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工程机械液力变矩器现代设计方法及应用李凌云（湖北工业大学，湖北武汉430068；江苏省宿迁经贸高等职业学校，江苏宿迁223600）一、设计思路转变（一）设计方法创新传统的工程机械液力变矩器设计基于一维束流理论设计，是一个需要大量经验和实验数据的开环系统，设计周期偏长，设计费用高，性能参数难以达到最优，难以满足新时期工程机械发展对液力变矩器设计工作的要求。
近些年国内研究人员提出基于三维流动理论进行液力变矩器设计，应用立体力学CFD 技术以及激光可视流场技术，开发出具有完全自主知识产权的CAX/CFD 集成设计系统，提供直接面向用户需求的集成化一体化设计系统，保证了产品匹配性能以及时效性，同时也为国家工程机械液力变矩器设计提供了新的方法与理论。
（二）关键技术现阶段，工程机械液力变矩器设计主要面临着流场可视化分析、叶片成型、三维瞬态流场计算等难题，变矩器内部液体不可视，叶片空间曲面复杂，稳态流场计算精度难以保证，受到TC内流场特性认知缺乏的影响，CFD 计算建模科学性一般。
（三）工程合作经过工业生产和工程合作，可以快速将研究成果推广向更多的国内TC 制造厂商以及工程机械主机厂，在工程机械液力变矩器生产实践中推动工程机械液力变矩器系统化设计工作的开展，尽快建立工程机械液力变矩器型号谱系，给液力变矩器开发设计以及快速选型工作打好基础，同时在工程应用中进一步丰富设计方法，拓宽其应用领域，提高设计制造水平。
二、工程机械液力变矩器现代设计方法的应用（一）三维稳态流场计算传统的一维束流理论忽视了稳态流场计算的时变性，因而计算精度不高，而三维瞬态流场计算方法则通过多流动区域耦合滑动网格法、湍流模型大涡数值模拟、全流道模型等技术，更准确真实地预测流体流动情况以及涡旋、脱流、分离流动等多种不同的流动现象，更准确地做出TC 使用性能预测。
1.多流动区域耦合滑动网格法TC 工作过程中，泵轮和涡轮转速不一致，循环流动会导致叶轮交界面上的工作介质同时出现流进流出运动，因此数值计算难以设定固定进出口边界条件，瞬态流场整体模拟比较困难。
液力变矩器三维瞬态流场分析马珂婧;何林;何立萍;陈明强【摘要】为实现液力变矩器在大型机械中的高效传动,需对变矩器瞬态流场特性进行分析研究.建立了液力变矩器各叶轮全流道模型,计算中压力速度耦合算法采用Coupled算法、空间离散格式为二阶上游迎风格式,湍流模型选为Realizable k-ε模型,利用多流动区域耦合算法中滑移网格法实现叶轮间流动参数的实时传递.整理计算结果,得到液力变矩器全流道瞬态特性曲线,分析变矩器的内流场可获得流场分布特性,为今后液力变矩器性能的改善和优化设计提供比较科学的依据.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】4页(P15-18)【关键词】液力变矩器;瞬态分析;数值模拟;滑移网格【作者】马珂婧;何林;何立萍;陈明强【作者单位】贵州大学,贵州贵阳550025;贵州师范学院,贵州贵阳550025;贵州大学,贵州贵阳550025;中国南方航空工业有限公司,湖南株洲412002;贵州大学,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TP391.9通过流体传递动力的液力变矩器因其在传动中表现出的优越性广泛应用于机械传动系统中[1-2]。
液力变矩器作为机械传动系的核心部件，对大型机械的动力性和经济性有重要影响。
液力变矩器内部流动决定外部性能，因此国内外诸多专家学者参与研究其内部流动。
Hadi Adibi Asl等提出了一个预测变矩器特性的变矩器动态数学模型，研究其内部流动[3]。
哈尔滨工业大学的毕强采用CFX软件对LB46型变矩器进行了内流场数值计算[4]，但是他提取的是变矩器的单流道模型；重庆大学的谢清乐等采用Fluent软件对不同导叶开度的LB46型变矩器进行全流道数值仿真[5]，但是他采用的是MRF技术，在现有的CFD软件平台中出现了诸如多参考系(MRF)、混合平面、滑移网格、动网格技术，在这些技术中只有滑移网格和动网格是真正进行动态模拟，可以给出运动边界的实时运动状况下的瞬态流场[6]。
液力变矩器涡轮叶片二维平面设计1 选择液力变矩器循环圆型式1.1 选择循环圆液力变矩器的循环圆按照外环形状可分为圆形、蛋形、半蛋形和长方形循环圆四种。
按照一维束流理论，循环圆形状对液力变矩器的性能没有影响。
液力变矩器性能仅与工作轮出、入口半径、叶片角、流道截面积等参数有关。
而圆形循环圆多用于其车型单级液力变矩器，其工作轮可采用冲压焊接制造或铸造，泵轮和涡轮完全对称布置，因此本设计采用圆形循环圆。
1.2 确定工作轮在循环圆中排列位置由于在循环圆中的排列位置的不同，变矩器有以下几种形式的工作轮。
（1）径流式这种工作轮从轴面图看，液流沿着叶片半径方向流动。
（2）轴流式这种工作轮从轴面图看，液流在叶片流道内轴向流动。
（3）混流式这种工作轮从轴面图看。
液流在工作轮流道内既有轴向流动又有径向流动，它的叶片均为空间扭曲叶片。
圆形循环圆变矩器多数情况下，采用混流式工作轮。
其布置图如下:T：涡轮B：泵轮D：导轮图3.12 确定循环圆尺寸2.1 确定变矩器有效直径直径比m 直径比m=D0/D,D0为循环圆内径，D为有效直径此变矩器为0.355m。
一般m=0.38即m=D0/0.355=0.38 （3.1）即D0=0.1349所以循环圆外环半径为：R1=(D-D0)/4 （3.2）=(0.355-0.1183)/4=0.0552.2 确定循环圆形状尺寸已知外环后，开始确定内环、设计流线。
确定内环、设计流线的原则是使液流速度沿流道均匀变化。
为此假定在同一过流断面上各点的轴面速度Vm相等，各相邻流线所形成的过流面积相等。
根据最佳过流面积为循环圆面积的23%的原则，对于有效直径为355mm的变矩器，其最佳过流面积为0.02276m2。
1）循环圆初步设计首先设定一些元线如下图，为方便计算，从上面正垂直的元线开始，递增角度为15°，根据在任意元线上的过流面积F为：F=(Rs2-Rc2)∏/cosθ（3.3）式中θ为元线相对垂直线的夹角，所有元线均垂直设计流线Rs 为任一元线与外环交点上的半径Rc 为同一元线与内环交点上的半径R2 为同一元线与设计流线交点上的半径其次，选定一些任意的元线，并算出内环和设计流线的初步轮廓。
各专业完整优秀毕业论文设计图纸摘要本课题主要是关于YJ355型液力变矩器总成的设计。
液力变矩器是自动变速器上重要组成部分，它位于发动机和变速机械齿轮变速机构之间，起着将发动机的动力传递给齿轮变速机构的作用。
它替代了传统汽车中的离合器，且由于导轮的存在，充分利用了从涡轮叶片内缘流向导轮的油液的速度（动能），提高了涡轮的输出转矩。
由于液力变矩器的叶片直接影响到变矩器的性能参数，因此液力变矩器设计的关键是叶片设计。
同时，变矩器轴向力、结构布置等技术参数对变矩器的性能也有较大的影响，因此本课题主要进行循环圆设计、叶片设计以及一些关键部件的设计。
在设计过程中，主要以液体运动的流量方程、伯努利方程、一元束流理论、欧拉方程、及根据相似原理建立的相似定律、叶片设计的环量分配法及一些基础的力学、转矩、功率公式为基本工具，并且结合AutoCAD 软件，采用作图法，在对液力变矩器的工作原理及性能分析充分了解后，运用以上理论计算出结构参数，再运用这些参数设计出三个叶片，并且用这些计算出的参数验证是否达到最初设计的要求。
最后利用上述所设计的关键部件、结构参数，利用UG3.0软件进行了泵轮、涡轮、导轮的三维绘图设计，利用AutoCAD软件进行三个叶片的二维和装配图的绘制。
关键词：YJ355型，液力变矩器，变矩，设计Design of the YJ355 Torque ConverterABSTRACTThe main topic is the design of YJ355 hydraulic torque converter assembly. Torque converter automatic transmission is an important component of its engines and transmissions in mechanical gear transmissions between will play an engine of the variable speed transmission gear for the role. It replaces the traditional automobile clutch, and because of the existence of reactor, full advantage of a turbine blade from the inside edge of the flow of oil Wizard round of the speed (energy), raise the output torque of the turbine.Because of the torque converter leaves directly affect the performance of the converter parameters, Therefore torque converter design, the key is blade design. Meanwhile, the axial torque converter, the structural layout, and other technical parameters on the performance and torque converter a greater impact Therefore the main topic for a round circle design, blade design and some key components of the design.In the design process, the main movement of the liquid to flow equation, Bernoulli's equation, one yuan beam theory, the Euler equations, Under the principle of similarity and the similarity of the establishment of the law of the ring blade design capacity allocation, and some basic mechanics, torque, basic formula of power tools, Combined with AutoCAD software and usingmapping method, torque converter in the right principle and performance analysis fully understand, use the above theoretical calculation parameters of the structure, then use these parameters to design three leaves, and use them in the calculation of parameters to verify whether the initial design requirements. Finally, the design of key components, structural parameters, using software UG3.0 round of the pump and turbine. I. round of the 3D graphics design, the use of AutoCAD software for 2D three blades and assembling the drawing. Key words: YJ355，torque converter，bending moment，designYJ355型液力变矩器总成的设计杨晨0611031150 引言液力变矩器是自动变速器上重要组成部分，它位于发动机和变速机械齿轮变速机构之间，起着将发动机的动力传递给齿轮变速机构的作用，它替代了传统汽车中的离合器，且由于导轮的存在，充分利用了从涡轮叶片内缘流向导轮的油液的速度（动能），提高了涡轮的输出转矩。
涡轮叶片三维模型重构技术研究及应用
涡轮叶片三维模型重构技术是指通过一系列的数据处理和建模方法，将实际涡轮叶片的几何形状转化为数字化的三维模型。
这项技术的研究和应用主要用于以下几个方面：
1. 涡轮设计和优化：三维模型重构技术可以帮助工程师更加准确地了解涡轮叶片的几何形状和流动特性，从而在设计和优化过程中提供参考。
通过模拟和分析不同形状和尺寸的叶片，可以找到最佳的设计方案，提高涡轮的效率和性能。
2. 故障诊断和维修：当涡轮叶片出现故障或损坏时，三维模型重构技术可以帮助工程师精确地确定问题的位置和程度，并进行修复计划的制定。
通过与设计模型进行比对，可以快速识别出任何形状的变化或缺陷，并采取适当的措施进行修复。
3. 涡轮仿真和性能评估：三维模型重构技术可以为涡轮的流场模拟和性能评估提供准确的几何形状数据。
工程师可以利用这些数据进行流体动力学分析、热传导模拟和疲劳寿命评估等，以便更好地理解涡轮的运行状态和性能，并做出相应的调整和改进。
4. 涡轮制造和材料研究：三维模型重构技术可以为涡轮的制造过程提供准确的几何形状数据。
制造过程中的加工和组装可以根据这些数据进行精确控制，以确保叶片的精度和质量。
同时，三维模型还可以用于材料研究，帮助工程师确定最
合适的材料和工艺参数，以提高涡轮的性能和耐久性。
总之，涡轮叶片三维模型重构技术的研究和应用对于涡轮设计、故障诊断、性能评估和制造等方面都具有重要意义，可以提高涡轮的效率、性能和可靠性。
几何建模方法及涡轮叶片设计技术引言：涡轮是一种关键设备，广泛应用于航空、船舶、汽车和能源等领域。
涡轮的性能直接影响着相关设备的效率和可靠性。
为了提高涡轮性能，几何建模方法和叶片设计技术起到至关重要的作用。
本文将介绍几何建模方法和涡轮叶片设计技术的相关内容。
一、几何建模方法：1.曲面建模法：曲面建模法是一种常用的涡轮几何建模方法。
它通过给定一组曲线或曲面，通过插值、旋转、拉伸等操作，构建出整个涡轮的几何模型。
曲面建模法具有较高的灵活性和可控性，能够满足不同涡轮的几何形状要求。
2.参数化建模法：参数化建模法是一种基于参数化的几何建模方法。
它通过定义一组几何参数，控制涡轮的几何形状。
参数化建模法具有较高的灵活性和可调性，能够快速生成不同参数下的几何模型。
此外，参数化建模法还能够与其他工具和方法相结合，进一步优化涡轮的设计。
3.逆向工程法：逆向工程法是一种将实物模型或现有产品进行数字化处理的方法。
对于涡轮而言，逆向工程法能够快速获取涡轮的几何信息，并进行相应的建模操作。
逆向工程法可以大大提高设计效率，同时减少设计过程中的人为误差。
二、涡轮叶片设计技术：1.不可逆流设计法：不可逆流设计法是一种常用的涡轮叶片设计技术。
它通过巧妙地设计叶片的几何形状和流动通道，使工作流体在流经叶片时尽量不发生逆流，从而提高涡轮的效率。
不可逆流设计法需要考虑叶片的厚度、侧面轮廓和尖缘等因素，以及叶片与流体之间的相互作用。
2.叶片登级技术：叶片登级技术是一种将涡轮叶片进行分级配置的技术。
通过合理配置不同级别的叶片，使涡轮能够更好地适应流体流速和压力的变化，从而提高涡轮的效率和性能。
叶片登级技术既能满足涡轮的流量和扬程要求，又能减小涡轮的几何尺寸和功率损失。
3.叶片三维流动设计技术：叶片三维流动设计技术是一种基于流体动力学的叶片设计方法。
它通过对涡轮叶片的三维流动进行模拟和分析，得到叶片的受力情况和流动状态。
基于这些结果，可以进行叶片的优化设计，使涡轮能够更好地适应实际的流体环境。
摘要液力变矩器作为液力传动装置的一种，广泛的应用在在汽车、工程机械、化工机械中，起着传动和变矩的重要作用。
它是以液体为工作介质，利用液体动能来传递能量的流体传动。
随着液力传动技术的飞速发展，现代液力变矩器以平稳性好，变矩效果明显等优点被越来越广泛的应用并且不断在改进。
所以，提高液力变矩器自主研发能力对我们来说是十分重要的。
本论文主要研究的是CL165液力变矩器的结构设计，而叶片设计又是液力变矩器设计当中的中重要部分，通过使用环量分配法设计叶片旨在使其能够达到所需额定条件，从而实现增加扭矩，动力输出等要求，达到提高传动效率，降低损耗。
关键词：液力变矩器叶片设计环量分配法ABSTRACTHydraulic torque converter as a kind of hydraulic transmission are widely used in the automobile, engineering machinery, chemical machinery, and play an important role in transmission and multiplication of torque. It is based on the liquid as the working medium，use kinetic energy of the liquid to deliver the power。
With the rapid development of hydraulic transmission technology, modern torque converter with the good stability and the advantages of variable torque obvious effect is more widely used and constantly improving. Therefore，independent research and development to improve the ability to torque converter is very important to us.This thesis is studies on the CL165 torque converter Structure design，and the blade design is the torque converter in which an important part of the design . Through the use of blade circulation distribution method designed to enable it to achieve the required rating conditions, in order to achieve increased torque, power output and other requirements, to improve transmission efficiency, reduce losses.Keywords: Hydraulic torque converter ; the blade design; the circulation distribution method目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1) (1) (1) (1) (2) (4)第2章工作原理及设计方法 (6) (6)设计方法 (8) (8)经验设计法 (8)理论设计法 (8)第3章传动方案论证 (10) (10) (10) (10) (11)第4章液力变矩器的叶片设计 (12) (12) (12) (14) (14) (18) (22) (25)第5章总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章绪论液力传动是以液体为工作介质，利用液体动能来传递能量的流体传动。
液力变矩器涡轮叶片三维立体设计1 Solidworks画涡轮叶片根据上章画的轴面图和正投影图可以确定涡轮叶片内环外环各点的三维坐标，有了各点的三维坐标就可也作出叶片的轮廓然后将轮廓拉伸一定距离，再放样便可得到叶片。
为了方便各点取为找分点是所确定的点。
1.1 统计各点的坐标。
1)确定x方向y方向的坐标在外环内环的正投影图以射线Ⅲ为y轴（向上为正），以过圆心的一条垂直于y轴的直线作为x轴（向右为正），然后便可以在CAD中读取各点的x、y坐标,现将读取的坐标统计如下:2) 确定z方向的坐标在轴面投影图上确定z坐标，以过圆心的一条垂直于顶点与圆心的连线的直线为z 轴（左为正方向），然后读出内线外线上各分点的z坐标，现将读取的坐标统计如下：表4.1 长叶片外环外线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -21.46 173.49 13.942 -35.26 165.73 26.653 -43.15 155.58 37.24 -46.05 144.63 49.195 -45.23 133.85 50.436 -41.94 123.84 53.237 -36.86 114.93 548 -30.28 107.21 53.879 -22.75 100.38 52．6210 -15.67 94.03 50.2911 -8.78 88.22 47.1812 -2.53 82.83 43.513 4.04 77.82 39.4314 10.76 72.92 35.0915 12.90 71.58 30.55表4.2 长叶片外环内线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -13.24 174.32 13.94点X Y Z2 -24.58 167.65 26.653 -31.43 158.35 37.24 -34.63 147.78 49.195 -34.39 137.03 50.436 -31.94 126.79 53.237 -27.91 117.41 548 -22.53 109.07 53.879 -16.64 101.58 52.6210 -10.94 94.69 50.2911 -5.41 88.49 47.1812 0.09 82.87 43.513 6.26 77.67 39.4314 12.362 72.49 35.0915 12.89 71.38 30.55表4.3长叶片内环外线三维坐标点X Y Z0 18.86 150.26 01 4.55 148.23 11.372 -1.4 140.86 19.843 -1.19 131.2 24.114 3.77 121.36 24.25 12.12 112.26 20.96 23.24 103.95 15.287 29.78 99.39 11.13表4.4 长叶片内环内线三维坐标点X Y Z0 18.86 150.26 01 9.89 147.98 11.372 4.02 140.81 19.843 3.82 131.15 24.114 8.13 121.15 24.25 15.21 111.89 20.96 24.32 103.72 15.287 30.43 99.39 11.13表4.5 短叶片外环外线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -24.689 173.068 13.94点X Y Z2 -35.748 165.626 26.653 -41.885 155.922 37.24 -43.595 145.384 45.195 -41.995 134.894 50.436 -38.188 125.049 53.237 -34.132 120.0934 53.68表4.6 短叶片外环内线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -8.241 174.625 13.942 -22.829 167.895 26.653 -32.015 158.244 37.24 -36.511 147.323 45.195 -37.443 136.228 50.436 -35.692 125.784 53.237 -34.097 120.185 53.68表4.7短叶片内环外线三维坐标点X Y Z0 18.796 150.255 01 9.208 150.041 6.242 4.555 148.234 11.393 0.751 144.597 16.564 -0.699 140.866 19.845 -0.766 136.129 22.596 -0.359 131.208 24.117 2.588 127.573 24.6表4.8 短叶片内环内线三维坐标点X Y Z0 18.796 150.255 01 14.373 149.629 6.242 9.656 147.989 11.393 5.412 144.497 16.564 3.713 140.817 19.845 2.419 136.110 22.596 2.328 131.187 24.117 2.588 127.573 24.61.2 叶片作立体图在Solidworks中作两个3D草图，将内环外环各点坐标分别输入两个草图中，然后在各草图中将分别将内环外环各点用样条曲线连起，便有了外环内环的轮廓，然后分别在内环外环的起点、末点调整样条曲线的控制点，调出一个圆弧来，再将各轮廓向外拉伸1mm, 最后将拉伸好的体放样成叶片，如下图所示：图 4.1 长(上)、短(下)叶片从图中可看出，按此坐标作出的叶片轴面方向弯曲度太小，所以要进行修改，在内环正投影图上将内环轮廓以中心逆时针旋转6.13°，再量取坐标如下：表4.9长叶片内环外线新三维坐标点X Y Z0 18.86 153.15 01 4.55 149.99 11.372 -1.4 142.47 19.843 -1.19 132.7 24.114 3.77 122.8 24.25 12.12 114.21 20.96 23.24 107.73 15.287 29.78 104.94 11.13表4.10 长叶片内环内线新三维坐标点X Y Z0 18.86 153.15 01 9.89 149.99 11.372 4.02 142.47 19.843 3.82 132.7 24.114 8.13 122.8 24.25 15.21 114.21 20.96 24.32 107.73 15.287 30.43 104.94 11.13表4.11 短叶片外环内线三维坐标点X Y Z0 0 176.94 01 -8.241 173.068 13.942 -22.829 165.626 26.653 -32.015 155.922 37.24 -36.511 147.323 45.195 -37.443 136.228 50.436 -35.692 125.784 53.237 -34.097 120.185 53.68表4.12短叶片内环内线三维坐标点X Y Z0 18.796 150.255 01 14.373 150.041 6.242 9.656 148.234 11.393 5.412 144.597 16.564 3.713 140.866 19.845 2.419 136.129 22.596 2.328 131.208 24.117 2.588 127.573 24.6同样按上面步骤作出叶片如下：图4.2 新长叶片图4.3 新短叶片这样叶片有一定弯曲度，所以采用此叶片。
2 液力变矩器装配图2.1 绘制外盖从循环圆上将涡轮叶片轴面图导入Solidworks中，然后只留下外线，在将外线向外加厚10mm作为外盖的厚度，然后以中心线为基准轴旋转此轮廓，便得到外盖。
2.2 绘制内盖同样的方法得到内盖。
2.3 装配图将作好的外盖、叶片、内盖组成装配图，如下：图4.4 装配图3 截取计算域在Solidworks 中挖出两个叶片之间工作液体流过的流道图，便可以在Fluent 中分析压力、流速、力矩等性能，以检验所设计叶片的好坏，有不合适处在返回去修改，这样反复修改以得到性能优良的液力变矩器。
3.1 Solidworks 中绘制整个计算域1） 将循环圆中涡流叶片的轴面投影图导入Solidworks 中，以中心线为轴，将其进行旋转，便可得到下图。
图4.52）在Solidworks中打开上述说做的实体，在点击插入——零件，将叶片插入并将其圆周阵列长短叶片各19个，然后点击插入——特征——组合命令，去除叶片流线上述实体，便得到整个流道图，如下图：图4.6 整体计算域图3.2 截取流道域在上一小节的基础上，以基轴上一点和叶片上、下两条线做4个基准面，分别在每个基准面上做合适的图形，然后利用特征中的拉伸切除命令进行切除，得到但流道图下：图4.7 叶片单流道图图 4.8 长短叶片双流道图————文档结束————。
