毕业设计(论文)CL410液力变矩器设计.doc
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1、摘 要就是以液体为工作介质,利用液体动能来传递能量的一种流体传动,液力变矩器则是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。历经百年的发展,液力变矩器的应用不断扩大,在今天,现代社会的每个机械工业设计的方面我们都能发现液力变矩器的身影,在大多数的自动挡汽车中,设计者都选择了液力变矩器作为变速装置。液力变矩器的研究工作对我国工业水平的提高,对国防事业的发展都存在深远的意义。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。关键词: 液力传动 CL410
2、液力变矩器 叶片设计AbstractIn liquid medium for work is, using liquid kinetic energy to deliver energy of a fluid transmission, hydraulic torque converter is liquid medium for work of a kind of non-rigid torque converters, hydraulic transmission is one of the type. After one hundred years of development, the
3、 application of hydraulic torque converter is expanding constantly, today, the modern society each machinery industrial design of the ways we can find hydraulic torque converter figure, in most of the automatic-shift cars, designers, chose the hydraulic torque converter as a variable speed device. H
4、ydraulic torque converter the research for our country industry level, the development of the cause of defense has a deep significance. Hydraulic torque converter design is mainly refers to the torque converter circular circle of design, the blade design calculation, the structure characteristics, d
5、esign and some key parts of the design, because the blade parameter directly affect the torque converter performance, it is the design of the hydraulic torque converter is the key to the blade design.Key words: Hydraulic transmission; Hydraulic torque converter of CL410; Blade design. 目录摘 要1Abstract
6、2目录3第1章 绪论41.1 液力传动与液力变矩器简介41.2本课题研究的意义目的:61.3 国内外研究现状:7第2章液力变矩器的相关主体内容82.1液力变矩器的组成及种类82.2 液力变矩器的工作原理102.3传动方案的设计122.4 液力变矩器的润滑及密封13第3章液力变矩器叶片及循环圆的设计153.1概论153.2循环圆的确定15第4章叶片具体参数的设计174.1泵轮叶片的设计174.2涡轮叶片设计214.3导轮叶片设计25第5章 总结27参考文献28致 谢29 第1章 绪论1.1 液力传动与液力变矩器简介 液力传动就是以液体为工作介质,利用液体动能来传递能量的一种流体传动。叶轮将动力机
7、如图1-1(内燃机、电动机、涡轮机等)输入的转速、力矩加以转换,经输出轴带动机器的工作部分。液体与装在输入轴、输出轴、壳体上的各叶轮相互作用,产生动量矩的变化,从而达到传递能量的目的。液力传动与靠液体压力能来传递能量的液压传动在原理、结构和性能上都有很大差别。液力传动的输入轴与输出轴之间只靠液体为工作介质联系,构件间不直接接触,是一种非刚性传动。液力传动的优点是:能吸收冲击和振动,过载保护性好,甚至在输出轴卡住时动力机仍能运转而不受损伤,带载荷起动容易,能实现自动变速和无级调速等。因此它能提高整个传动装置的动力性能。液力传动开始应用于船舶内燃机与螺旋桨间的传动。20世纪30年代后很快在车辆(各
8、种汽车、履带车辆和机车)、工程机械、起重运输机械、钻探设备、大型鼓风机、泵和其他冲击大、惯性大的传动装置上广泛应用。液力传动装置有液力耦合器和液力变矩器两种。液力耦合器是一种非刚性联轴器。液力变矩器实质上是一种力矩变换器。它们所传递的功率大小与输入轴转速的3次方、与叶轮尺寸的5次方成正比。传动效率在额定工况附近较高:耦合器约为9698.5,变矩器约为8592。偏离额定工况时效率有较大的下降。根据使用场合的要求,液力传动可以是单独使用的液力变矩器或液力耦合器;也可以与齿轮变速器联合使用,或与具有功率分流的行星齿轮差速器(见行星齿轮传动)联合使用。与行星齿轮差速器联合组成的常称为液力-机械传动。液
9、力传动装置的整体性能跟它与动力机的匹配情况有关。若匹配不当便不能获得良好的传动性能。因此,应对总体动力性能和经济性能进行分析计算,在此基础上设计整个液力传动装置。为了构成一个完整的液力传动装置,还需要配备相应的供油、冷却和操作控制系统。液力机械传动产生的力可以很大,但由于液体胀力,黏度受温度影响,使传动不稳定;行程受油缸的影响,所以对重型运梁车不适用。 图 1-1液力传动的柴油机液力变矩器则是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
10、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。输出扭矩与输入扭矩的比值称变矩系数,输出转速为零时的零速变矩系数通常约26。变矩系数随输出转速的上升而下降。液力变矩器的输入轴与输出轴间靠液体联系,工作构件间没有刚性联接。液力变矩器的特点是:能消除冲击和振动,过载保护性能和起动性能好;输出轴的转速可大
11、于或小于输入轴的转速,两轴的转速差随传递扭矩的大小而不同;有良好的自动变速性能,载荷增大时输出转速自动下降,反之自动上升;保证动力机有稳定的工作区,载荷的瞬态变化基本不会反映到动力机上。液力变矩器在额定工况附近效率较高,最高效率为8592。叶轮是液力变矩器的核心。它的型式和布置位置以及叶片的形状,对变矩器的性能有决定作用。有的液力变矩器有两个以上的涡轮、导轮或泵轮,借以获得不同的性能。最常见的是正转(输出轴和输入轴转向一致)、单级(只有一个涡轮)液力变矩器。兼有变矩器和耦合器性能特点的称为综合式液力变矩器,例如导轮可以固定、也可以随泵轮一起转动的液力变矩器。为使液力变矩器正常工作,避免产生气蚀
12、和保证散热,需要有一定供油压力的辅助供油系统和冷却系统。液力变矩器的特性可用几个外界负荷有关的特性参数或特性曲线来评价。描述液力变矩器的特性参数主要有转数比、泵轮转矩系数、变矩系数、效率和穿透性等。描述液力变矩器的特性曲线主要有外特性曲线、原始特性曲线和输入性曲线等。液力变矩器通常能够实现以下功能:1、液力变矩器能够自动无级的根据负载变化改变涡轮的转速,提高车辆的通过能力; 2、液力变矩器通过液体连接泵轮和涡轮,减少发动机对传动系统的冲击载荷,提高传动系统的寿命;3、液力变矩器在起步时,能够提高车辆的起动变矩比,从而提高车辆的动力性能; 4、起步平稳柔和,提高乘坐舒适性。 图1-2 液力变矩器
13、1.2本课题研究的意义目的 在今天,现代社会的每个机械工业设计的方面我们都能发现液力变矩器的身影,在大多数的自动挡汽车中,设计者都选择了液力变矩器作为变速装置。液力变矩器的原理相当于两台对吹的电风扇,当一台开始工作旋转时,他的气流就会带着另一台电风扇跟着转动,只不过液力变矩器的介质不是空气而是油质。液力变矩器具有的优良特性,自动适应性,无级变速,良好稳定的低速性能,减震隔震及无机械磨损等,是其他传动元件无可替代的。历经百年的发展,液力变矩器的应用不断扩大,从汽车,工程机械,军用车辆到石油,化工,矿山,冶金机械等领域都得到了广泛的应用。液力变矩器的流畅理论,设计和制造,试验等研究工作,近年来,也
14、得到了突飞猛进的发展。 发和我国经济的大发展,交通运输,水利水电,建筑业,能源等领域将是发展的重点,因此液力变矩器在我国有广阔的市场,入世以后,我国的液力变矩器制造市场正面临着前所未有的挑战,另一方面,无论是液力变矩器的设计方法,还是其制造方法仍有许多个工作值得去做。要积极推广液力变矩器的使用,开发新型液力变矩器,并不断地改善其性能。液力变矩器的研究工作对我国工业水平的提高,对国防事业的发展都存在深远的意义。1.3 国内外研究现状 国外已普遍将液力传动应用于轿车,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。以美国为列,自70年代起,每年液力变矩器在轿车的装备率都在百分之
15、九十以上,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接近百分之百,在重载汽车方面,载货量3080t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735kw,载货量超过100t的重型汽车中,液力传动也得到了应用。如阿里森的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,在某些非公路汽车上,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,近年来装备了液力变矩器的车辆也显著增加。国外较大吨位的装载机,推土机等工程机械多数都采用了液力传动。 我国在50年代就将液力变矩器应用到了红旗轿车之中,70年代又将液力变矩器应用于重
16、型矿用汽车中,目前,我国车辆液力变矩器主要应用于系列机车,一些工程机械和新一代的主战坦克及步兵战车等车辆。液力传动在我国工程机械的应用始于60年代,有天津工程机械研究所和厦门机械厂共同研发的zl435装载机的液力传动应用开始,80年代有天津机械研究所研制开发了yj单级向心涡轮液力变矩器叶栅系统和yjsw向心涡轮液力变矩器叶栅系统。两大系列目前已成为我国国内工程机械企业的液力变矩器的主要产品。其产品的主要性能指标已达到国外同类产品的先进水平。80年代北京理工大学为军用车辆开发了ch300,ch400,ch700,ch1000系列液力变矩器,为突破大功率,高能容,高转速液力变矩器的设计与制造关键技
17、术,达到国际先进水平,满足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车等也应用了进口的液力变矩器。 第2章 液力变矩器的相关主体内容2.1液力变矩器的组成及种类常见的两级三元件综合式液力变矩器由泵轮总成、涡轮总成、导轮总成、闭锁离合器总成和后盖组成,导轮通过单向离合器与变速箱壳体固定连接。泵轮与后盖焊接成一个整体里面充满了传动油,并与发动机连接,起主动作用。涡轮与变速箱输入轴连接,起动力输出作用。变矩器工作时,泵轮在发动机带动下将传动油冲入涡轮,从而带动涡轮转动,实现了动力由发动机向传动系统的传递。导轮总成中,如果单向离合器工作,液力变矩器则起变矩器作用,从而增加扭矩的输出;如果单向
18、离合器不工作(导轮反转),此时变矩器起到了偶合器的作用。 单级变矩器一般由一个泵轮,一个涡轮,一个或者两个导轮组成。还有两个泵轮的液力变矩器,辅助泵轮由奥米伽离合器调节其转速,改变变矩器的能容。两级变矩器由一个泵轮,两个涡轮,两个涡轮间还有其他叶轮相隔和一个或者是两个导轮组成。三级变速器由一个泵轮,三个涡轮和两个或者三个导轮向间组成。可调变矩器有调节机构,调节泵轮叶片或导轮叶片的角度,改变变矩器的能容量。也可以在循环圆内装一个可调的节流挡板来达到调节变矩器性能的目的。综合式液力变矩器叶轮布置特点:泵轮与涡轮对称布置,导轮装在单向离合器上,单向离合器允许导轮着泵轮旋转方向旋转。图 2-1 液力变
19、矩器分类示意图多循环液力传动装置,双循环圆,多循环圆液力传动是有两个或几个液力变矩器液力偶合器组成。多循环的液力传动是为了得到反转或者是为了得到不同的速度档。动力由输入轴输入,经过液力变矩器由输出轴输出功率。当左边的正转向心涡轮变矩器充满工作液,而右边的反转变矩器倒空时,工作机正转。档右边的反转变矩器充液,而左边的正转变矩器倒空时,工作机反转。如图,液力变矩器有多种分类方式:1按插在其他也轮之间的涡轮数目分,有单级,二级,三级液力变矩器。2按轴面液流在涡轮内的流动方向分,如图2-2有离心涡轮,轴流涡轮和相信涡轮变矩器3按涡轮相对泵轮的转动方向分,有正转变矩器(同向),反转变矩器(反向)。4按变
20、矩器的能容可否调节分,有可调变矩器与不可调变矩器5按能否实现偶合器工况分,能实现耦合器工况分,能实现耦合器工况者为综合式液力变矩器。6按传递功率流的数目分,有纯液力变矩器以及液力机械传动其功率流分两路传递,功率分流在变矩器以外,即在行星齿轮传动及公众进行功率分流或汇流的称为外分流液力机械传动。功率分流在液力变矩器内部的,称为内分流液力机械传动。 图2-2 液力变矩器按涡轮形式分类示意图2.2 液力变矩器的工作原理液力偶合器里只有泵轮和涡轮,而没有改变涡轮油液流动方向的导轮。工作时泵轮油液传给涡轮,然后又经涡轮返回泵轮,经涡轮返回泵轮的油液改变了旋转的方向,液流流向和泵轮旋转方向正好相反。发动机
21、曲轴在旋转的同时,还需克服来自涡轮油液的反向阻力。发动机动力被削弱了。所以液力偶合器只有偶合工况,而永远不会有增矩工况。 汽车在起步和低速行驶时需要有较大的转矩,而液力偶合器无法满足这一需要。所以早期生产的配液力偶合器的汽车具有起步慢,低速区域提速慢的明显缺点。 为了满足汽车起步和低速行驶时需较大转矩的需要,现代汽车已全部改用液力变矩器。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
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