液力变矩器毕业设计

1、自动档液力变矩器三维设计自动档液力变矩器三维设计 摘要摘要：液力变矩器在汽车生产中占重要地位。起到离合器的作用，传递活切断 发动机与自动变速器传动机构之间的动力传递。在一定范围内无级变速、变扭， 可将发动机的转矩增大 2 倍输出。起到飞轮的作用，使发动机运转平稳。驱动 液压控制系统的油泵运转。本次设计的主要工作包括：确定液力变矩器的结构 形式，工作原理。 关键词关键词：液力变矩器；工作原理；三维设计 AutomaticAutomatic TransmissionTransmission TorqueTorque ConverterConverter DesignDesign ABSTRACTA

2、BSTRACT：The hydraulic torque converter in automobile production occupies an important position .The clutch, transmission of live cuts engine and automatic transmission mechanism to transmit power between .In a certain range of variable speed, torque, the torque of the engine can be increased by 2 ti

3、mes the output .The flywheel effect, make the engine run smoothly .Hydraulic drive control system of oil pump running .The design of the main tasks include: identification of hydraulic torque converter structure form, working principle. KEYWORDS:KEYWORDS: Torque converter; working principle; three d

4、imensional design 目目 录录 1 概 述.1 1.1 恒定流的能量守恒方程 .1 1.2 液力变矩器 .1 1.3 液力变矩器的优缺点 .2 1.4 国内外的发展现状与应用 .2 1.5 液力变矩器的分类 .3 2 液力变矩器结构.4 2.1 变矩器结构 .4 2.2 泵轮的结构与作用 .5 2.3 涡轮的结构与作用 .5 2.4 导轮的结构与作用 .6 2.5 锁止离合器的结构与作用 .7 3 液力变矩器的工作原理.9 3.1 液力变矩器工作原理 .9 3.2 液力变矩器的涡流与环流 .10 3.3 受力分析 .10 4 液力变矩器的特性.12 4.1 传动特性 .12 4

5、.2 效率特性 .12 4.3 液力变矩器传动特性曲线 .13 5 液力变矩器的三维设计.14 5.1 液力变矩器 .14 5.2 泵轮 .14 5.3 涡轮 .15 5.4 导轮 .16 5.5 锁止离合器 .17 5.6 外壳 .18 5.7 制作动画爆炸图 .19 6 结论.20 参考文献.21 致谢.22 外文翻译.23 1 1 概概 述述 1.1 恒定流的能量守恒方程 恒定流的能量方程式是能量守恒定律在流体力学中的应用。又称 为伯诺里方程式。 (1-1) z位能； p压力能； r容重，单位容积液体所受的重力； a修正系数； z 称为单位重量流体对某个基准面的位置势能，简称位能。p/

6、称为单位 重量流体的压力能，简称压力能。u2/2g 这一项在动力学中才有。我们知道， 当一个物体质量为 M 重量为 Mg，速度为 u,则该物体具有动能为 1/2 Mu2，而单 位重量物体所具有的动能为 1/2 Mu2 / Mg= u2/2g。由于流体过流断面上各元流 段得流速 u 不等，各元流段单位重量流体所具有的动能 u2/2g 也不等，因此用 断面平均流表示的动能 u2/2g 再乘动能修正系数 ，所得 u2/2g 即为过流断面 上各元流段单位重量流体动能的平均值，简称动能。 z+ p/ + u2/2g 成为单位重量流体所具有的总机械能。 根据以上所述，恒定流的能量方程式可以理解为流体在流动

7、过程中，单位 重量流体的总机械能不变。但其位能、压力能和动能三者可以相互转换，而其 中一部分机械能由于克服流动阻力而损失，转变为热能。 1.2 液力变矩器 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。图 1-1 为液力变矩器，它有一个密闭工作腔，液体在腔内循环流动，其中泵轮、 涡轮和导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相联。动力机(内燃机、电动机等)带 动输入轴旋转时，液体从离心式泵轮流出，顺次经过涡轮、导轮再返回泵轮， 周而复始地循环流动。泵轮将输入轴的机械能传递给液体。高速液体推动涡轮 旋转，将能量传给输出轴。液力变矩器靠液体与叶片相互作用产生动量矩的变 化来传递扭矩。液力变矩

8、器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的导轮。 导轮对液体的导流作用使液力变矩器的输出扭矩可高于或低于输入扭矩，因而 称为变矩器。 图 1-1 液力变矩器 1.3 液力变矩器的优缺点 优点： 1.液力机械延长了汽车零部件的使用寿命； 2.改善了车辆的动力性和通过性； 3.减少汽车排气污染，一定条件下可改善经济性。 缺点： 1.结构复杂，制造精度要求高,成本较高； 2.传动效率稍低； 3.维修技术比较复杂，维修成本较高。 1.4 国内外的发展现状与应用 国外已普遍将液力传动用于轿车、公共汽车、豪华型大客车、重型汽车、 某些牵引车及工程机械和军用车辆等。以美国为例，自 70 年代起,每年液力变

9、矩器在轿车上的装备率都在 90%以上，产量在 800 万台以上，在市区的公共汽 车上，液力变矩器的装备率近于 100%，在重 型汽车方面，载货量 30-80t 的重 型矿用自卸车几乎全部采用了液力传动。迄今为止，在功率超过 735kW，载货 量超过 100t 的重型汽车上，液力传动也得到了应用。如阿里森(ALLISON)的 CLBT9680 系列液力机械变速器就应用于功率为 882.6kW、装载量为 108t 的矿用 自卸车上，在某些非公路车辆上，在大部分坦克及军用车辆上也装备了液力传 动。在欧洲和日本，近年来装备液力传动的车辆也有显著增加。国外较大吨位 的装载机、推土机等工程机械多数都采用了

10、液力传动。 我国在 50 年代就将液力变矩器应用到红旗牌高级轿车上，70 年代又将液 力变矩器应用于重型矿用汽车上。目前，我国车辆液力变矩器主要应用于列车 机车、一些工程机械和新一代的主战坦克及步兵战车等车辆上。液力传动在国 内工程机械上的应用始于 60 年代，由天津工程机械研究所和厦门工程机械厂共 同研制的 ZL435 装载机上的液力传动开始的 。80 年代北京理工大学为军用车辆研制开发了 Ch300、Ch400、Ch700、Ch1000 系列液力变矩器，突破大功率、高能容、高转 速液力变矩器的设计与制造关键技术，达到国际先进水平，满足了军用车辆的 使用要求。一些合资企业生产的轿车和重型载重

11、车等也应用了进口的液力变矩 器。同国外相比，我国车辆应用液力变矩器虽然有了一定基础，但应用范围窄， 数量较小，在中型载货汽车、公共汽车、越野汽车等车辆上没有应用或应用极 少。西部大开发和我国经济的大发展，交通运输、水利水电、建筑业、等领域 将是发展重点，因此液力变矩器在我国有广阔的市场。 1.5 液力变矩器的分类 液力变矩器的结构形式是多种多样的，这一方面反映了液力变矩器在结构 方面的进步和发展，另一方面反映了不同车辆和机械对液力变矩器有着不同的 性能要求，这两方面的原因导致液力变矩器在性能和结构上的多样性。在介绍 液力变矩器的分类之前，我们先介绍一级和相的概念。液力变矩器的级是至安 置在泵轮

12、与导论或者导论与导轮之间彼此刚性相连的涡轮数。液力变矩器的相 是指在液力变矩器中，由于单项离合器活制动器等机构的作用，是工作原件的 公用随之改变，变矩器由于这种改变而得到不同的几种功能，即称之为几相。 根据现有的资料统计，根据液力变矩器结构和性能特点，可按如下几种情 况进行分类。 1.根据液力变矩器中在泵轮与导轮之间刚性连接在一起的涡轮数目，可分 为单极，两级，三级接多级的液力变矩器。 2.根据单级液力变矩器中的导轮数目，可分为单导轮和双导轮。 3 根据液力变矩器中的泵轮的数目，可分为单泵轮和双泵轮。 4 根据液力变矩器中的涡轮数目，分为单涡轮和双涡轮。 5 根据液力变矩器中各工作轮的组合和工

13、作状态不同，液力变矩器可能实 现的。 6 本质不同的液力传动的形态数目可分为单相，两相及多相。 7 根据液力变矩器中的涡轮的型式不同，可分为轴流式，离心式和向心式。 8 根据液力变矩器中的泵轮和涡轮能否闭锁成一体工作，可分为闭锁式和 非闭锁式。 9.根据液力变矩器的特性是否可以控制，可分为可调和不可调两种。 2 2 液力变矩器结构液力变矩器结构 2.1 变矩器结构 变矩器结构见图 2-1。 图 2-1 三元一级双相型液力变矩器 三元是指液力变矩器是由泵轮、涡轮和导轮三个主要元件组成的见图 2- 2。一级是指只有一个涡轮（部分液力偶合器里装有两个涡轮，工作时油液容易 发生紊乱）。双相是指液力变矩

14、器的工作状态分为变矩区和偶合区，见图 2- 2。 图 2-2 液力变矩器工作部件 1 涡轮 2 导轮 3 泵轮 2.2 泵轮的结构与作用 图 2-3 泵轮 1 叶片 2 外壳 3 导环 动力输入装置，也是油泵的驱动元件。与变矩器壳连成一体并用螺栓固定 在发动机曲轴后端的凸缘上，主动件；见图 23。 泵轮的叶片装在靠近变速器一侧的变矩器壳上，和变矩器壳是一体的。变 矩器壳是和曲轴或曲轴上的挠性板用螺栓连接的，所以泵轮叶片随曲轴同步运 转。发动机工作时，它引导液体冲击涡轮叶片，产生液体流动功能，是液力变 矩器的主动元件。 2.3 涡轮的结构与作用 图 2-4 涡轮 1 叶片 2 外壳 3 导环 通

15、过输出轴与传动系相连，动力输出件。见图 24。 涡轮装在泵轮对面，二者的距离只有 3-4mm，在增矩工况时悬空布置，被 泵轮的液流驱动，并以它特有的速度转动。在锁止工况时它被自动变速器油挤 到离合器盘上，随变矩器壳同步旋转。它是液力变矩器的输出元件。涡轮的花 键毂负责驱动变速器的输入轴（涡轮轴）。它将液体的动能转变为机械能。 2.4 导轮的结构与作用 图 2-5 导轮 1 叶片 2 油槽 3 花键 增扭装置。由若干曲面叶片组成，并通过单向离合器固定在不动的套管上， 套管固定在变速器壳体上，使导轮只能沿一个方向旋转，相反方向不能旋转。 见图 25。 导轮的直径大约是泵轮或涡轮直径的一半。并位于两

16、者之间。导轮是变矩 器中的反作用力元件，用来改变液体流动的方向。 导轮叶片的外缘一般形成三段式油液导流环内缘。分段导流环可以引导油 液平稳的自由流动，避免出现紊流。 导轮支承在与花键和导轮轴连接的单向离合器上。单向离合器使导轮只能 与泵轮同向转动。涡轮的油液流经导轮时改变了方向，使液流返回泵轮时，液 流的流向和导轮旋转方向一致，可以使泵轮转动更有效。 图 2-6 液力变矩器油液流动示意图 1 涡轮 2 导轮 3 泵轮 图 2-6 上通过箭头示意液体流动方向,油液由泵轮的外端传入涡轮的外端， 经涡轮内端传到导轮时改变了油液的流动方向，经导轮传给泵轮的油液的流动 方向恰好和泵轮的旋转方向一致。 2

17、.5 锁止离合器的结构与作用 图 2-7 锁止离合器 1 摩擦片 2 垫片 3 减震弹簧 4 垫片 5 固定弹簧架 液力变矩器用油液作为传力介质时，即使在传递效果最佳时，也只能传递 90%的动力。其余的动力都被转化为热量，散发到油液里。为提高偶合工况的传 动效率，变矩器设置了锁止离合器。液力变矩器进入偶合工况后，变矩器内的 锁 止离合器就有可能进入锁止工况。而变矩器一旦进入锁止工况，发动机的 动力就可以 100%的传给传动系。可以避免液力传动过程中不可避免的动力损失， 提高液力变矩器的工作效率。见图 27。 液力变矩器在进入锁止工况前，靠液力传递转矩，属于软连接，靠油液衰 减振动。 进入锁止工

18、况后变矩器和摩擦式、干式离合器一样靠减振弹簧减振。变矩 器的减振弹簧被均匀地布置在离合盘上（大部分是布置在外端），被夹在两个 铆接在一起地钢片之间。一个钢片固定在离合器组件上，另一个固定在离合器 盘上。锁止时，突然作用在一个钢片上的转矩被弹簧的压缩作用所吸收，后一 个钢片在弹簧压缩后才转动。发动机的扭转振动在减振弹簧压缩过程中被衰减 了。使发动机和传动系之间的刚性联系变成弹性联系，使离合器接合柔和。 3 3 液力变矩器的工作原理液力变矩器的工作原理 3.1 液力变矩器工作原理 电风扇 A 通电,电风扇 B 不通电，电风扇 A 将以空气为介质带动 B 转动。给 AB 中间加一个导管，将 B 出来

19、的空气引导到 A 的背面，对 A 起增益作用。如 若引导到 A 得正面起阻尼作用，用空气传动有能量损失，且 B 的转速永远小于 A 的 转速。如果将 A 与 B 用一根轴连接起来，A 与 B 同速转动，就没有能量损 失。 此时的 A 相当于液力变矩器的泵轮，B 相当于涡轮，导管相当于导环，空 气相当于自动变速器油，连接轴相当于锁止离合器。如图 3-1。 图 3-1 液力变矩器工作原理 液力变矩器的基本工作原理：（1）由泵轮冲向涡轮的液压油方向。（2） 由涡轮冲向导轮的液压油方向。（3） 由导轮流回泵轮的液压油方向。 当汽车在液力变矩器输出扭矩的作用下起步后，与驱动轮相连接的涡轮也 开始转动，其

20、转速随着汽车的加速不断增加。这时泵轮冲向涡轮的液压油除了 沿着涡轮叶片流动之外，还要随着涡轮一同转动，使得由涡轮下缘出口处冲向 导轮的液压油的方向发生变化，不再与涡轮出口处叶片的方向相同，而是顺着 涡轮转动的方向向前偏斜了一个角度，使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间 的夹角变小，导轮上所受到的冲击力矩也减小，液力变矩器的增扭作用亦随之 减小。车速愈高，涡轮转速愈大，冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角就 愈小，液力变矩器的增扭作用减小；反之，车速愈低，液力变矩器的增扭作用 就愈小。因此，与液力耦合器相比，液力变矩器在汽车低速行驶时有较大的输 出扭矩，在汽车起步，上坡或遇到较大行驶阻力时，能使驱

21、动轮获得较大的驱 动力矩。 当涡轮转速随车速的提高而增大到某一数值时，冲向导轮的液压油的方向 与导轮叶片之间的夹角减小为 0，这时导轮将不受液压油的冲击作用，液力变 矩器失去增扭作用，其输出扭矩等于输入扭矩。 若涡轮转速进一步增大，冲向导轮的液压油方向继续向前斜，使液压油冲 击在导轮叶片的背面，这时导轮对液压油的反作用扭矩 Ms 的方向与泵轮对液压 油扭矩 Mp 的方向相反，故此涡轮上的输出扭矩为二者之差，即 Mt=Mp-Ms，液 力变矩器的输出扭矩反而比输入扭矩小，其传动效率也随之减小。当涡轮转速 较低时，液力变矩器的传动效率高于液力耦合器的传动效率；当涡轮的转速增 加到某一数值时，液力变矩

22、器的传动效率等于液力耦合器的传动效率；当涡轮 转速继续增大后，液力变矩器的传动效率将小于液力耦合器的传动效率，其输 出扭矩也随之下降。因此，上述这种液力变矩器是不适合实际使用的 当涡轮转速较低时，从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片，对导轮施 加一个朝逆时针方向旋转的力矩，但由于单向超越离合器在逆时针方向具有锁 止作用，将导轮锁止在导轮固定套上固定不动，因此这时该变矩器的工作特性 和液力变矩器相同，涡轮上的输出扭矩大于泵轮上的输入扭矩即具有一定的增 扭作用。当涡轮转速增大到某一数值时，液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片 之间的夹角为 0，此是涡轮上的输出扭矩等于泵轮上的输入扭矩。若涡轮转速 继续

23、增大，液压油将从反面冲击导轮，对导轮产生一个顺时针方向的扭矩。由 于单向超越离合器在顺时针方向没有锁止作用，可以像轴承一样滑转，所以导 轮在液压油的冲击作用下开始朝顺时针方向旋转。由于自由转动的导轮对液压 油没有反作用力矩，液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用。因此这时 该变矩器的不能起增扭作用，其工作特性和液力耦合器相同。这时涡轮转速较 高，该变矩器亦处于高效率的工作范围。 导轮开始空转的工作点称为偶合点。由上述分析可知，液力变矩器在涡轮 转速由 0 至偶合点的工作范围内按液力变矩器的特性工作，在涡轮转速超过偶 合点转速之后按液力耦合器的特性工作。因此，这种变矩器既利用了液力变矩 器在涡

24、轮转速较低时所具有的增扭特性，又利用了液力耦合器涡轮转速较高时 所具有的高传动效率的特性。 3.2 液力变矩器的涡流与环流 当发动机曲轴涡轮叶片带动泵轮旋转时，泵轮带动自动变速器油一起旋转， 自动变速器油受离心力的作用由叶片的内圆向外圆流动， 冲击涡轮叶片，沿着 涡轮叶片由外向内流动，冲击导轮叶片，沿着导轮叶片流动回到泵轮。 我们把从泵轮-涡轮-导轮-泵轮液体流动叫涡流，自动变速器油在涡流的同 时又绕变矩器轴中心线旋转叫环流。可以看出液力变矩器液体的流动方向是由 涡流和环流合成的 3.3 受力分析 当发动机曲轴涡轮叶片带动泵轮旋转时，泵轮带动自动变速器油一起旋转， 自动变速器油受离心力的作用由

25、叶片的内圆向外圆流动， 冲击涡轮叶片产生 Fb，叶片由外向内流动冲击导轮叶片产生反作用力 Fd，涡轮合成力为 Fw。用力 矩表示 Mw=Mb+Md,可以看出导轮的加入涡轮的转矩大于泵轮。如图 32a 所示。 图 a 图 b 图 c 图 d 图 32 受力分析 涡轮液体的方向由涡流方向 a 和和环流方向 b 合成决定，如图 32 b 所示 汽车将要起步时涡流 a 大， 环流 b 小，合成涡流的方向冲击导轮的正面， 涡轮的输出力矩增大。 随着汽车加速行驶涡流 Vc 速度变小， 环流速度 Vb 增大，合成的速度 Vc 大小方向也在变化 如图 32 c 所示。 当涡轮的转速时泵轮的 0.85 倍时合成

26、涡流的方向正好与导轮背面相切 ，Mw=Mb 此时相当于耦合器，当涡轮与本轮的速度相接近时，涡流最小环流最 大，此时合成速度 Vc 冲击导轮的背面，导轮的转矩与涡轮的输出转矩相反 Mw=Mb-Md 。如图 32 d 所示。 液力变矩器中泵轮快速运动时，涡轮受到载荷和行驶阻力限制转速较慢， 泵轮和涡轮间产生了转速差。这个转速差存在于整个变矩区。这个转速差就形 成了残余能量。即由于泵轮转数快于涡轮转数，所以泵轮流向涡轮的油液除了 驱动涡轮外，还剩余一部分能量，这就是残余能量。泵轮和涡轮的转数差越大 残余能量就越大。 4 4 液力变矩器的特性液力变矩器的特性 变矩器与液力偶合器相同，借助液体的运动把转

27、矩从泵轮传给涡轮。 区别： 液力偶合器：只能将转矩大小不变地由泵轮传给涡轮，起离合器的作用 （不能切断动力而分离）。 液力变矩器：不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随涡轮 转速的不同自动地改变涡轮轴上输出转矩大小，兼起离合器和变速器的作用。 4.1 传动特性： （1）变矩比（或变矩系数）K ：通常用输出转矩与输入转矩比表示，即变 矩比=输出转矩(Mb)/输入转矩(Mw) ,如图 4-1 K = Mb / Mw = (MbM d)/ Mb ，一般 K 为 2.22.6。K 随 n w的变化， Mw相对于的 Mb也相应变化。 （2）传动比 i ： i = n w / n b 1 (3）

28、传动效率： = pw / p b = K i 4.2 效率特性： 是随 i 变化的抛物线，i 处于中间值时，效率较高。如图 4-2。 1）i 较小时，K1，Mw Mb ，效率较低。 2）K=1 时， Mw = Mb ，效率较高。 3）K1， Mw ,德 国哈利。答:一个序列机械式变速器齿轮箱,是需要改变是为了(第二次到第 三个),而不是有一个工作模式与杆,让车手可以跳过齿轮。使用这种传输摩托车 赛车的几十年就开始使用他们,因为他们允许更快年前。通常是通过转移杠杆, 按钮或开关。今天的顺序传送主要是在广告表现等车,阿斯顿马丁和一些 不佳,手动变速器宝马技术,除了那个离合器和齿轮的变化是控制电子签

29、名。 好处是齿轮的变化,可以作出更快速、准确地比人类将传统的方式。传统说不利 的是,他们根本不一样的乐趣来驱动,需要更少的司机的技能。 美国的汽车汽车是美国生活的重要组成部分。汽车使得美国成为轮子上的 国家，它也帮助美国成为现在的样子。汽车在美国如此盛行有三个主要原因。 首先这个国家地域辽阔，而美国人喜欢在其间来回走动。汽车提供了最舒适最 便宜的交通方式。汽车如此盛行的第二个原因是美国从未真正发展过有效廉价 的公共交通这一事实。美国的长途火车从未像世界上其它地方那么普及。如今 飞机提供了空中服务的良好体系。但是飞机太贵了，不能频繁使用。而第三个 原因是最为重要的。美国人的独立精神是使得汽车盛行的真正原因。美国人不 喜欢等公共汽车、火车甚至飞机。他们不喜欢必须遵循精确的时间表。汽车给 予他们的自由正是美国人最想得到的。汽油供给的减少已经给美国人带来了巨 大的问题。但答案不是发展更大型的公交体系。真正的解决方式必须是一种新 型的汽车，那种不需要使用很多燃料的汽车。 汽车污染上路的汽车数量逐年增长，同时，每年都会生产出几百万辆新车。 在美国