劉海林　尹道俊

（安徽合力股份有限公司，合肥230601）

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基于反求技術(shù)下的液力變矩器泵輪葉片參數(shù)的研究

劉海林尹道俊

（安徽合力股份有限公司，合肥230601）

摘要：葉片的設(shè)計(jì)工作一直都是液力變矩器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過對沖壓型泵輪葉片反求后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析，得到泵輪葉形骨線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，從而為設(shè)計(jì)出合理的葉片形狀提供了理論依據(jù)，減小對經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式的依賴。

關(guān)鍵詞：液力變矩器葉片設(shè)計(jì)

1 研究反求技術(shù)下泵輪葉片參數(shù)的意義

液力變矩器是汽車及工程機(jī)械自動變速系統(tǒng)中最重要的部件之一，裝有液力變矩器的動力傳動系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)起步平穩(wěn)、變速和變矩，同時(shí)還可以吸收傳動系的扭振，降低沖擊，提高傳動部件的壽命，但由于工作液體在液力變矩器泵輪、渦輪、導(dǎo)輪葉片間組成工作腔中的流動是一個(gè)空間的、復(fù)雜的三維流動，特別在損失機(jī)理上，就包括沖擊損失、摩擦損失、收縮與擴(kuò)散損失、二次流的損失、漩渦及脫流損失等，目前很難用正向設(shè)計(jì)的方法準(zhǔn)確建立出這種因復(fù)雜流動所產(chǎn)生的內(nèi)環(huán)至外環(huán)流動的數(shù)學(xué)模型，只能采用經(jīng)驗(yàn)對一些實(shí)際流動狀況進(jìn)行簡化，給出部分設(shè)計(jì)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，本文對反求技術(shù)下泵輪葉片參數(shù)的研究，就是對多種模型及試驗(yàn)產(chǎn)品篩選、改進(jìn)，定型，而后對性能優(yōu)良的合格產(chǎn)品進(jìn)行理論計(jì)算，獲得準(zhǔn)確可靠的生產(chǎn)圖紙，減少對經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的依賴，提高設(shè)計(jì)效率，縮短研發(fā)周期等。

2 液力變矩器在反求技術(shù)下的參數(shù)計(jì)算

2.1 以下對某一性能優(yōu)良的液力變矩器反求后葉片參數(shù)的計(jì)算。其數(shù)據(jù)如表1。

圖1 液力變矩器泵輪組件三維圖

圖2 泵輪葉片三維圖

圖3 泵輪葉片設(shè)計(jì)流線提取圖

表1 液力變矩器泵輪葉片的主要計(jì)算參數(shù)

2.2 設(shè)計(jì)流線的計(jì)算

（1）廣義環(huán)坐標(biāo)系。液力變矩器工作時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)在其內(nèi)部的運(yùn)動軌跡是環(huán)流與渦流合成的螺管運(yùn)動，這里用廣義環(huán)坐標(biāo)系進(jìn)行描述，環(huán)的中心點(diǎn)位于直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，環(huán)的軸線和x軸重合，極點(diǎn)定在設(shè)計(jì)流線的中心點(diǎn)上，極點(diǎn)到環(huán)面的距離為極半徑ρ（極半徑ρ不是定常數(shù)）這樣流場中任意一點(diǎn)p的坐標(biāo)可以由ρ、θ和s或φ唯一確定。

圖4 環(huán)坐標(biāo)系

圖5 環(huán)坐標(biāo)系下極坐標(biāo)平面

圖6 環(huán)坐標(biāo)系下偏移弧長坐標(biāo)

由圖4～6可以得到直角坐標(biāo)系與廣義環(huán)坐標(biāo)系的關(guān)系

（2）泵輪葉型軸面設(shè)計(jì)流線的計(jì)算。根據(jù)文獻(xiàn)［1］循環(huán)圓軸面流道截面積處處相等，

最理想過流面積為循環(huán)圓直徑的23%可得:

即：T=12685.18mm2

根據(jù)正圓臺面積公式與圖6中各參數(shù)的幾何關(guān)系：

整理可得

將表1數(shù)據(jù)代入中間流線的軸面方程得：

（3）泵輪環(huán)面設(shè)計(jì)流線的計(jì)算。為了建立環(huán)面設(shè)計(jì)流線的微分方程，需要分析泵輪的速度三角形，設(shè)液體質(zhì)點(diǎn)沿流線運(yùn)動，相對于工作輪的相對速度W，圓周速度u，絕對速度υ，W與u之間的夾角為葉片角β，絕對速度的兩個(gè)分速度υu與υm。

圖7 環(huán)坐標(biāo)系下偏移弧長與極徑的關(guān)系

由圖7的空間幾何關(guān)系和倒數(shù)的意義可得因此流體環(huán)面上的流線微分方程為ds=ρctgβd（8）為了便于積分可以將用的一次線性方程表示設(shè)

將表1設(shè)計(jì)流線入口角（β1θ1），出口角（β2θ1）代入得：a=-0.106 b=0.446即ctgβ=-0.106θ+0.446

由于式4很難直接進(jìn)行積分，針對三元件向心渦輪液力變矩器的泵輪軸面流線極半徑隨轉(zhuǎn)角變化平緩的特點(diǎn)可以構(gòu)造二次多項(xiàng)式來近似表達(dá)式4，由文獻(xiàn)［7］已證明誤差在1%以內(nèi)，因此可設(shè)ρ=eθ2+fθ+g（10）

將表1中（ρ1θ1），（ρ2θ2）,（ρ3θ3）代入得

e=0.736，f=-1.06，g=28.84，即：ρ=0.736θ2-1.06θ+28.84

將式9、式10代入式8積分整理后

s=∫（-0.078θ3+0.44θ2-3.553θ+12.863）dθ（ρ=30.01，θ=-0.74）

得流體環(huán)面上方程為

式5、式11即為泵輪葉片軸面，環(huán)面的設(shè)計(jì)流線方程。

3 結(jié)束語

本文對反求技術(shù)下液力變矩器泵輪葉片參數(shù)的計(jì)算，得出了三元件向心渦輪液力變矩器泵輪葉片的設(shè)計(jì)流線方程,根據(jù)設(shè)計(jì)流線可以確定內(nèi)、外環(huán)流線，進(jìn)而得到?jīng)_壓型泵輪葉片產(chǎn)品圖，通過檢測驗(yàn)證，新葉片關(guān)鍵尺寸與樣機(jī)泵輪葉片尺寸相近，因此計(jì)算的參數(shù)是準(zhǔn)確可行的，這種設(shè)計(jì)方法可以縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率，減小設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，在工程設(shè)計(jì)中具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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Research for Torque Converter Pump Wheel Blades Parameters Based on Reverse Engineering

LIU Hailin,YIN Daojun
（Anhui Heli Co.,Ltd.,Hefei 230601）

Abstract：The blade design has always been the key and difficult points of the hydraulic torque converter design. This article calculated and analyzed through reverse data by punching pump rotor blades, reached a mathematical expression of the pump wheel leaf bone line, which provided a theoretical basis for the design of a reasonable blade shape, reduced the parameters of experience and experience dependence on the formula.

Key words：torque converter, blade design