液力变矩器的设计与优化
工程机械液力变矩器现代设计方法及应用
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。
液力变矩器结构设计_毕业论文
摘要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、减振隔振及无机械磨损等，是其它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、工程机械到石油、化工、矿山、冶金机械等领域都得到了广泛的应用。
本文主要介绍了CL315液力变矩器的结构设计,结构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，叶片设计的方法有很多，本次叶片设计采用的是环量分配法。
关键词：液力变矩器叶片设计环量分配法目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1液力变矩器综述 (1)1.2液力变矩器的国内外研究现状 (1)1.3液力变矩器设计方法研究进展 (2)1.4本课题研究的意义目的 (3)第2章液力变矩器的基本知识 (5)2.1液力变矩器的构造 (5)2.2液力变矩器的工作原理 (6)2.3液力变矩器中循环流量的确定 (7)2.3.1通流损失 (7)2.3.2冲击损失 (8)2.4液力变矩器几何参数的计算 (11)2.4.1计算工作轮特性参数和几何参数的关系 (11)第3章液力变矩器结构设计 (13)3.1设计方法 (13)3.2循环圆的确定 (15)3.3叶片的设计 (17)3.3.1泵轮叶片的设计 (17)3.3.2涡轮叶片设计 (21)3.3.3导轮叶片设计 (24)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章绪论1.1液力变矩器综述液力变矩器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。
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、减振隔振及无机械磨损等，是其它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。
液力变矩器的流场理论、设计和制造、实验等研究工作，近年来，也得到了突飞猛进的发展。
汽车液力变矩器的cfd优化设计
汽车液力变矩器的cfd优化设计汽车液力变矩器的CFD优化设计
汽车液力变矩器是汽车发动机的关键部件。
它的优化设计一直是汽车行业的研
究热点。
近年来，计算流体力学（CFD）技术日益成熟，在汽车液力变矩器的优化
设计中的应用受到重视。
在CFD优化设计的过程中，可以采用计算流体动力学及其相关算法，构建汽车液力变矩器的流体模型，反映温度场、流速场、流量场和压力场，并利用这些数据模拟汽车液力变矩器的噪音、涡轮效率、燃油消耗量及其热情况。
同时根据优化目标，找出小变化尺寸、材料和参数，从而获得最佳性能，实现更高效的变矩器。
随着CFD优化技术不断深入研究，汽车液力变矩器在设计上也得到进一步改善。
一方面，CFD技术可以帮助识别和改善流体动力学性能，提高液力变矩器的效率。
另一方面，针对液力变矩器结构设计有条件优化（CO）途径，可以有效减小液力变矩器的重量，降低汽车工作过程中的噪声水平。
它们的应用可以大大减少汽车的排放，更加有条件的改善汽车的性能及质量。
CFD优化设计使汽车液力变矩器的流动特性得以改善，并具有一定的控制性和
可靠性。
但现阶段，CFD优化设计仍然存在一定的局限性，比如噪声控制技术尚未
有效整合，计算时间较长，算法稳定性不高等问题。
未来，将大力推动CFD优化设计技术的研发和改善，使汽车液力变矩器的性能得到进一步改善，达到更高水平。
汽车液力变矩器的CFD优化设计
（ｃ ｏ ｌ ｆ ｏ ｒＥ ｇｎ ｅｉｇ ａ ｊ ｇＵｎｖｒｉ ｆＳｉｎｅ＆ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ ａ ｎ ２０ ９ ，Ｃ ｉａ Ｓ ｈｏ ｗｅ ｎ ｉｅｒ ，Ｎ ｎｉ ｉ ｓ ｙｏ ｅ ｃ ｏＰ ｎ ｎ ｅ ｔ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｎ ｍｉ ｇ １０ ４ ｈｎ ）
关键词 ：液力变矩器 ；参数分析 ； 优化设计 ；增容 改造
中 图分 类 号 ： ＴＫ７３ １ ３ ． 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｏｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｄ ｓｇ ｆａ ｔ ｍ ｏ ｉｅｈｙ ａ ｌｃ ｔ ｒ ｅ ｃ ｎｖ ｒｅ ａ ｅ ｎ ＣＦ ｔｍ ｚ ｔｏ ｅ ｉ ｎ ｏ ｕ ｏ ｔｖ ｄｒ ｕ ｉ ｏ ｑｕ ｏ ｅ ｔｒ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｄ
第３ ８卷 第 ５ 期
２１ ０ ２年 １ Ｏ月
兰
州
理
工
大 学
学
报
Ｖｏ． ８ １３ Ｎｏ ５ ．
Ｏｃ． ０ ２ ｔ２ １
Ｊ ｕｎ ｌｏ ａ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＬ ｎ ｈ ｕ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ
文 章 编 号 ：１７ —１６ ２ １ ） ５０ ２ —４ ６ ３５ ９ （０ ２ ０ —０ ５０
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｎｕ ｒｃ ｌｓｍ ｕａ ｉｎｏ ｌｗ ｉｌ ｎａｐ ｏ ｏ ｙ ｅｏ ｕ ｏ ｔ ｅｈ ｄ ａ ｌ ｏ ｑ ｅｃ ｎ ｅｔ ｒｗｉ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔ ｆｆ ｏ ｏ ｆｅｄｉ ｒ ｔ ｔ ｐ ｆ ｔ ｍｏ ｉ ｙ ｒ ｕｉ ｔ ｒ ｕ ｏ ｖ ｒｅ ｔ ａ ｖ ｃ ｈ
汽 车液 力 变矩 器 的 Ｃ Ｄ优化 设 计 Ｆ
王 柯 ， 张 敏 ， 萍萍 房
液力变矩器减速器效率提升途径1
液力变矩器减速器效率提升途径1液力变矩器是一种常用于汽车和工程机械中的传动装置，其作用是在引擎和传动系统之间传递动力并且实现变速。
然而，液力变矩器在传递动力的过程中会出现能量损耗，导致效率较低。
本文将探讨一些液力变矩器减速器效率提升的途径。
一、液力变矩器的工作原理在介绍减速器效率提升的途径之前，我们首先需要了解液力变矩器的工作原理。
液力变矩器由泵轮、涡轮和导流叶轮组成。
当发动机工作时，液力变矩器的泵轮会带动液体流动，流动的液体会带动涡轮旋转，从而传递动力。
然而，在传递动力的过程中，液体的流动会产生内部摩擦和涡轮的漩涡损失，导致液力变矩器的效率降低。
二、液力变矩器减速器效率提升的途径为了提高液力变矩器的效率，可以采取以下措施：1. 优化设计液力变矩器的设计对其效率有着重要影响。
减小液力变矩器的尺寸和重量，增加叶轮的数量和强度，优化涡轮和泵轮的叶片形状等都是提高效率的关键。
此外，选择合适的液体流量和液体压力也是设计中需要考虑的因素。
2. 提高液体的润滑性能液体的润滑性能对液力变矩器的效率有着直接的影响。
使用高粘度的液体可以减少内部摩擦，提高传递动力的效率。
此外，定期更换液体，保持液体的清洁度和品质也是提高效率的重要步骤。
3. 采用新材料和新工艺新材料和新工艺的应用可以提高液力变矩器的效率。
比如，采用轻质高强度的材料可以减小液力变矩器的质量，减少惯性损失；采用先进的加工工艺可以提高叶轮的表面光滑度，减少摩擦损失。
4. 增加液力变矩器的锁定离合器液力变矩器的锁定离合器可以在高速状态下将泵轮和涡轮锁定在一起，减少涡轮的漩涡损失，提高效率。
当车辆运行在稳定的高速状态时，锁定离合器可以有效地提高液力变矩器的传动效率。
5. 结合其他传动装置为了提高整体传动系统的效率，可以将液力变矩器和其他传动装置结合使用。
比如，在汽车中，结合液力变矩器和多段自动变速器可以实现更精确的变速和更高的传动效率。
三、结论液力变矩器减速器效率的提升是提高汽车和工程机械传动效率的重要途径。
液力变矩传动系统动力学特性分析与优化研究
液力变矩传动系统动力学特性分析与优化研究引言液力变矩器是一种常见的动力传动装置，广泛应用于汽车、船舶等领域。
本文将对液力变矩传动系统的动力学特性进行分析与优化研究。
第一部分：液力变矩器的基本原理液力变矩器是利用动能转化原理，通过液体的转动运动将动力传递到不同的部件。
它由泵、涡轮和导向叶片等组成。
泵和涡轮通过液体的转动来传递动力，而导向叶片则负责控制流体的流向和功率输出。
这种设计使得液力变矩器在启动、换挡等工况下能够提供较大的弯矩，并能在变速比范围内实现无级变速。
第二部分：液力变矩器的动力学特性分析为了更好地理解液力变矩器的工作原理，我们首先需要对其动力学特性进行分析。
液力变矩器的主要动力学特性包括传动效率、传递功率和变速比范围等。
1. 传动效率液力变矩器的传动效率是指输入轴功率与输出轴功率之间的比值。
在实际应用中，液力变矩器的传动效率通常较低，特别是在高负荷工况下。
这是由于液力变矩器内部存在液体的粘滞阻力，导致能量损失较大。
2. 传递功率液力变矩器的传递功率取决于液体的流量和压力。
当液体流量增大或压力增加时，传递功率也随之增加。
传递功率的大小对于液力变矩器的工作效果和实际应用非常重要。
3. 变速比范围液力变矩器的变速比范围是指变速器可实现的最大速比与最小速比之间的比值。
较宽的变速比范围可以提供更好的车辆性能和操控性能。
在实际应用中，优化液力变矩器的变速比范围是提高整体性能的重要方面之一。
第三部分：液力变矩器的动力学特性优化研究为了进一步提高液力变矩器的性能，研究人员进行了大量的优化研究工作。
下面将介绍一些常见的优化方法。
1. 翼轮优化翼轮优化是改善液力变矩器性能的重要手段之一。
通过优化翼轮的叶片形状和布置方式，可以改善流动特性，提高流量和压力特性。
2. 液体优化优化液体的性质是另一个改善液力变矩器性能的关键方面。
调整液体的黏度、温度和润滑性能等参数，可以降低能量损失和传动效率。
3. 控制系统优化控制系统优化是提高液力变矩器动力学特性的重要途径。
液力变矩器的热管理系统设计
液力变矩器的热管理系统设计液力变矩器（torque converter）是一种常见于自动变速器中的机械设备，它能够通过液力传递动力并调节扭矩的输出。
在汽车工程中，液力变矩器的热管理系统设计至关重要。
本文将探讨液力变矩器热管理系统的设计原则和方法。
首先，我们需要了解液力变矩器的工作原理。
液力变矩器通过液体的流动来传递动力。
当发动机运行时，动力通过液力变矩器的泵轮（pump）产生旋转，压缩工作介质（一般为自动变速器油）形成高压区域。
高压区域的介质会推动液力变矩器的涡轮（turbine）旋转，从而传递动力给动力传动系统。
液力变矩器中还有一个重要的元件，称为锁定离合器（lock-up clutch），它在一定的条件下可以使泵轮和涡轮直接连接，减小能量损失并提高燃油经济性。
在液力变矩器的工作过程中，热量是不可避免的产生物。
由于液力变矩器的工作介质在运动过程中会受到摩擦和压力的影响，会导致部分动能转化为热能。
如果热量不能得到有效的散热和管理，液力变矩器的工作效率会降低，甚至可能对设备的寿命和安全性造成负面影响。
因此，设计一个有效的热管理系统对于液力变矩器来说至关重要。
在设计热管理系统时，首先需要考虑的是冷却系统的设计。
冷却系统主要通过流动的冷却介质来吸收液力变矩器中产生的热量。
一种常见的设计方法是采用液体冷却器（liquid cooler），它通过外部的风冷或者水冷系统来冷却液力变矩器中的工作介质。
冷却器可以位于汽车的前部，利用风力进行散热，或者安装在发动机冷却系统中，利用水冷进行散热。
冷却系统的设计需要考虑到液体的流动速度、冷却面积和散热介质的选择等因素。
除了冷却系统，热交换系统也是液力变矩器热管理的重要组成部分。
热交换器（heat exchanger）可以将液力变矩器中产生的热量传递给其他部分，从而降低液力变矩器的工作温度。
热交换器可以使用液体-液体的热交换器，通过工作介质的流动来进行热量交换；也可以采用液体-气体的热交换器，通过液体和空气之间的热量传递来进行热管理。
液力变矩器设计
3.7132
3.7132 0.892 2.8212
将此改变量分成十份，其中九份各占10.5％，一份占5％划分，并 给出各元线的 u r 值。元线（9）与（10）之间的增量为5％，以减小 液体在叶片出口处的能量增量及其涡流损失。 设计流线上每一点的相应叶片角
为了确定元线与内环之交点处的叶片角 c ，采用按反势流分布的
设计流线 上的 105° 105°9´ 105°21´ 105°30´ 105°48´ 106°6´ 106°40´ 107°22´ 108° 108°58´ 110°
外环上的
s
内环上的
c
102°10´ 103°28´ 104°30´ 105°18´ 106° 106°36´ 107°22´ 108°12´ 108°59´ 110°5´ 111°9´
直径之比较小，泵轮和涡轮形状较扁平，叶片形状可设计成接近于流 线型和圆柱形，便于铸造时用叶片为模具制作型芯，提高生产率。 （3）半蛋形循环圆 叶片弯曲比较大的涡轮和导轮布置在直线部 分，一般为流线型的圆柱形叶片，这样可以用铣削加工的方法制造工 作轮，以提高叶片和流道的表面质量，从而提高液力变矩器的效率。 （4）长方形循环圆 常见于机车型液力变矩器。涡轮和导轮一般 均布置在循环圆的直线段，以便于采用铣削加工叶片工作轮，以提高 变矩器的效率。 后两类循环圆形状适用于离心式涡轮单级液力变矩器和多级液 力变矩器。 叶轮型式及排列位置 由于在循环圆中的排列位置的不同，变矩器有下列几种形式的工 作轮。 （1）径流式 液流沿着叶片半径方向流动。离心式工作轮；向心式工作轮。径 流式工作轮均为单曲叶片（圆柱形叶片）。 （2）轴流式 液流在叶片流道内轴向流动。
107°16´ 106°36´ 106°5´ 105°42´ 105°34´ 105°34´ 105°54´ 106°25´ 106°55´ 107°46´ 108°44´
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液力变矩器的设计与优化
液力变矩器是一种广泛应用于汽车和工程机械中的重要传动装置。
它的主要作
用是实现发动机的平稳启动和转速的调节，提供给车辆或机械合适的扭矩输出。
在本文中，我将探讨液力变矩器的设计与优化，以及其对传动性能的影响。
首先，我们来看液力变矩器的设计。
液力变矩器由泵轮、涡轮和导向叶轮组成，其中泵轮与发动机输出轴相连，涡轮与变速器输入轴相连，导向叶轮则固定在液力变矩器的外壳上。
液体通过泵轮被抽送到涡轮中，由涡轮的作用产生的扭矩传递给变速器。
在设计过程中，需要考虑液体的流动、转矩变化以及液体动力损失等因素，并通过计算和模拟来优化液力变矩器的性能。
液力变矩器的性能优化主要有两个方面。
首先是启动性能的优化。
液力变矩器
在汽车启动时起到了关键作用，它需要提供足够的扭矩输出以克服发动机的惯性阻力和车辆的起动阻力。
为了实现优秀的启动性能，液力变矩器需要有合适的液体流动特性和转矩传递特性。
通过调整泵轮和涡轮的叶片几何形状以及导向叶轮的位置，可以实现更好的启动性能。
此外，优化液体流动路径和增加液体的流量也会显著改善启动性能。
另一个重要的方面是转速调节性能的优化。
液力变矩器在车辆行驶过程中需要
根据驾驶员的需求来调整发动机的转速，以实现理想的加速和行驶稳定性。
液力变矩器的转速调节性能取决于其液体流动和扭矩传递特性。
通过合理设计泵轮和涡轮的叶片几何形状和数量，可以实现更好的转速调节性能。
此外，优化液体流动路径和减小液体的动力损失也会有助于提高转速调节性能。
除了设计方面的优化，还可以通过液力变矩器的参数选择来进一步改善其性能。
例如，可以调整液体的黏度、密度以及液体的工作温度等参数。
合理选择这些参数可以提高液力变矩器的效率和性能稳定性。
然而，虽然液力变矩器在传动系统中扮演着重要的角色，但它也存在一些不足之处。
首先是液力变矩器的效率相对较低。
由于液体的动力损失和涡轮的转速与泵轮的转速之间存在差异，液力变矩器的效率不如其它传动方式高。
其次是液力变矩器的负载能力相对较小。
由于涡轮和泵轮之间的液体流动速度不断变化，液力变矩器在高负载情况下容易过热和损坏。
为了克服液力变矩器的缺点，一些新的传动技术也在不断发展。
例如，自动离合器和双离合器传动系统可以提供更高的传动效率和负载能力。
此外，电动驱动技术和混合动力技术也在逐渐应用于汽车传动系统中。
总之，液力变矩器是一种重要的传动装置，其设计和优化对于汽车和工程机械的性能至关重要。
通过合理的液体流动和转矩传递特性的设计，以及合适的参数选择，可以实现液力变矩器的良好性能。
然而，鉴于其效率和负载能力的局限性，我们也需要不断探索和发展新的传动技术以满足不同需求的应用场景。