液力变矩器轴向变形研究

　　1 引言

　　由于具备自动适应性、自动增距变速、减振隔振、无机械损失等优点，液力变矩器广泛应用于汽车、机车、军用车辆、工程机械、筑路机械、建筑机械、石油钻机、机床、船舶及煤矿、冶金、电力、化工机械等方面[1]。

　　军用车辆用液力变矩器一般装备在变速机构前，液力变矩器与发动机进行匹配，发动机的动力经齿轮传动后传给变矩器。变矩器传递功率大，工作轮一般采用铸造方法，在高速高温工况下，变矩器的变形往往会引起工作干涉，影响传动品质和寿命，因此是不容忽视的问题。利用Proe 软件对某种型号的液力变矩器进行实体建模，利用 ANSYS 对变矩器的轴向变形进行有限元分析。仿真分析与实际情况吻合的很好。

　　2 液力变矩器结构分析

　　本文研究的液力变矩器为向心式三工作轮液力变矩器，结构型式，如图1 所示。动力由输入齿轮通过闭锁离合器外壳输入到泵轮，泵轮通过角接触球轴承A 支撑在单向联轴器B 的固定内环上，右端固定。动力输出的涡轮通过球轴承C、D 支撑在单向联轴器B 的固定内环和闭锁离合器外壳上。闭锁离合器外壳通过无内外圈的圆柱滚子轴承E 支撑在箱体隔板上。

　　对于整个液力变矩器来说，变矩器通过两端轴承A、E 支撑，轴承A 右端固定，E 轴承自由，变矩器的轴向变形的结果是输入齿轮向左移动。

　　3 轴向力作用

　　作用在液力变矩器上的轴向力，是由工作轮液体产生的轴向压力作用在不平衡面积上引起的。如图2 所示，为该型式带闭锁离合器的液力变矩器轴向力计算简图。计算规定向左为轴向力正方向，液力变矩器工作轮的轴向力主要由三部分组成：静压力对表面积的作用;液体在工作轮弯曲的流道内流动时，液体惯性的作用;补偿压力对不平衡面积产生的轴向力。从结构上看，变矩器轴向变形只与泵轮有关，所以，这里只给出泵轮的轴向力。泵轮轴向力FB 是以上各部分轴向力的代数和。如下[2]：

　　式中：Fxx—各个区段上的轴向力，其中，xx 代表图中各点;FQ—液体流动惯性力引起的轴向力;px—图中各点的压力;x 取 a、b、c、d、e、f、g、h、L、k、1、2、3;Rx—图中各点的半径;x 取 a、b、c、d、e、f、g、h、L、k、1、2、3;i—变矩器传动比 ;ωB—泵轮角速度;ρ—工作液体的密度;vm—轴面速度。以上各式中的压力px按以下公式计算：

　　(1)两工作轮之间间隙处的压力两工作轮之间间隙处，如泵轮壳和涡轮之间的空隙ch，假定密封良好，无液体流动，由于离心力的作用引起压力变化。p_C、p_h按下列公式计算：