半蛋形循环圆 叶片弯曲比较大的涡轮和导轮布置在直线部 分，一般为流线型的圆柱形叶片，这样可以用铣削加工的方法制造工 作轮，以提高叶片和流道的表面质量，从而提高液力变矩器的效率。
图3 变矩器循环圆设计
叶片设计方法（环量分配 法）
泵轮叶片设计 失速变矩比要求为2.52，则
泵轮出口角为110°。叶片角度 的确定利用了统计试验图表，即 采用了曾提及的经验设计法。利 用速度三角形确定其它叶片角度。
叶轮名称
泵轮 涡轮 导轮
表1 变矩器叶片参数
图4 失速变矩比 K 0与泵轮出口角
B
的关系曲线
2
进口角
出口角
105° 32° 90°
110° 150° 22°
叶片角度的确定还可根据规定的效率、变矩比等性能指标，采用液 力计算的方法计算得出。
设计转速比0.7，在1900r／min时的输入转矩为262.8N·m。
TB
Q
2
rB
2
ctg
FB 2
B
2
rD2ctg D2
圆直径d 之半为最佳。在
导轮轴面内，可测得设计 流线之弦长约为51mm。 为了最大限度地利用循环 圆，在相邻叶轮的叶片之 间可采用最小间隙。而且， 在根据强力涡流理论设计 叶片时，为了减低涡旋的 影响，也需要采用最小间 隙。实践中，通常的间隙 为2～2.5mm。 圆型循环圆和扁圆型循环 圆还可采用三圆弧循环圆 设计方法。
FD 2
Q
rB22 B
rB22D
QH B g B
（6）
TT
Q
2
rT
2
ctg
FT 2
T
2
rD2ctT22 B
rB22B
QH B g T
rB22B m
rB22B
液流在叶片流道内轴向流动。
（3）混流式 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。 变矩器有效直径确定 变矩器泵轮的转矩为
有效直径 D
TB B gnB2 D5
（1）
D
5
1
B g
5
Te ne2
（2）
1
求高（的1），直m 取径为比0m.4～直0径.4比5。m结构D布0 置D 。等因K0要素求。不当高m时选，定m后，3；要对确定K0过要流
液力变矩器设计
相似设计法
•
统计经验法、相似设计法和理论设计法。反求设计方法。
•
根据相似理论，对于任何一组动力相似的液力变矩器，其原始
特性相同，故可以利用相似理论进行两个方面的工作：
•
第一，对于大型的新设计的液力变矩器，可以利用模型试验来
检测其预定的性能。由于大尺寸大功率的液力传动装置进行全负荷
试验比较困难，因此可以采用基准型样品的试验来确定其预定性能。
循环圆形状尺寸计算
以有效直径为305mm的参考变矩器为例。为了缩 短轴向尺寸，半径为51mm的外环具有3.18mm径向中心 距。
已知外环，确定内环、设计流线。假定在同一过
流断面上各点的轴面流速 m相等，各相邻流线所形成
的过流面积相等。根据最佳过流面积为循环圆面积的 23％的原则，对于有效直径为305mm的变矩器，其最 佳过流面积为0.016774m2。