液力变矩器变宽循环圆设计方法研究

　　过变矩器轴心作截面, 在截面上与液体相接的界线形成的形状称为循环圆(torus)。它同时也是液体在各叶轮内循环流动时流道的轴面形状, 其运行轨迹封闭。用于车辆传动的变矩器循环圆通常为扁圆形, 一般其外环由三段相切圆弧组成。

　　变矩器叶片形状直接影响其传动性能, 对车用变矩器来说, 由于日益增多前驱布置车辆和综合传动箱尺寸限制的要求, 导致总体分配给液力元件空间有限, 因此需在有限空间内传递尽量大的功率。在经典束流设计理论中, 径向的有效直径直接与传递转矩有关, 而轴向尺寸没有理论的限制, 因此可以考虑在不牺牲传动性能的条件下尽量缩减轴向尺寸。

　　循环圆内流线形状要具备以下几个基本特征:

　　( 1) 封闭;

　　( 2) 设计流线相切, 曲率变化平缓;

　　( 3) 任意法向截面流道内过流面积可由该处设计流线等分, 过流面积为常数;

　　( 4) 满足给定各径向尺寸要求( 有效直径 Deff, 最大直径 Dmax, 最小直径 Dmin); 当考虑轴向尺寸时, 再加入下面的条件:

　　( 5) 轴向宽度限值 Wlim或扁平比 (Flatness Ratio)rW=Wlim/Dmax。

　　变矩器稳态设计是要保证在给定工况下循环流量沿设计流线为常数, 基于 Jandasek,V.J.[1]提出的设计方法, 为保证过流截面在循环圆各处完全相等, 应使设计流线上任一点处过流直径 d 与该点径向位置Y 的乘积为常数, 即 Y·d=const。

　　1 传统循环圆设计方法的改进

　　传统三圆弧循环圆设计均为从构建外环三段相切圆弧开始, 然后等分之得到等分点法线上对应的设计流线和内环等分点坐标, 而理论上要求内、外环各点在对应的设计流线等分点法线上。因此需要在得到的设计流线上进行修正, 调整法线斜率, 得到相应内、外环等分点坐标, 反复修正, 直至达到给定精度要求[2]。

　　而直接根据设计流线对循环圆进行设计则可以避免上述的反复修正, 并更符合设计思想, 与传统方法的差异之处在于内、外环形状均为对应公切圆包络线。下面介绍从这一角度出发的改进设计方法。

　　取轴面面积与最大半径处轴面面积比 f=A/πD2eff=0.22～0.23, 并取最小与最大径向尺寸比为rH=Dmin/ Dmax。计流线上最大有效半径和外环最大半径间存在如下关系:

　　下面三段圆弧分别用 R1、R、R3表示, 对应圆弧角度则分别为 θ1、θ2、θ3。三圆弧对应于传统设计方法具有如下统计规律:

        本文中循环圆为对称设计, 为便于分析取一侧截面, 为保证对称轴两侧流动平滑, 设计流线在与对称轴的两个交点切向平行于旋转轴, 因此如该处为圆弧过渡, 圆弧圆心在对称轴上。若设计流线由两段圆弧或多段圆弧构成, 则难以保证圆心位置, 此时可以考虑利用直线段进行过渡。因此轴向坐标X1=X2=0, 而对应径向圆心坐标为