1、摘 要本课题主要是关于 YJ355 型液力变矩器总成的设计。液力变矩器是自动变速器上重要组成部分，它位于发动机和变速机械齿轮变速机构之间，起着将发动机的动力传递给齿轮变速机构的作用。它替代了传统汽车中的离合器，且由于导轮的存在，充分利用了从涡轮叶片内缘流向导轮的油液的速度（动能） ，提高了涡轮的输出转矩。由于液力变矩器的叶片直接影响到变矩器的性能参数，因此液力变矩器设计的关键是叶片设计。同时，变矩器轴向力、结构布置等技术参数对变矩器的性能也有较大的影响，因此本课题主要进行循环圆设计、叶片设计以及一些关键部件的设计。在设计过程中，主要以液体运动的流量方程、伯努利方程、一元束流理论、欧拉方程、及根
2、据相似原理建立的相似定律、叶片设计的环量分配法及一些基础的力学、转矩、功率公式为基本工具，并且结合AutoCAD 软件，采用作图法，在对液力变矩器的工作原理及性能分析充分了解后，运用以上理论计算出结构参数，再运用这些参数设计出三个叶片，并且用这些计算出的参数验证是否达到最初设计的要求。最后利用上述所设计的关键部件、结构参数，利用 UG3.0 软件进行了泵轮、涡轮、导轮的三维绘图设计，利用 AutoCAD 软件进行三个叶片的二维和装配图的绘制。关键词：YJ355 型，液力变矩器，变矩，设计Design of the YJ355 Torque ConverterABSTRACTThe main t
3、opic is the design of YJ355 hydraulic torque converter assembly. Torque converter automatic transmission is an important component of its engines and transmissions in mechanical gear transmissions between will play an engine of the variable speed transmission gear for the role. It replaces the tradi
4、tional automobile clutch, and because of the existence of reactor, full advantage of a turbine blade from the inside edge of the flow of oil Wizard round of the speed (energy), raise the output torque of the turbine.Because of the torque converter leaves directly affect the performance of the conver
5、ter parameters, Therefore torque converter design, the key is blade design. Meanwhile, the axial torque converter, the structural layout, and other technical parameters on the performance and torque converter a greater impact Therefore the main topic for a round circle design, blade design and some
6、key components of the design. In the design process, the main movement of the liquid to flow equation, Bernoullis equation, one yuan beam theory, the Euler equations, Under the principle of similarity and the similarity of the establishment of the law of the ring blade design capacity allocation, an
7、d some basic mechanics, torque, basic formula of power tools, Combined with AutoCAD software and using mapping method, torque converter in the right principle and performance analysis fully understand, use the above theoretical calculation parameters of the structure, then use these parameters to de
8、sign three leaves, and use them in the calculation of parameters to verify whether the initial design requirements. Finally, the design of key components, structural parameters, using software UG3.0 round of the pump and turbine. I. round of the 3D graphics design, the use of AutoCAD software for 2D
9、 three blades and assembling the drawing. Key words: YJ355，torque converter ，bending moment，design YJ355 型液力变矩器总成的设计杨 晨 0611031150 引言液力变矩器是自动变速器上重要组成部分，它位于发动机和变速机械齿轮变速机构之间，起着将发动机的动力传递给齿轮变速机构的作用，它替代了传统汽车中的离合器，且由于导轮的存在，充分利用了从涡轮叶片内缘流向导轮的油液的速度（动能） ，提高了涡轮的输出转矩。说到液力变矩器的发展就要提到自动变速器的发展。经过几十年的发展，自动变速器已经出现了多种
10、类型，其中主要包括液力机械式自动变速器(Automatic Transmission 简称 AT)、机械式自动变速器（Automatic Mechanical Tansmission 简称 AMT）和无级自动变速器（Continuously Variable Transmission 简称 CVT）等三种结构形式。液力机械式自动变速器以液力变矩器串接机械齿轮式变速器为结构特征,具有结构紧凑、传动平稳、换挡冲击小等特点。自 20 世纪 40 年代出现后，它一直是汽车自动变速器产品中的主流结构，也是目前自动变速器技术中发展最为成熟、应用最为广泛的一种产品形式。但是它也存在结构复杂、制造难度大、成本
11、高、传动效率相对较低等缺点，同时还容易令驾车人产生“失去驾驶车辆的乐趣”的感觉。为克服液力机械式自动变速器的上述种种不足，便出现了利用电子控制技术对传统离合器加机械齿轮变速器系统进行自动换挡控制的机械式自动变速器。它在现有机械式离合器加固定轴式手动齿轮变速器的基础上，仿照手动换挡过程，将变速器选挡、挂挡和离合器踏板与油门踏板的一系列配合动作转变成为由计算机为指挥核心的自动控制器完成的自动动作，因此它对原手动变速器而言，具有很好的产品继承性，开发成本降低，制造比较容易，除此之外，它还保留了原有手动机械式变速器传动效率高和维修方便等优点，近年来也成为一种广受关注的自动变速器结构。由于变速器挡数增多
12、对汽车性能带来的诸多好处，如能够充分协调汽车的动力性和燃油经济性，降低发动机的排放污染，操纵更加简便和舒适，无级自动变速器将成为自动变速器未来的发展方向。目前在中小型轿车上使用的电控无级变速器（ECVT）均以荷兰VDT 公司专利产品金属三角传动带为减速传力元件，它能够承受很大拉力和倾向压力的柔性金属传动带，将钢带套装在工作半径可由液压装置改变的带轮上，经电控改变带轮半径实现速比的无级变化。这种变速装置的最大优点在于，它可以实现全程无级变速，可以始终使变速器保持最佳传动比，并使之平滑过渡，从而获得非常好的汽车行驶性能。如果说，从手动变速器到液力自动变速器是汽车传动系统的第一次飞跃，那么从液力自动
13、变速器到电控无级变速便可以称为是第二次飞跃。1 液力变矩器性能分析1.1 液力变矩器发展液力变矩器是由液力偶合器发展而来的传动装置，它们都是依靠流体运动的动能来实现动力的传递。偶合叶轮传递动力的方式是利用两个并无机械联系的叶轮实现动力的“软”连接，在液力偶合器封闭的壳体内具有两个传力叶轮的机械装置，其中主动叶轮称作泵轮，从动叶轮叫做涡轮，泵轮与涡轮均为沿径向排列着许多叶片的半圆环，两者相互偶合布置，互不接触，中间留有 34mm 的间隙，形成一个圆环状的工作轮。安装在发动机飞轮上的壳体与泵轮焊接为一体，随发动机曲轴一道转动，形成偶合器的主动部分。涡轮与输出轴相连，是偶合器的从动部分。液力偶合器壳
14、体内充满液压油，当发动机运转时，曲轴带动偶合器壳体和泵轮叶片一同旋转，泵轮中的液压油随之开始运动，在离心力的作用下，这些液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并冲向涡轮叶片，涡轮在此冲击力作用下开始旋转；在惯性作用下，冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，又返回到泵轮的内缘，继续下一次循环流动。当涡轮与泵轮转速相同时，理论上传动效率应该为 100%，但是实际上，此时，泵轮和涡轮叶片外缘处的油液压力相等，导致泵轮上的油液无法冲击涡轮，油液的循环流动现象消失，偶合器失去传递转矩的作用，效率急剧下降为零。液力偶合器能够实现传动上的“柔性”连接，但无增加转矩的作用，而且在汽车低速行驶时的传动效率很低，故在汽
15、车上已很少使用。液力变矩器以导向元件将由被动涡轮输出的、仍然具有一定动能的流体导回到主动泵轮的输入端，这样一来，可以进一步利用该部分的流体动能实现变矩传动。液力变矩器(见图 1.1)由泵轮、涡轮和导轮组成，其中泵轮和涡轮的构造与液力偶合器基本相同。导轮也由沿径向排列的许多叶片构成，设置在泵轮和涡轮之间，并与它们保持一定的轴向间隙，互不接触，通过导轮固定套固定在变速器壳体上，三者相配形成圆环状的工作轮，内部充满液压油。发动机动力带动变矩器壳体和泵轮旋转，泵轮内的油液在离心力作用下由泵轮叶片外缘冲向涡轮，随后借惯性沿涡轮叶片流向导轮，然后回到泵轮叶片内缘，形成油液的循环。导轮的作用是改变涡轮上的输
16、出转矩。由于从涡轮叶片内缘流向导轮的油液仍具有相当大的速度（动能） ，只要将导轮叶片的形状和角度设计得当，便可以利用此油液的冲击力提高涡轮的输出转矩。图 1.1 液力变矩器示意图1-输入轴；2-涡轮；3-泵轮；4-导轮；5-自由轮机构；6-输出轴；7-导轮机构图 1.2 变矩器工作轮展开图B-泵轮；T-涡轮；D-导轮1.2 液力变矩器结构及工作原理液力变矩器运转工作时，循环腔内充满工作液体。利用工作液体的旋转运动和沿工作轮叶片流道的流动，形成一个复合运动，用来实现能量的传递与转换。发动机以等速和大致接近于常数的转速驱动泵轮，使其机械能通过泵轮的转动而被转换成液体能，液体高速地流入涡轮，在涡轮叶
17、片中的运动推动涡轮转动，使液体的动能又被转换成机械能，功率由涡轮轴输出；从涡轮流出的液体经导轮变换液流方向后又流入泵轮，如图 1.3 与 1.4 所示。图 1.3 液力变矩器工作原理1泵轮；2涡轮；3导轮图 1.4 液力变矩器工作原理图(a) nb=常数， nt=0 时；(b)n b=常数，n t 逐渐增加时因此，可以把变矩器中的基本流动看成是在一个环形空间中的连续运动，并可推想出变矩器循环腔的两个重要性能。每秒内流过各叶轮的总流量是相等的。任何变矩器循环腔的结构，都要保证液流在一次循环流动的整个过程中，其流动方向改变 360。由欧拉方程，转矩为T= 21()Q（1.1） 从上式可知，所有叶轮上的转矩，都是由出口和入口间的环量差形成的。而在稳定工况下，所有叶轮中的环量差的总和是等于零的。这就表明，变矩器中某处环量的增大，必然意味着在另外一处的环量是在减小，反之亦然。与环量差的总和等于零一样，所有叶轮中的转矩之和亦等于零，即（1.2）或 （1.3）这就清楚地表明，为了要起“变矩”的作用，就必须要有导轮。在一般工况 （1.4）所以 （1.5）即涡轮转矩一般要比泵轮转矩大，这就是液力变矩器为什么能够增大输出转矩的原因。一般在涡轮制动(失速)工况下，输出转矩可增大至 26倍左右。
