(三)液力变矩器涡轮叶片二维平面设计
液力变矩器叶片设计共11页word资料
液力变矩器叶片设计学院：机械学院专业：机自（车辆）学号： 201907728姓名：翟昆仑液力变矩器是AT自动变速箱的核心部件之一，液力变矩器的工作轮主要包括：泵轮、涡轮和导轮。
其设计的关键是各工作轮的叶片设计。
本次设计采用的是环量分配法。
环量设计法的理论基础是束流理论，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T B=Q（r B2r B1）中r B2r B1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角=120°，进口半径外环为95mm，内环为123.5mm，出口角B2=110°，半径外B1环196mm，内环167mm，这样转速比为0.5，在1800r/min时输出转矩为140N·m[11]。
则根据公式：计算出循环轴面流速为9.632 m/s对泵轮带入这些数值：r B1= r B1（ B1+ V B1B1），所得数值为:0.906 。
类似的，在出口处：r B2= r B2（ B2+ V B2B2），所得数值为：4.0732。
则r改变量r B2r B1，即得：4.0732-0.906=3.1672。
4.1 泵轮叶片设计4.1 泵轮叶片设计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=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，类似地，外环上可以利用下列公式计算：，所以在叶片入口处：，，计算后整理成表：表4-1 变矩器泵轮角度计算参数设计流线上的外环上的内环上的0.35680.36080.36450.36780.37110.37780.38310.38910.39090.39760.4056半径和偏量，可以方便并精准的确定叶片形状。
液力变矩器的叶片设计与研究_田国富
Algorithm for Text Segmentation and Its Application Based on Mean Shift
YANG Fuyuan ， ZHOU Xiaodong
（School of Mechanical Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012, China）
0
引
言
如图 1 所示， 直线 NMW、 N′M′W′分别为中间流线 M 和 M′处的法线， N 点和 W 点分别为外环和内环上的两个 点， N 点的坐标为 （ZN， RN ） RW ） 。根据 （ZW， ， W 点的坐标为 液力变矩器循环圆的设计原则，设计时应保证循环圆各 处的过流面积相等。液力变矩器过流断面积 Fm=K · FD， 变 矩器的有效总面积 FD=πD2/4。所以 Fm=K · πD2/4，式中 K K=0.166~0.27， 对于圆形循环圆， K 的最佳值 为经验系数， 取 0.23。 M 点处椭圆的法线方程为 RM-RN = RN-RW = a · sinθ 。 ZM-ZN ZN-ZW b · cosθ
变矩器的性能。叶片设计采用的方法有三种： 基形设计、 统计设计及基于流场理论设计。前两种都是根据现有的液力变 矩器进行改进设计， 而基于流场理论的设计对于叶片理论方面的发展具有重要意义 。 文中基于 ＭＡＴＬＡＢ 几何方式推导 循环圆及流线方程， 并据此对叶片进行设计研究。 液力变矩器； 关键词： 叶片设计； 循环圆
制造业信息化
MANUFACTURING INFORMATIZATION
仿真 ／ 建模 ／ CAD／ CAM／ CAE／ CAPP
液力变矩器的叶片设计与研究
液力变矩器叶片设计
外环之交点上的半径;
k——元线的序号,k=0,1,2····
以泵轮元线9为例,计算叶片偏移量x1
针对元线1,列出公式
x9= r9
对于元线0，有
= = 0.4370
= 116.38°
= = 0.4936
= 118.36°
对于外环，y = 0，j10= e ，取e=2.4 = 12.45 mm
9.46
98.56
4.19
3
14.38
49.16
9.46
6.34
97.62
5.78
4
6.19
48.62
11.83
3.79
97.22
7.78
5
0.00
47.13
13.91
0.00
97.02
10.86
6
6.19
48.18
19.37
3.79
97.22
15.86
7
14.26
49.83
28.41
6.34
97.62
106°2′
107°17′
115°56′
6
0.2878
106°15′
108°56′
115°78′
7
0.2996
107°47′
109°78′
116°23′
8
0.3127
108°50′
110°18′
116°46′
9
0.3468
108°53′
111°58′
117°49′
出口10
0.3547
110°
112°08′
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
液力变矩器结构设计_毕业论文
摘要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、减振隔振及无机械磨损等，是其它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、工程机械到石油、化工、矿山、冶金机械等领域都得到了广泛的应用。
本文主要介绍了CL315液力变矩器的结构设计,结构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，叶片设计的方法有很多，本次叶片设计采用的是环量分配法。
关键词：液力变矩器叶片设计环量分配法目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1液力变矩器综述 (1)1.2液力变矩器的国内外研究现状 (1)1.3液力变矩器设计方法研究进展 (2)1.4本课题研究的意义目的 (3)第2章液力变矩器的基本知识 (5)2.1液力变矩器的构造 (5)2.2液力变矩器的工作原理 (6)2.3液力变矩器中循环流量的确定 (7)2.3.1通流损失 (7)2.3.2冲击损失 (8)2.4液力变矩器几何参数的计算 (11)2.4.1计算工作轮特性参数和几何参数的关系 (11)第3章液力变矩器结构设计 (13)3.1设计方法 (13)3.2循环圆的确定 (15)3.3叶片的设计 (17)3.3.1泵轮叶片的设计 (17)3.3.2涡轮叶片设计 (21)3.3.3导轮叶片设计 (24)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章绪论1.1液力变矩器综述液力变矩器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。
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、减振隔振及无机械磨损等，是其它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。
液力变矩器的流场理论、设计和制造、实验等研究工作，近年来，也得到了突飞猛进的发展。
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。
现代设计方法在液力变矩器叶片设计中的
现代设计方法在液力变矩器叶片设计中的应用研究许睿（鼎盛天工工程机械股份有限公司，天津 300384）摘要：本文从实际生产需要出发，提出了一种液力变矩器叶片的现代设计方法。
该方法有机结合了修正能头损失的束流理论、叶片的三维成型法以及流场数值模拟技术，大大提高了叶片的设计精度和设计效率。
关键词：现代设计方法；叶片设计；数值模拟中图分类号：文章标识码：文章编号：Research on the Applications of Modern Design Method in the blades design ofTorque ConverterXU Rui(DINGSHENG TIANGONG CONSTRUCTION MACHINERY CO., LTD., Tianjin 300384, China) Abstract: According to the practical requirements of production, a kind of modern design method for blade system of torque converter is raised in this paper. It combines the beam current theory which amends head loss, three-dimension formation method and the technology of numerical stimulation of flow field, which can improve the accuracy and efficiency of blade design greatly.Key Word: Modern Design; Blade design; Numerical simulation1 引言在CAD、CFD技术高速发展的今天，现代设计方法正逐步代替传统设计方法成为液力变矩器设计的主要方法[1]。
(四)液力变矩器涡轮叶片三维立体设计
液力变矩器涡轮叶片三维立体设计1 Solidworks画涡轮叶片根据上章画的轴面图和正投影图可以确定涡轮叶片内环外环各点的三维坐标，有了各点的三维坐标就可也作出叶片的轮廓然后将轮廓拉伸一定距离，再放样便可得到叶片。
为了方便各点取为找分点是所确定的点。
1.1 统计各点的坐标。
1)确定x方向y方向的坐标在外环内环的正投影图以射线Ⅲ为y轴（向上为正），以过圆心的一条垂直于y轴的直线作为x轴（向右为正），然后便可以在CAD中读取各点的x、y坐标,现将读取的坐标统计如下:2) 确定z方向的坐标在轴面投影图上确定z坐标，以过圆心的一条垂直于顶点与圆心的连线的直线为z 轴（左为正方向），然后读出内线外线上各分点的z坐标，现将读取的坐标统计如下：表4.1 长叶片外环外线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -21.46 173.49 13.942 -35.26 165.73 26.653 -43.15 155.58 37.24 -46.05 144.63 49.195 -45.23 133.85 50.436 -41.94 123.84 53.237 -36.86 114.93 548 -30.28 107.21 53.879 -22.75 100.38 52．6210 -15.67 94.03 50.2911 -8.78 88.22 47.1812 -2.53 82.83 43.513 4.04 77.82 39.4314 10.76 72.92 35.0915 12.90 71.58 30.55表4.2 长叶片外环内线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -13.24 174.32 13.94点X Y Z2 -24.58 167.65 26.653 -31.43 158.35 37.24 -34.63 147.78 49.195 -34.39 137.03 50.436 -31.94 126.79 53.237 -27.91 117.41 548 -22.53 109.07 53.879 -16.64 101.58 52.6210 -10.94 94.69 50.2911 -5.41 88.49 47.1812 0.09 82.87 43.513 6.26 77.67 39.4314 12.362 72.49 35.0915 12.89 71.38 30.55表4.3长叶片内环外线三维坐标点X Y Z0 18.86 150.26 01 4.55 148.23 11.372 -1.4 140.86 19.843 -1.19 131.2 24.114 3.77 121.36 24.25 12.12 112.26 20.96 23.24 103.95 15.287 29.78 99.39 11.13表4.4 长叶片内环内线三维坐标点X Y Z0 18.86 150.26 01 9.89 147.98 11.372 4.02 140.81 19.843 3.82 131.15 24.114 8.13 121.15 24.25 15.21 111.89 20.96 24.32 103.72 15.287 30.43 99.39 11.13表4.5 短叶片外环外线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -24.689 173.068 13.94点X Y Z2 -35.748 165.626 26.653 -41.885 155.922 37.24 -43.595 145.384 45.195 -41.995 134.894 50.436 -38.188 125.049 53.237 -34.132 120.0934 53.68表4.6 短叶片外环内线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -8.241 174.625 13.942 -22.829 167.895 26.653 -32.015 158.244 37.24 -36.511 147.323 45.195 -37.443 136.228 50.436 -35.692 125.784 53.237 -34.097 120.185 53.68表4.7短叶片内环外线三维坐标点X Y Z0 18.796 150.255 01 9.208 150.041 6.242 4.555 148.234 11.393 0.751 144.597 16.564 -0.699 140.866 19.845 -0.766 136.129 22.596 -0.359 131.208 24.117 2.588 127.573 24.6表4.8 短叶片内环内线三维坐标点X Y Z0 18.796 150.255 01 14.373 149.629 6.242 9.656 147.989 11.393 5.412 144.497 16.564 3.713 140.817 19.845 2.419 136.110 22.596 2.328 131.187 24.117 2.588 127.573 24.61.2 叶片作立体图在Solidworks中作两个3D草图，将内环外环各点坐标分别输入两个草图中，然后在各草图中将分别将内环外环各点用样条曲线连起，便有了外环内环的轮廓，然后分别在内环外环的起点、末点调整样条曲线的控制点，调出一个圆弧来，再将各轮廓向外拉伸1mm, 最后将拉伸好的体放样成叶片，如下图所示：图 4.1 长(上)、短(下)叶片从图中可看出，按此坐标作出的叶片轴面方向弯曲度太小，所以要进行修改，在内环正投影图上将内环轮廓以中心逆时针旋转6.13°，再量取坐标如下：表4.9长叶片内环外线新三维坐标点X Y Z0 18.86 153.15 01 4.55 149.99 11.372 -1.4 142.47 19.843 -1.19 132.7 24.114 3.77 122.8 24.25 12.12 114.21 20.96 23.24 107.73 15.287 29.78 104.94 11.13表4.10 长叶片内环内线新三维坐标点X Y Z0 18.86 153.15 01 9.89 149.99 11.372 4.02 142.47 19.843 3.82 132.7 24.114 8.13 122.8 24.25 15.21 114.21 20.96 24.32 107.73 15.287 30.43 104.94 11.13表4.11 短叶片外环内线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -8.241 173.068 13.942 -22.829 165.626 26.653 -32.015 155.922 37.24 -36.511 147.323 45.195 -37.443 136.228 50.436 -35.692 125.784 53.237 -34.097 120.185 53.68表4.12短叶片内环内线三维坐标点X Y Z0 18.796 150.255 01 14.373 150.041 6.242 9.656 148.234 11.393 5.412 144.597 16.564 3.713 140.866 19.845 2.419 136.129 22.596 2.328 131.208 24.117 2.588 127.573 24.6同样按上面步骤作出叶片如下：图4.2 新长叶片图4.3 新短叶片这样叶片有一定弯曲度，所以采用此叶片。
【精品】液力变矩器叶片设计
液力变矩器叶片设计学院：机械学院专业:机自（车辆）学号:201107728姓名：翟昆仑液力变矩器是AT自动变速箱的核心部件之一，液力变矩器的工作轮主要包括：泵轮、涡轮和导轮。
其设计的关键是各工作轮的叶片设计。
本次设计采用的是环量分配法。
环量设计法的理论基础是束流理论,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T B=Q（r B2r B1）中r B2r B1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角B1=120°,进口半径外环为95mm，内环为123.5mm，出口角B2=110°，半径外环196mm，内环167mm，这样转速比为0.5，在1800r/min时输出转矩为140N·m［11］.则根据公式：计算出循环轴面流速为9。
632m/s对泵轮带入这些数值:r B1=r B1（B1+V B1B1）,所得数值为：0.906。
类似的，在出口处：r B2=r B2（B2+V B2B2）,所得数值为：4.0732。
则r改变量r B2r B1,即得：4。
0732—0。
906=3。
1672。
4.1泵轮叶片设计4。
1泵轮叶片设计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=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,类似地，外环上可以利用下列公式计算：,所以在叶片入口处：，，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设计流线上的外环上的内环上的0 0。
3568 110°104°32′109°25′1 0.3608 110°15′105°13′108°46′2 0.3645 110°22′106°26′108°55′3 0.3678 110°27′107°56′107°23′4 0。
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。
平面坐标转化在变扭器扭曲叶片设计中的应用
平面坐标转化在变扭器扭曲叶片设计中的应用摘要：由于对叶轮叶型设计中的畸形三角形法理解还不太透彻，为了避免诱导和我一样的初学者，本文主要阐述在已经得到扭曲叶片叶型图的情况下对其进行三维转化的步骤。
本文中主要用到的原理为平面坐标系的转化，属于初中数学内容，非常简答，另外本文中会出现一些和变矩器相关的概念，如果文中没有进行解释，请各位自行自行查找相关概念。
1.变扭器泵轮叶型图如图1所示，为本文中主要研究的JQB2型液力变矩器的泵轮叶型图，该图的左半部分或为轴面图（过变矩器轴线任一平面对其进行剖切后得到投影图）该图上的直线0-0、1-1、2-2......为一组垂直于变矩器轴线的平面，我们称其为切平面，两切平面之间的距离视流道宽度和叶型变化而定。
右边部分是泵轮叶片的侧面投影图（其中靠左边的小坐标系中图为叶片的前侧面，靠右边的小坐标系中的图为叶片的后侧面），且右半部分图中的0-0、1-1....既是左边图中各切平面。
图1 JQB2型液力变矩器泵轮叶型在上图中，如果在左边的图中，过某切平面与轴面边线的交点做一X轴的平行线，与右边部分原始坐标系的Y轴会有一个交点，则过原始坐标系的O点，以该交点到O的长度为半径做圆，则与叶片前侧面和后侧面的边线的相交点正好是右半部分图中该切平面叶片边线的交点。
所以如果我们把左边图中个切面的坐标离0点的距离看做Z坐标值，则右图的各交点既可以看成Z值所对应的X.Y值。
2.坐标系的转换1.平面坐标系转化原理上图右半部分中，为了表达方别，分别用实际叶型分布图中的两个相邻叶片表示出了切平面和前侧面与后侧面的交点。
所以在用三维软件仿制叶型前，必须先将后侧面坐标系中的各切点坐标转化到前侧面坐标系中。
其转化公式如下。
ααααsin 'cos 'sin 'cos 'x y b y y x a x -+=++=对该公式的图解如图2所示图2 平面坐标系的转换在求叶片前侧面和后侧面与与切平面个交点坐标的过程中。
液力变矩器的设计与计算
2
3 4 5
87.83
100.28 112.27 123.19
20.55
18.10 17.00 15.25
97.64
103.00 108.96 115.14
15.00
15.11 14.60 13.40
8
9 出口10
147.07
150.90 152.50
7.25
4.10 0.00
130.00
132.36 133.73
对于外环， y 0
J 10 ectg s
则 同理
图中量取 e 6.5
12.4 mm 10.61mm 7.6
外环第8元线叶片偏移量为
J10 10.61ctg30.44 18.05mm 12 .4 J 9 5.5 ctg 37 11.91mm 7.6
uB1rB1 rB1 u B1 mB1ctg B1
0.07854 169.6 7.247 0.2679 0.07854 0.892
(9)
(8)
类似地，在出口处：
uB 2 rB 2 rB 2 u B 2 mB 2 ctBiblioteka B 2 B2 的关系曲线
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。
rB 2 ctg B 2 rD 2 ctg D 2 TB Q F FD 2 B2
2
rT 2 ctg T 2 TT Q F T2
F
rc和 r
r cos
2 s
rc2
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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。
半径和角θ可以从图中量出，所以可按以下公式计算:Rc=(Rs2-Fcosθ/∏)1/2 (3.4)R2=(Rs2-Fcosθ/2∏)1/2 (3.5)算得的半径与相应元线之交点的轨迹就是内环和设计流线。
其测量计算表格如表3.1，所画内环和设计流线如图3.2、3.3所示。
表3.1 Rc、R2计算表序号0 1 2 3 4 5 6Rs 177.5 175.63 170.13 161.39 150 136.74 122.5Rc 155.76 154.38 150.02 144.65 137.35 129.62 122.5R2 166.98 165.17 160.65 153.02 143.6 133.26 122.5序号7 8 9 10 11 12Rs 108.26 95 83.61 74.87 69.37 67.5Rc 116.61 112.46 110.07 109 108.68 108.65R2 112.51 104.7 97.64 93.5 91.17 90.44图3.2 划分元线标注外环Rs图3.3 画出内环设计元线2）修正循环圆从图上可以看出，内环的连接曲线不是很光滑，不符合圆形循环圆的设计要求，故用一圆近似代替内环线，如图3.4所示。
用圆近似取代内环轨迹以后，可以看出循环圆上部分的过流面积基本保持为变矩器有效直径总面积的23%不变，但下部分很显然变大了，需要重新设计外环的轨迹，使它的过流面积基本保持为变矩器有效直径总面积的23%。
现在已经确定了内环的位置，也就是知道了Rc，要求外环Rs和设计流线的轨迹。
我们由公式(3.4)可以得到： Rs=(Rc2+Fcosθ/∏)1/2 （3.6）从而可以求出外环Rs，然后再根据式（3.5）求出设计流线R2，画出轨迹。
求循环圆下半部分的外环Rs和设计流线R2计算表如下：表3.2 Rs、R2计算表序号7 8 9 10 11 12Rc 116.22 111.17 107.12 104.41 102.82 102.44 Rs 108.01 93.28 80.28 66.85 60.03 56.99R2 111.67 102.64 94.49 88.15 84.08 82.82根据上表，标出出循环圆下半部分的外环和设计流线上各点，并用样条曲线光滑连接。
为符合圆形循环圆的设计要求，将原循环圆下半圆下移，使之与现外环样条曲线尽量相似，偏移量为6.71mm。
作图如下：图3.4 循环圆修改图因为上面用圆近似代替了外环，存在一定的误差，所以现用内切圆法检验是否还满足设计要求，作出如图3.5所示。
从图上可近似观察出各相切点弦线的中点与设计流线基本重合，因此能保证过流面积基本为变矩器有效直径总面积的23%，满足设计要求。
图3.6 循环圆检验图3 确定叶片3.1 确定导轮经验表明，导轮叶片的轴向长度一般以取循环圆直径d的一半为最佳，故轴向长度取为55mm，从而可以确定导轮进出口边的位置。
3.2 确定涡轮为了最大限度的利用循环圆，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，为了减小涡旋的影响，也需要采用最小间隙。
实践中通常采用间隙为2—2.5mm，本设计采用2mm。
涡轮与泵轮的间隙同样采用2mm间隙，叶片边界线垂直于设计流线，如下图：图3.7 叶片轴面图至此循环圆设计完成，接下来将近行叶片的设计，具体过程见下节。
4 保角变换法设计涡轮叶片4.1 保角变换法介绍等角射影法亦称保角变换法或等倾角仿形法，是将空间曲面或曲线展开在平面上，而倾斜角度则保持相等。
在变矩器叶轮中，液流的流线都是分布在旋转曲面上，这种空间曲面不能直接展开成平面，因而必须利用等角射影变换法的特性，把空间曲面上的各占用近似投影法投影在圆柱或圆锥面上，然后再把这个圆柱或圆锥面展开成平面画在图上。
虽然圆锥面比圆柱面更趋于工作轮曲面形状，投影的近似程度要高一些，但作图麻烦，应用较少，因而一般只用圆柱面。
空间曲线投影于圆柱面展开的方法有两种：投影于单圆柱面的等角射影法和投影于多圆柱面展开的等角射影法。
投影于单圆柱面展开的等角射影法图8-3表示了曲面A和圆柱面B，曲面A是由曲线绕轴心线旋转而成的，圆柱面B是由平行于轴心线的直线绕轴心线旋转而成的。
对曲面A，作垂直于轴心线OO的截平面,与曲面A的交线为aa、a1a1、a2a2、……等曲线。
另作通过轴心线00的平面，与图 3.8 投影于单圆柱面的等角射影的原理图曲面A的交线为bb、b1b1、b2b2、……等线。
aa、a1a1、a2a2、……线簇，与bb、b1b1、b2b2……线族，形成很多正交网格。
现讨论其中一个网格，如aa、a1a1与bb、b1b1形成的网格。
aa与bb线交于M点，aa与b1b1线交于M1点，a1a1与b1b1线交于M2点，连MM2形成MM1M2曲面三角形。
MM1在垂直于OO轴过Ol的平面内，连O1M和O1M1，半径r＝O1M＝O1Ml，O1M与O1M1间夹角dφ。
曲面三角形MM1M2的三条边长度，分别为MM1＝rdφ；MlM2＝dl；MM2＝ds。
斜边倾斜角∠M2MM1＝β。
对圆柱面B，按照同样的方法，垂直于轴心线OO的平面和过轴心线的径向平面，与圆柱面B的交线为cc、c1c1、c2c2……和dd、d1d1、d2d2、……线簇。
两线簇正交成网格。
现研究与MM1M2相对应的一个网格NN1N2。
使O1N＝OlN1＝R，N1N2＝dL ，NN2＝dS，NN1=Rdφ，∠N2NN1＝β。
曲面A上微小曲面三角形MM1M2，与圆柱面B上微小三角形NN1N2，相似的条件是因此，若要保证曲面A和圆柱面B的网格相似，则需dl/dL＝r/R和射角dφ相等。
若能满足这些条件，则斜线长度ds/dS＝r/R和斜线的倾斜角β相等。
圆柱面展开成平面，网格成方格，线段ds与曲面上dS成比例，并保持倾斜角相等。
下图用来说明，应用投影于单圆柱面展开的等角射影法．来进液力变短器工作轮叶形的绘制。
(a)中间流线轴面图(b)中间流线正投影图(c)等角射影图图 3.9 用单圆柱面等角摄影法作涡轮中间流线图3.9表示了用单圆柱面等角射影法，作涡轮中间流线的方法。
图3.9a表示了涡轮的轴面图，图上标明了中间流线，可以看作图示点划线绕轴线O旋转形成的曲面与叶片交线的轴面投影。
图3.9b表示了中间曲面与叶片的交线的正投影。
叶片中间流线的正投影为0、l、2、3、4、5、6、7′点连成的曲线。
图3.9c表示等角射影图，即投影圆柱面的展开图。
其正交网格01、12、23、……是等距的，长为ΔL，每条平行线表示垂直于圆柱面曲线的截平面与圆柱面交线的展开线。
纵线间距ⅠⅡ、ⅡⅢ、ⅢⅣ、……也是等距的，且等于Rdφ，由于单圆柱半径R是确定值，故ⅠⅡ、ⅡⅢ、……表示等射角径向平面与圆柱面相交切割圆柱面的弧长。
4.2 设计流线设计过程1) 等角射影图正交网格的确定取R=(Rt1+Rt2)/2 (3.7) =（0.1657+0.0898）/2=0.1278m从图中量得：Rt1=0.1657m Rt2=0.0898m一般△L=0.01mRdφ=0.02m∴dφ=0.02/R=0.02/0.1278=0.156∴dφ=8.97 0由此可画出等角射影图的正交网格。
2）轴面图上分点根据dl=rdL/R (3.8)为了减小误差，r取dl线段的平均半径，由于dl和r未知，因而在分点中有试分和修正的反复过程。
分点的结果，见下图，即分为12点，而点11超出出口边．相应于出口边的点为点11′。
图 3.10 设计流线找分割点图其找点统计表格如下：表 3.3 设计流线找点表点dl r dl/r dL/R0 0 0 0.078261 12.86 164.43 0.0782 0.078262 12.5 160.08 0.07808 0.078263 11.95 152.76 0.07823 0.078264 11.22 143.45 0.07821 0.078265 10.43 133.39 0.07819 0.078266 9.66 123.45 0.07825 0.078267 8.945 114.28 0.07827 0.078268 8.31 103.22 0.07823 0.078269 7.775 99.37 0.07824 0.0782610 7.33 93.64 0.07828 0.0782611 23）等角射影图上画曲线在等角射影图上的0点，利用已知的叶片角作出直线。