毕业设计-cl315液力变矩器的结构设计

毕业设计-cl315液力变矩器的结构设计内容摘要：

g（ π β ） =u+ Vm ctgβ 设 TB ,TT ,T D 分别为泵轮、涡轮和导轮作用在液体上的转矩，根据力学定律，在 稳定工况下，作用与液体的外传矩之和应 为零，即： TB + TT + TD =0 从上式可以看出作用在涡轮上的转矩增加了，起到了变矩的作用。 液力变矩器中循环流量的确定 分析工作轮叶片与液流相互作用的过程，从工作轮与液流相互作用的转矩 公式可以看出，影响因素有三类：第一类是变矩器的结构（或几何）参数，包括叶片的进、出口安装角β ，叶片进、出口边的位置 R 及工作腔在叶片进、出口的横截面积。 对给定的变矩器，这些都是已定数 值。 第二类是其使用工况参数，如 或速比。 该类参数在工况给定时，也是已知参数； 第三类就是液力变矩器循环圆中的流量 Q。 由此可见，当变矩器一定时，要求得各工作轮的作用转矩和能头等，关键在于获得不同工况下 或 的变化关系，它可从液流的能量平衡方程式中求得： 式中 为总的能头损失。 包括三种形式：机械损失、容积损失和液力损失。 机械损失总的来说不超过总能量的 1%~2% ，通常不考虑，容积损失也很小（ 1%），可以忽略不计，所以主要考虑的是液力损失。 液力损失由冲击损失 ’摩擦损失 ,扩散与收缩损失 和回转损失 所 组成。 它们又可以分成 两类基本损失来加以计算。 第一类损失与液流的相对速度有关，并与流量的平方成正比，又称通流损失或摩擦损失；第二类损失与液流的冲击角有关，并与损失的速度平方成正比，又称冲击损失。 通流损失 扩散与收缩损失 和回转损失 相对于液流的摩擦损失在数值上很 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB() 小，一般可以不计，则通流损失主要为 ，在水力学中，计算摩擦损失的公 式为 : 式中 L—— 流道长度； —— 水力半径，为过流断面面积与湿周之比； —— 摩擦系数，它与绝对粗糙度 K 、水力半径 及雷诺数 流道弯曲程度，速度分布等有关。 液力变 矩器的全部通流损失为： 式中 分别为泵轮、涡轮、导轮叶片流道的通流损失系数， 冲击损失 冲击损失是由进入叶片的液流速度方向与叶片角不一致而产生的。 无冲击进入叶片的速度 与一般情况下进入叶片的速度 之差为 v，则冲击损 失为： 式中，冲击损失系数 与叶片形状、数量及进入各工作轮的冲击角有关。 如图22 所 示。 损 失 速 度 与 轴 面 速 度 有 关 ，当 时 ， 一般情况下，为了减少冲击损失，总是力求轴面速度相等，故为 ， 则液力变矩器各工作轮的冲击损失为： 长春理工大学本科毕业设计 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB() 根据欧拉公式，可知： 将 的 表 达 式 代 入 能 量 平 衡 方 程 可得： 式中 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()10 对上式求解，可得液力变矩器 在一定时，任一 下的循环流量 Q，它是变矩器结构参数、损失系数和 的函数： 流量特性式上凸还是下凹，决定于 的符号，若取 ， 则， 从上式可得： 如果 有意义，必须使分母大于零，故其符号取决于分子，当长春理工大学本科毕业设计 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()11 时， ，流量特性曲线上凸，即为椭圆。 当 时， ， 流量特性曲线下凹，变为双曲线。 由 可知， 主要取决于及 的 相 互 位 置。 当 及 时，向心涡轮满足，流量特 性曲线为椭圆 （见图 23 曲线 1）。 随着 增加，如取 ， 当 时，为轴流式涡轮， ， 曲线变为下凹（见图 23 曲线 2）。 再进一步增大， ， 为离心涡轮， ，曲线为下凹双曲线（见图 23 曲线 3），它与轴流式相比， Q 的变化更平坦。 由上述分析可以看出涡轮叶片进出口位置变化，对流量 Q 有很大的影响。 对其它因素也可作类似分析。 不同的或对变矩其性能影响很大。 图 22 不同型式涡轮的液力变矩器 由上述分析可以看出涡轮叶片进出口位置变化，对流量 Q 有很大的影响。 对其它因素也可作类似分析。 不同的或对变矩其性能影响很大。 液力变矩器几何参数 的计算 计算工作轮特性参数和几何参数的关系 1，工作轮入口和出口的无因次半径 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()12 式中 R—— 特性半径，一般取 2，工作轮入口处和出口处的无因次流道轴面面积 3，工作轮入口处和出口处的中间流线的综合几何参数 4，循环流量系数 5，扭矩系数的无因次关系 在计算工况下，液流无冲击进入工作轮，则冲击损失为零，液力损失仅为摩擦损失，即为最低值，此时液力变矩器的液力效率达到最高。 长春理工大学本科毕业设计 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()13 第 3 章 液力变矩器 结构 设计 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、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。 图 31 液力变矩器总成 设计方法 液力变矩器早期研制，是凭经验，采用多种模型及试验来筛选、改进，最后定型。 随着技术的发展，理论的建立，要求应用计算方法来进行设计，并使做出的产品的试验性能与计算性能相一致。 液力变矩器的设计主要内容有叶栅系统出入口参数设计、工作轮流道设计、特性计算、整体结构设计等。 这些设计计算都是基于一维束流理论的传统设计方法，传统设计方法的主要缺陷在于：只有通过试制产品的性能和流场 试验才能获得改进设计的经验，而试验和试制的费用和工作量往往占据了整个设计开发的 80％以上。 因此在设计阶段获得液力变矩器的流场信息，对于减少试制、试验次数，为设计工程师提供准确的改进信息有重要的意义。 根据掌握资料、设计要求和达到目标的不同，现有设计方法可分为三 大 种 ① 相似设计法 以某种性能比较理想的液力变矩器作为设计基型，循环圆形状、工作轮布置、 叶型等均依其为据，用相似理论确定几何参数。 此法亦称为基型设计法，其性能 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()14 提高受所选基型限制，因而应用中有局限性。 ② 经验设计法 以统计资料中所归纳出的规律、 图表为基础，运用自身的设计经验进行综合分析，从而确定液力变矩器的结构与参数。 此法对已有液力变矩器进行改进设计是方便的，但对全新设计的液力变矩器的性能预测精度是不高的；由于主要依据数据与图表，所以不适合于优化设计和优选参数，亦不便于用计算机进行分析研究。 ③ 理论设计法 基于建模和计算的复杂性和液力变矩器流场的特殊性，液力变矩器叶片设计的理论基础已由一维流动理论、二维流动理论发展到三维流动理论。 （ 1）一维流动理论： 因液力变矩器的流道内液体流动远较一般叶片机械的流动复杂，所以尽管多元流动及附面层理论研究取得了 很大进展，但距应用到实际设计上还有一定距离。 早期对液力变矩器中复杂的空间三维流动在理论和试验方面研究都不够深入，对其速度场和压力场的分布规律研究存在很多空白。 因此，为了对这样的液体运动进行理论的分析研究，必须通过某些假设加以简化。 首先，使空间的立体流动简化为平面的二维流动，再进一步简化为单一的流线流动，即用一条流线的流动来代替空间的立体流动 ， 将工作轮中的总液流假设成由许多流束组成，认为叶片数无穷多，厚度无限薄，忽略粘性对流场的影响，即 将工作液体在液力变矩器工作腔内的空间三维流动，简化为一维流动的理论，称为 一元束流理论。 其 简化很大，具有一定的工程实用价值，能反映流体作用的宏观效果，但不能正确反映宏观效果的微观原因，与液力变矩器实际内流场差别较大。 一元束流理论首先为欧拉提出，并被广泛应用于叶片机械上，故又称为欧拉束流理论。 （ 2）二维流动理论：在束流理论的基础上，认为工作轮中的液体只在垂直于旋转轴线的一组平行轴面内的平面流动，且其中每一平面的速度分布和压力分布都是相同的，即流动参数是两个空间坐标的函数。 在给定了叶片的边界形态和流量后，即可用数学物理方程求出该平面上任一点的流动参数分布。 该简化对纯离心式或轴流式 工作轮中的实际流动情况，较为接近；对常用的向心式涡轮液力变矩器来说，与实际流动的差别仍然很大。 （ 3）三维流动理论： 由于实际工作轮中流动参数的变化，在空间三个坐标方向都存在，因而，只有三元流动理论才能对实际流场进行较正确的描述。 液力变矩器是流道封闭的多级透平机械，流道内为复杂的三维粘性流动。 由于流道的曲率变化非常大，叶片的形状也是三维的，这就造成液流沿着流线方向、圆周方向以及从内环到外环都是变化的。 另外，油液是有粘性的，这就必然会在流道壁面上出现附面层，由此还会引起“二次流动”和“脱流”、“旋涡”等。 要想的 到长春理工大学本科毕业设计 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()15 准确的流场计算结果，必须对变矩器内部流场进行三维粘性流动计算，直接对 NS 方程求解。 液力变矩器采用计算流体动力学数值模拟技术研究液力变矩器内部的流动形态，但能反映变矩器内部真实流动的数学模型还不完善，有待进一步研究和发展。 此次要设计的是 CL165 液力变矩器，主要应用于工程机械 ,具体要求及指标为： ： 150N m，转速 2200 转 /分钟，功率： 60kw 2B =128176。 导轮出口角 2T =60176。 涡轮出口角 2T =150176。 其具体设计流程为： 图 32 变矩器叶片设计流程图 循环圆的确定 过液力变矩器轴心线做截面。 在截面上与液体相相接的界线形成的形状，称为循环圆。