毕业设计（论文）-轻型越野汽车液力式自动变速器设计.docx

毕业设计（论文）轻型越野汽车液力式自动变速器设计学院（系）：专业班级:学生姓名:指导教师:摘要自动变速器门研发以来，换挡操作的自动化给驾驶员带来J'极大的驾验方便性和安全性，而对于越野车来说，配置有液力变矩器的液力式自动变速器更是极大的发挥了其越野性能。所以，本文以BJ2036CJE3北京轻型越野汽车为参数依托，设计了一款6速的液力式自动变速器。该变速器由液力变矩器、行星齿轮变速器以及液质控制系统组成，本文采用相似设计法和机械工程设计方法重点对液力变矩器和行星齿轮变速器进行了设计计算和校核，同时，简堆设计和分析了液压控制系统的油路和油泵以及智能化换挡控制策略。本次设计最终实现了对液力式自动变速器传动机构的三维设计建模、部件的工程图绘制以及智能换挡控制策略的分析，为液力式变速器的传动结构设计及换挡控制决策提供一定的参考意义。关键词：自动变速版：液力变矩器：行星齿轮机构：设计与建模：换挡控制策略AbstractSinceresearchanddeve1.opmentofautomatictransmission,theshiftoperationofautomationhasbroughtthedrivergreatconvenienceandsafety.Asforoff-roadvehic1.es,thehydrau1.icautomatictransmissionequippedwithhydrau1.ictorqueconverterisgreat1.yexertitsoff-roadperformance.So,basedontheparametersofBJ2036CJE3Beijing1.ightoff-roadvehic1.e,asix-speedKydrau1.icautomatictransmissionisdesignedinthispaper.Thetransmissionconsistofhydrau1.ictorqueconverter,p1.anetarygeartransmissionandhydrau1.iccontro1.SyStem.Inthispaper,hydrau1.ictorqueconverterandp1.anetgeartransmissionca1.cu1.ationarehigh1.ighteddesignedandcheckedbyusingsimi1.ardesignmethodandmechanica1.engineeringdesignmethod.Atthesametime,Wesimp1.ydesignandana1.yzetheoi1.andtheoi1.pumpandinte1.1.igentshiftcontro1.strategy.ThedesignFina1.1.yachievedthe3Dmode1.sofATdrivingmechanism,engineeringdrawingofsomeimportantpartsandana1.ysisoftheinte1.1.igentshiftcontro1.strategywhichcanimprovethetransmissionefficiencytosomeextent,whicha1.1.ofabovemayprovidecertainreferenceSignificanceforstructuredesignandshiftcontro1.strategytohydrau1.ictransmission.KeyWords：Automatictransmission；HydraU1.iCtorqueconverter；P1.anetgearmechanism；ThedesignandmOdeIingjShiftcontro1.strategy目录第一堂绪论11.1 国内外研窕现状11.2 设计内容及方案1第二章总体方案设计22.1 参考车型基本参数22.2 各种类型变速器的性能比较22.3 液力变矩器选型32.4 行星齿轮变速器的选型4241行星齿轮机构42.4.2换挡操纵机构52.5 液压控制系统主要部件的选型62.5.1 液压泵的选型72.5.2 控制机构阀组72.6 挡位布置形式分析72.7 本章小结9第三率液力变矩器的设计103.1 液力变矩器的结构设计103.1.1 循环圆设计103.1.2 叶片设计163.2 单向离合器设计163.2.1 初选材料和尺寸设计163.2.2 滚柱表面接触应力校核173.3 馍止离合器设计173.3.1 摩擦片设计183.3.2 减震器设计计算193.3.3 其他结构设计203.4 本章小结20第四章行星齿轮机构的设计224.1 传动比的设计224.1.1 一档传动比的计算224.1.2 各档传动比的确定234.2 齿轮的齿数设计244.3 齿轮的尺寸设计274.3.1 前排齿轮尺寸计算274.3.2 拉维诺单排齿轮尺寸计算284.3.3 拉维诺双排齿轮尺寸计算304.4 枚核险算31441装配条件验算314.4.2齿轮强度校核324.5 本章小结38第五章液压传动部分设计计并395.1 变速箱油路设计395.2 油泵设计395.2.1 油泵材料选择395.2.2 转子线型设计395.2.3 壳体与转子间间隙值设计405.3 本章小结40第六堂液力自动变速器的-：维建模416.1 软件介绍416.2 主要零件的三维建模41621液力变矩器三维模型416.2.2行星齿轮变速器三维模型436.3 本章小结45第七堂换挡控制策略分析与优化467.1 换挡控制的基本原理467.1.1 换挡控制的内容467.1.2 换挡品质评价指标467.2 智能化换挡控制研究现状477.3 基于几种不同理论的换挡控制策略477.3.1 有限状态机理论477.3.2 模糊控制理论487.4 本章小结48第八章结论与展望49参考文献50致谢51第一章绪论1.1 国内外研究现状近百年来，自动变速器的研究有若发展飞速，自1889年第一台变速器问世，1914年Benz公司提出了全自动齿轮变速器，1926年Buick轿车采用了液力机械传动，1939年GM-OIdsmobiIe轿车将液力播合器运用到其4档液力变速器中，1950年Ford公司则对其自动变速器进步改善，运用了液力变矩器，1977年ChrySIer公司为改善燃油经济性和降低油温提出了带领止离合涔的液力变矩器，而1980年代以后，多挡位的液力自动变速器以及多种类的自动变速器如CVT.AMT、DSG、SMG等也被大量研发和使用在各种车型，如本由1996CivcHX型轿车配巴的金屈带式无极变速箱，1998年例国大众1.upo轿车配餐的电子控制机械式自动变速箱，1990年代至今，大量的电子技术被广泛运用I1.明显的，随着“电子化，轻量化，节能化”的汽车生产大环境走向，相对液力式自动变速箱，电控式自动变速器的在未来的发展前景更具有可预见性，而且，电控式自动变速箱性价比更高，牛产维承性较好，改造成本低，械件开发和软件研制的通用性更广，所以我国未来的研发对象很有可能是以电控式自动变速器为主。但是，单纯从越野车来看，考虑到其行驶路况的豆杂性，虽然目前市场上主要配四的有手动变速器和液力自动变速器，但是装备有液力变矩器的变速器，具有更好的自适应性，使得汽车的越野性能更好.而另一方面，虽然自动变速器的传动效率不及手动，但是从70年代的闭锁离合器、80年代的多挡位行星齿轮变速器、90年代的电子技术的应用以及现如今的CAD/CAM技术等都在一定程度上提高了变速器的传递效率，很好的改善了其燃油经济性。所以，就越野车这一特殊车种的变速潺来看，液力式自动变速器仍然会是其研发的主潦栽体，未来极有可能会更大程度的在控制部分结合电子技术，提高燃油水平。1.2 设计内容及方案本次设计主要分为三个部分：儿种常用自动变速器的分析比较、液力式自动变速器的结构设计以及控制策略的分析，其中，最主要的是液力式自动变速器的结构设计。它主要由液力变矩器、行星齿轮机构以及液压控制系统组成。液力变矩器选用的是三元闭锁式液力变矩器，采用相似设计法对循环圆进行设计计算，同时采用机械设计法对单向离合器和闭锁离合器进行设计计算；行星齿轮机构采用的单排行星齿轮机构和拉维诺式行星齿轮机构组合的形式，依据北京轻型越野汽车的基本参数，时行星齿轮变速器进行结构参数设计.硬定了他们的结构尺寸后，运用Catia对其建模和装配。第二章总体方案设计2.1 参考车型基本参数本次变速器的设计以BJ2036QE3北京轻型越野汽车为参考，包阅网络资料可得其主要参数如下表所示：表2.1北京轻型越野汽车主要技术参数项目参数驱动形式前驱长/宽/高(mm)4490*1825*1940轴距(mm)2600整备质量(kg)2090最大功率(kW)110KW5600rpm最大扭矩(Nm)210Nm4500rp最高车速(km/h)150变速器型式6速AT轮胎(km/h)225/65R172.2 各种类型变速器的性能比较变速罂目前主要分为6类：MT(手动变速器)、AT(液力式自动变速罂)、AMT(电控机械式变速器)、CVT(无级变速器)、DCT(双离合器自动变速器)及SMG(顺序换挡离合器)。MT是发展最成熟的一款变速涔，主要由齿轮机构和换挡拨叉、同步器等操纵组件组成。拨动拨叉改变同步践和结合套的结合时象，使主动齿轮与不同直径的从动齿轮啮合实现不同的传动比和转矩的输出。AT主要包括液力变矩器、行星齿轮变速机构和液力控制系统:大部分，其中行星西轮变速器由行星齿轮机构和换挡执行机构组成。其中间的传动机构处于常啮合状态，依靠液压系统通过阀组件调整换挡离合器和换挡制动溺的油压，以及机械控制雎向离合器的离合，使得动力传动路径发生改变，实现变速。AMT就是在MT的结构基础上，加装电子操纵系统。ECU根据收集到的车速、油门等参数信号确定最佳挡位，改变油压来控制离合器的离合、换挡手柄的摘挂等.所以，AMT不仅可以自动变速，还可以手动换挡。CvT最大的特点就是可以自动连续地改变传动比。目前汽车上最常用的为金属带式CVT主要由金属带、生动轮、从动轮、液压泵、齿轮传动机构和控制系统组成。工作轮由固定部分和可动部分构成，之间有一个V形槽，金属带在槽内与工作轮相啮合。可动部分轴向移动时，金属带与主、从动工作轮的接触半径发生变化，从而改变传动比。DCT就是在MT的基础上增加了电控系统和液压驱动系统。整个换挡过程中，齿轮处于常啮合状态，2个离合器轮流工作.换挡前，ECU根据收集到的车速等信息会预判下一个挡位，提前啮合挂挡：当车速达到换挡点，切换离合器实现换挡。SMG采用的是一种推拉式半自动变速系统技术，在齿轮传动的MT的基础上，换挡机构改为液压控制系统，完成离合涔的集合分离、换挡等操作。各种自动变速耦的性能比较结果如下表所示：表2.2各种变速器的性能比较名称优点缺点<1）结构简单、成本低平顺性差(1)MT<2）传递效率高（3）研究技术成熟(2)换挡操作复杂<1）换挡平顺,舒适性好(1)质员大、成本高AT<2）技术成熟可靠(2)动力响应迟钝(3)液力传动的效率不高，油耗偏高控制难度大<1）结构简单、成本低(1)AMT<2）动力传输直接（3）燃油经济性好(2)换挡顿挫感强，舒适性差T<1）换挡平顺(1)传递转矩有限CVI<2）动力性和燃油经济性好（1）换挡迅速且平顺(2)响应较慢DCT（2）传递效率高结构复杂，技术难度大，制造成本高（3）可传递较大转矩SMG换挡迅速且平顺成本海，使用率较低，2.3 液力变矩器选型液力变矩器是自动变速器的核心部件之一，一般的液力变矩器由可转动的泵轮和涡轮以及固定不动的导轮三个元件组成，利用液体循环流动的过程动能的变化传递动力。在这个过程中，由于固定不动的导轮给涡轮一反作用力矩，使涡轮输出转矩不同于泵轮输入转矩，故液力变矩器不仅可以传递转矩同时可实现变矩。但是普通的三元式液力变矩沿的传递效率不高，为此主要由以下几种措施：（I）三元件综合式液力变矩涔：相较普通的液力变矩渊，其导轮安装在单向离合器的外座圈上，通过单向离合器与变速器壳体连接。它最大的特点就是结合了液力变矩器和液力耦合器的优点，在中低速工况下，利用液力变矩器增扭，在高速工况下，利用液力耦合器提离效率。（2）四元件综合式液力变矩器：在三元件综合式液力变矩器的基础上，将导轮分别成两个，分别安装在各自的单向离合器上，从而形成了双导轮结构的四元件综合式液力变矩器。这样虽然拓宽了变矩器”高效率区域”，但是结构更杂，在汽车上的使用率较低。（3）闭锁式液力变矩器：在变矩器壳体与泵轮之间增加了一个液压控制的锁止离合器，从而实现了液力变矩器传动和机械直接传动两种工况，很好的提高了传动效率，汽车的行驶速度和燃油经济性都有所改善。综上所述，本次设计选用三元件综合闭锁式液力变矩器。2.4 行星齿轮变速器的选型行星齿轮变速器主要由行星齿轮机构和换挡执行机构两大部分组成，行星齿轮机构实现变速，换挡执行机构实现换挡.本小节招对行星齿轮机构和换挡执行机构分别选型2.4.1 行星齿轮机构常见的行星齿轮机构有：种，常常通过一定的组合方式实现多挡位和高效率传递。<1）单排行星齿轮机构单排行星齿轮机构包括一个太阳轮，若干个行星轮及行星架和一个内齿圈，常常用在超速挡，和其他典型机构组合。1.1.2.1单排行星齿轮机构（2）辛普森式行星齿轮机构辛普森行星齿轮机构采用双星行扑组合，由太阳轮组件（前后两个行星搭的太阳轮连为一体）及与输出轴相连的前行星架和后内齿圈组件组成.图2.2辛普森行星齿轮机构（3）拉维诺式行星齿轮机构拉维诺式行星齿轮机构也是采用双行星排组合，前后排具有公共的行星架和齿圈，常常用于前驱车型。考虑到设计技术条件的成熟性以及车型的要求,本次设计以爱信6速的结构作为参考,行星齿轮机构采用单排行星齿轮与拉维诺行星齿轮机构组合的方式。图2.3拉维诺行星齿轮机构2.4.2换挡操纵机构行星齿轮机构中的换挡执行机构主要有三种：离合耦、制动器和单项离合耦，前面两个通过液压系统油压连接齿轮机构中的某些元件来实现转速变换，后者则是以机械的方式对相关元件进行固定锁止。（1）离合器臼动变速滞中的离合器的作用主要起到连接和锁定作用。H前多采用湿式多片高合器，主要包括离合器鼓、活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片和花键毂等组成。这种离介罂的表面积较大，可以传递较大的力矩，同时摩擦副表面的位面积乐力分布均匀，不需要担心会由于磨损或者啮合关系不佳对其进行间隙调整。但是，由于它一直处于运转状态，空转时会有较大的摩滑损失。根据离合器活塞的回位弹簧的不同，可以分为膜片弹簧式、圆周均布螺旋弹簧式、中央螺旋弹簧式和波形弹簧式，这其中，忸周均布螺旋弹簧式由丁压力分布均匀、轴向尺寸小以及成本小等优点，目前在自动变速器上使用最为广泛。而中央螺旋弹簧式由于压力分布不均而I1.轴向尺寸大，目前几乎不用：膜片弹簧式具有非常理想的非弹性线性特性，但是结构相对复杂一些。综上考虑，选择圆周均布螺旋弹筏式的湿式多片高合器.（2）制动器制动能的作用是在液质作用下推动活塞来固定行星齿轮机构中的元件阻止其运转，目前使用较为广泛的为片式制动器和带式制动器，其中片式制动器结构与多片式离合器结构相似，但是其缸体和壳体是固定不动的。片式制动器平顺性较好，同时可以根据汽车发动机的动力性要求增减摩擦片数达到相应的制动效果，但是轴向空间大。而带式制动器由于制动鼓与行星齿轮机构制成一体，靠制动带对旋转件进行锁定或放松，且液压缸体积较小,因此结构简单，轴向尺寸小，整体占用空间也较小.综上考虑，选用空间体积较小而I1.便于安装的带式制动器。<3）单向离合器单向离合器的作用和制动器相似，但是它一方面没有控制机构，另一方面只能单向锁止行星齿轮机构中的元件，当元件方向与锁止方向不同时就会择放“目前常使用的有滚柱式和楔块式，滚柱式的滚了为例柱体，并且在内外环上有楔形槽,而楔块式则没有。目前,常在液力变矩涔中见到滚柱式单向离合器，在齿轮机构中采用楔块式单向离合涔。考虑到楔块式中的楔块装配要求较高，所以本次设计选用结构较简埴的滚柱式单向离合器。综上，结合所选车型的汽车参数以及所参考的速信6速变速器的结构，最终确定的执行机构为：个湿式多片离合器,两个片式制动器和一个滚柱式单向掰合器，结合上节行星齿轮机构，设计一款6速的液力自动变速器。2.5 液压控制系统主要部件的选型液压控制系统主要包括三大部分：动力源（液压泵）、执行机构（离合器和制动器的液压缸）和控制机构（主油路系统、换挡信号系统、换挡阀系统、缓冲安全阀系统）。本小节主要是对液压泵和些控制机构选型。2.5.1 液压泵的选型常见的液压泵有内啮合齿轮泵、叶片泵和转子泵三种闭，其中叶片泉和转子泵结构类似，都含有定子、转子、配油盘和壳体等组成，主要通过改变定子与转子的偏心跑实现油腔容积的变化，从而改变油泵油压。这种油泵结构紧潴、流址均匀且使用寿命长，但是对油侦比较敏感。而内曜合齿轮泵主要由小尚轮、内齿圈、月牙隔板、泵壳和泵盖等组成，尺寸小质量轻，流量均匀噪声小，但是齿轮间的工作间隙对系统的工作影响较大，故设计和装配时需要注诲。考虑到实际的使用情况、可兼性及技术的成熟性，本次设计选用目前使用较为广泛的内啮合齿轮泵。2.5.2 控制机构阀组控制机构主要有四大系统：主油路系统、换挡信号系统、换挡阀系统以及缓冲安全阀系统。其中，主油路系统的油压将直接膨晌换过过程的平顺性和功率的损耗情况，太高或者太低都不利于执行机构正常工作，因此在主油路系统中需要设置调压阀，以达到精确控制油压的目的。本次设计选用阶梯型滑阀。而根据换挡信号系统和换挡阀系统的控制元件的不同，可分为电控液动式和液控液动式，由丁电控液动式相对后者有更好的控制效率，可使得变速器换挡更平稔，得到较好的经济性和动力性，所以选择电控液动式。缓冲安全阀，顾名思义即可知其作用是对换挡过程中的冲击起到缓冲和安全作用，最常用的主要有液压阀和减震涔，较少的比如倒档离合器顺序阀和调整阀等，也可以在一些不见得油路系统中起到缓冲作用.2.6 挡位布置形式分析根据所选的行星齿轮机构和换挡执行机构，最终确定的行星齿轮变速器的结构布置图如下图2.4所示。其中，前排行星齿轮机构的太阳轮固定，动力由齿圈输入,行星架输出;拉维诺行星齿轮机构中，大小太阳轮分别由高合器C3和离合器C1.与前排行星架连接，公共行星架通过感合器C2直接驱动，而制动器B1.和制动器B2大太阳轮和公共行星架，单向离合器FO也起到单向固定公共行星架的作用，动力最终由齿圈输出.图2.4行星齿轮变速器所以，最终确定各挡位与伺服的关系以及传递路径如下图2.5所示。(e)5档动力传递路径<f)6档动力传递路径<g）倒档动力传递路径图2.5各挡位的动力传递路径示意图各个挡位的具体的动力传递路线如表2.3所示。表2.3各挡位的动力传递路径挡位传递路径.1 输入轴前排齿圈前排行星架C1后后太阳轮后排齿限输赢2 输入轴-前排齿圈前排行星架-C1.-后后太阳轮-后排齿圈-输出轴3 输入轴-前排齿圈-前排行星架-CI-后后太阳轮-后排齿圈-输出轴输入轴-前排齿圈-前排行星架-C3-后前太阳轮-后持齿卧输出轴4 输入轴湎排齿圈而排行星架-C1.-后后太阳轮-后持齿部输出轴输入轴-C2-后行星架-后排齿圈-输出轴5 输入轴-前排齿圈-前排行星架-C3-后前太阳轮-后樗齿卧输出轴输入轴-C2-后行星架-后排齿圈-输出轴6 输入轴而排齿圈-前排行星架-CI-后后太阳轮-后推齿卧输出轴R输入轴-前排齿圈-前排行星架C3-后前太阳轮-长行星轮-后排齿圈-输出轴2.7本章小结本章主要是分别对几种不同类型的变速器做出比较，确定设计对缴；然后对液力式自动变速器的几个主要部件进行结构选型，确定各部件的结构：最后对整体的挡位布置形式以及动力传递路线做出分析.第三章液力变矩器的设计3.1 液力变矩器的结构设计对于液力变矩器常用的设计方法有三种：相似设计法、经验设计法和理论设计法。考虑到个人设计经验以及设计能力有限，按照设计车型的液力变矩器，选择一款同车型的成熟的变矩器作为参考，采用“相似动计法”对其进行设计来确定其循环圆形状、工作轮布置、叶形等。该变矩器的相关参数指标如下表：表3.1液力变矩器的结构设计参数叶轮名称进口角出口角泵轮133°90"涡轮46152°导轮103'20°3.1.1 循环圆设计在液力变矩器轴心线做截面，与液体相接的界线形成的形状即为循环圆，如图3.1所示。<1）循环圆形状选择根据循环圆外环的形状，可以分为：圆形、椭圆形、蛋形等，在单级三元件液力变矩得中，目前最常用的便是由三段圆弧构成的近似侧形，主要是因为这种例形的变矩器泵轮和涡轮是对称布置的，方便单向离合器在导轮中布置。所以，依据第二章选型结果“三元综合闭锁式液力变矩涔”，本次设计选用圆形。(2)叶轮型式及排列位置根据循环圆在变矩其中的排列方式的不同可以分为径流式、轴流式和混流式三种。从名字即可知，三者不同之处在于液流在轴测方向看去的流动方向不同，而混流式则是既有径向潦动也有轴向流动.由于圆形循环圆多采用混流式工作轮，故本次设计选用混流式。<3)循环圆尺寸隔定循环圆有效直径循环圆有效直径的计算:公式如下：I>=J7-<3.1)V芍丽其中，泵轮的转矩为T9550C95501.1.0SAVTn=187.6Nntb56(X)I*与转矩相对应的转速为n=(0.30.45)*=252()>m查表可得，泵轮的扭矩系数儿=1.9x1.O-6,工作液密度0=860心/将其代入公式(31>可得：D=sI4；=J«1巩：§-r=206.3/wn忆席%V1.91.068609.8×2520参考般的变矩器的实际尺寸，取整为300mm。宜径比m直径比是指循环圆的内外径的比值，表达式如卜;用吟(3.2)对于失效变矩比要求较高时,m¾0.4*0.45：要求一般时，取0.33,在此取0.4。因此，循环101的内径根据公式(3.2)可得：Dt>=Dm=300×0.4=120/w;循环圆形状系数a循环圆系数是指循环圆的内外环的径向长度的比值：a=4(3.3)一般情况卜.，如果a太小，就会导致循环圆内的流量增大，从而增大泵轮的转矩系数。因此，参考其一般的取值范围043055,在此取较大值0.5。由图3.1可知，外环径向长度：,D-Dr)300-120on1.,=90/nw22所以，内环径向长度根据公式3.3)可得：1.i=1.ytn=9()X0.5=45/Htn宽度B1循环圆的轴向宽度:B=bD(3.4)一般情况下取循环圆的宽度比b为0.20.4,在此取0.3,则轴向宽度为120mm。Ia形尺寸计算根据潦线的设计原理和方法：确定叶片进出口边后，对叶轮设计流线十等分，并作出相应垂直于流线的元线,在任意元线上的过流面积为循环恻面积的23%时，设计结果最优.(3.5)过流面积的计算公式如下：CoSe其中，夹角和外环交半径可测电，内环交半径rs以及设计流线交半径r的计免公式为综合考虑设计可行性和成熟性，本次设计选用另一种方法：相似设计怯。根据“相似设计理论”，在液力变矩器中的液体流态和受力情况相似的情况下，即可依据有效直径的比例进行缩放设计相关尺寸。本次设计以“循环圆有效直径为202mm”的变矩器为参考，由下其工作的最大转矩以及涡轮和泵轮出口角相似，故该采用该设计方法合理。已知，参考循环圆的最佳过流面积为000737m2,弦长30.3mm,其涡轮泵轮导轮的半径分别如卜表3.2-33所示叫序号rRO0.051040.043360.0577110.054730.04960.059520.059330.056810.0621330.065220.06460.0658340.071430.072540.070350.07770.086190.0751360.083580.087110.079970.088650.0925S0.0841380.092770.097560.0877190.0950.100110.08932100.095790.101040.09033表3.3参考涡轮半径序号rrsR00.051040.043360.0577110.054730.04960.059520.059330.056810.0621330.065220.06460.0658340.071430.072540.070350.07770.086190.0751360.083580.087110.079970.08865O.O925S0.0841380.092770.097560.0877190.0950.100110.08932100.095790.101040.09033表3.4参考导轮半径序号rr$rcO0.051040.043360.0577110.049890.039920.0570420.047890.037150.0566430.0470.035120.0564340.046490.033880.0563550.046320.033470.0563360.046490.033880.0563570.0470.035120.0564380.047890.0371S0.0566490.049230.039920.05704IO0.051040.043360.05771所以，计算可得最佳过流面积为001623m2,弦长为45mm.浙轮泵轮导轮的半径分别如表3.537所示。表3.5泵轮半径序号rcO0.07579440.06438960.0856993510.081274050.0736560.088357520.088105050.084362850.0922630S30.09685170.0959310.0977S75S40.106073550.10772190.104395550.11538450.127992150.1115680560.12411630.129358350.118651570.131645250.137436750.1249330580.137763450.14487660.1302493590.1410750.148663350.1326402100.142248150.15004440.134145序号r%<O0.07579440.06438960.0856993510.081274050.0736560.088357520.088105050.084362850.0922630530.09685170.0959310.0977S75S40.106073550.10772190.104395S50.11538450.127992150.1115680S60.12411630.129358350.118651570.131645250.137436750.1249330580.137763450.14487660.1302493590.1410750.148663350.1326402100.142248150.15004440.134145表3.7导轮半径序号rcO0.07579440.06438960.0856993510.074086650.05928120.084704420.071116650.05S167750.084110430.0697950.05215320.0837985540.069037650.05031180.0836797S50.06878520.049702950.08365560.069037650.05031180.0836797570.0697950.05215320.0837985580.071116650.055167750.084110490.073106550.05928120.0847044100.07579440.06438960.0856993S3.1.2叶片设计< 1）叶片厚度设计对于叶片的加工方法，目前最常用的两种制造工艺是冲压和铸造，冲压则无厚度变化,铸造则可加厚。考虑到叶片承受的力矩范围以及变矩器的类型，选择涡轮和泵轮的叶片冲压而成，厚度设为4mm：导轮的叶片采用铝合金铸造而成，入口处较厚，设为46mm出口处较薄，设为1.52mm.< 2）叶片数设计叶片的数目对于液流的效率有很大的影响。一股情况卜.，在高速工况卜.，叶片数越多，耦合的效率越高：在低速工况下，叶片数越少，越有利于提尚输出转矩。反之，则可能出现液流阻寒或者过缓的情况.根据一般的统计规律，泵轮的最佳叶片范围为2428,涡轮的最佳叶片范围为282S,导轮的最佳叶片范闹为2628。综合号虑，最终设计结果为：涡轮和泵轮叶片数均为24,导轮叶片数为27。< 3）叶片间隙设计根据“强力涡流理论”，设计叶片时，相邻叶片之间应该采用最小间隙，以此来减低涡旋的影响，同时，也可以最大程度的提高循环圆的利用率.根据统计规律，一般设过间隙为22.5mm在此取2.5mm。3.2单向离合器设计根据第二章的选型分析可知，在液力变矩涔中常常使用的为滚柱式堆向离合器，结构图如图3.2所示。3.2.1 初选材料和尺寸设计根据设计要求，初选材料为GCrI5,其强度为60HRS.根据强度要求，初选初选契入角为2夕=8",内圈半径=3历”，滚柱半径=6”，滚柱长6=12AMm,滚柱数z=60则楔紧平面到轴心线距离c=（r+6）CoSe+r=41.3JW1.，:二图3.2第向符合器的结构图(1表示内圈，2表示滚子，3表示压紧弹簧，4表示外圈)3.2.2 滚柱表面接触应力校核滚柱表面接触应力表达式如下：<=0.042,j(3.6)Vbp其中，单向离合器上的正压力：FZ=-1.一=-伊-M-(3.7)(r+2,)w三(r+2j1)x查表可知，摩擦副的摩擦系数U=O.1,工作储备系数一般取力=1.4-5,在此取1.4,钢材料的如性系数E=2.06×IO5,密度P=7.85AgZm1.将其带入公式(3.6)和(3.7)可得：,z1"1E.111.4×2IO×2.0610,11.i.,n.w.=O.O42J=().()42,/=2IOMpa<=21(X)p</bpV(31+2×6)×0.1×6×12×7.85所以，校核符合。3.3锁止离合器设计对于液力变矩潺里的锁止离合器主要分多片式离合器和单片式离合器，多片式相对于单片式主要区别在于主动片和从动片的数目多一些，可是其结构及杂，且摩滑不均匀，所以，本次设计选择的是结构简单且转动惯量较小的单.片式高合器。图3.3闭锁离合器的结构图由图3.3结构图可知，这种离合器的摩擦片与减震器通过导向键滑动连接，减慈器与涡轮通过斜钉连接.3.3.1 摩擦片设计<1）初选后备系数后备系数一般取值范围在1.21.75之间，越小越好，在此初选值为1.2。（2）选材和解定结构选择材料为锌铁对铜基粉末冶金摩擦材料，结构为单楸离合裾、单摩擦面，杳表可知其摩擦系数为0.1,许用单位应力%=0.4（）.55Mpa<3）尺寸计算根据摩擦片的外径计算公式D=Kf）JT1.rZ=14.6x,210=211.6mnt结合离合器摩擦片尺寸系列以及液力变矩器的循环圆尺寸，最终确定摩擦片外径为280mm。查表可得叫其内径d为165mm,厚度b为3.5mm,内外径U比值为0.59,单位摩擦面积F为402Cm2。（4）单位压力校核静摩擦力矩的计算公式T仃,D5（1.-C'）TC-fmM=叭Pwz（3.8）I/由公式（3.8）可推导得出单位压力计算式，带入相关数值可得：=0.276Mp<<Pn=0.40.55Mpan0=一卫苑"=一史上丝一形D3Q-C')x0.1.x1.x28()1.(1.-0.595)所以，校验符合。(5)外径校核根据要求，当发动机处于最大转速时，摩擦片的外径尺寸应确保其最大圆周速度不超过70ms,将数值带入其表达苴可求得m-12000()处照包=6而s<7(WS1200根据摩擦片的外彳仝查表可知其许用单位摩擦面积传递力矩为N=O(JO35Nm"wJ,而该摩擦片的单位面枳传递的转矩为九=五急方厂菽含疑%°0°3V公所以，外径设计符合。(6)摩滑功校核汽乍起步时,离合器接合次产生的总滑磨功为W=叫呼80Oiro(3.9)单位摩擦面积的滑弹功为4WW=-11Zi-d2)(3.10)其中，主减速器传动比和一档传动比都取4.汽车的整备质量;为2090kg,车轮半径可由第二章的