可调式液力变矩器可调导轮参数计算方法.docx

2010 年 1 月，第 1 期jan. 2010，no. 1energy conservation technology可调式液力变矩器可调导轮参数计算方法周 倩1 ，董泳2(1.南京机电液压工程研究中心，江苏 南京211103;2.哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨150001)摘 要:推导出可调导轮几何参数随开启角的变化规律，并分析了导叶调节机构，从而建立了以导叶调节机构的输入为调节变量的导叶可调式液力变矩器的特性计算方法。关键词:变矩器;液力传动;控制系统中图分类号:th137. 332文献标识码:a文章编号:1002 6339 (2010) 01 0018 03calculation method of adjustable stator parameters of eorque comerterzhou qian1 ，dong yong2(1. nanjing electromechanical hydraulic engineering research centre，nanjing jiangsu 210000，china;2. harbin institute of technology，harbin heilongjiang 150001，china)abstract:this paper deduces the variation law of adjustable stator geometric parameters with opening an-gle. guide blade adjustable mechanism was analyzed. performance calculation method of the stator adjust- able hydrodynamic converter was developed by using inputs of the guide blade adjustable mechanism as adjustable variables.key words:torque converter;hydrodynamic drive;control system1可调导轮参数计算在导叶可调式液力变矩器中，可调导轮的几何参数如进出口半径 r1d 、r2d ，进 出 口 叶 片 角 度1d 、2d ，进出口过流断面面积 am1d 、am2d 等都 是随着开启角 的变化而变化的，要计算变矩器的 特性，必须建立可调导轮的几何参数随开启角的变 化规律。本文研究的可调导轮的叶型与 lb 46 变 矩器是一致的，循环圆直径为245 mm，可调导轮叶 片的几何关系如图 1 所示。为计算方便，以相邻两叶片转动中心连线与叶 片出口部分中心线的夹角 为计算基准，它与文献3所定义的开启角 不同，之间的关系为图 1 可调导轮的几何参数(1) = + 0式中 0 叶片刚好处于关闭位置时的 值，可由几何关系计算得出。相邻两叶片的中 心 角 = 360 / zd ，则 =收稿日期 2009 11 05修订稿日期 2009 12 11作者简介:周 倩(1974 )，女，硕士，高级工程师。18o2 o1 o = (180 ) /2由图 1 有如下的几何关系od = r2 sin( ) o1 d = rcos( ) 可调导轮的出口半径 o1 o2 (8)o2 i =sinsin(180 )o1 o2sin( )(9)o i =sin(180 )1hi = c1 isin( /2)= (o1 c1 o1 i)sin( /2)(10)(11) (12)22r2d = 槡od + (o1 d o1 c)可调导轮的出口叶片角(2)o g = o msin(/2)22gh = o2 i hi o2 g将公式(8) (11)代入式(12)，得 1 od (3)2d = 90 + tgo d o c11o1 o2o1 o2式中 r2 可调导轮叶片回转中心分布圆半径;o1 c可调导轮叶片回转中心到出口边长 度。由式(1) 式(3)可计算出可调导轮的出口半径 和出口叶片角随开启角的变化规模，计算是准确的。由余弦定理可得可调导叶进口半径为sin(180 )sin o1 c1 sin(180 )gh =sin( )sin( /2) o2 msin( /2)(13) 当可调导叶全关闭时，gh = 0，解方程(13) 即可得到 0 角。r1d = 槡r2 + o1 a 2r2 o1 acos(oo1 a)22导叶调节机构分析2(4)可调导轮叶片的调节机构一般由液压伺服机构或由滚珠螺旋、齿条( 与滚珠螺旋的螺母固定在一 起)、扇形齿轮和同步调节环( 与扇形齿轮固定) 及 拨叉机构等组成。液压伺服机构一般响应很快，可 看成为比例环节，本文研究由步进电机驱动滚珠丝 杠的调节机构，输入为滚珠丝杠的转角 ，如图 2 所 示。导叶可调式液力变矩器特性计算的输入变量应 为滚珠丝杠的转角 ，因此必须建立滚珠丝杠的转 角 与可调导轮开启角 之间的几何关系。图中 ab 为叶片中间流线在进口处的切线，当已知叶片的叶型后，可由作图法或其它方法求出，则o1 a 的长度和ao1 b、bao1 也可得到。oo1 a = 180 ( ) ao1 b(5)已知叶轮进口半径 r1d 在ao1 o 中，由余弦定理，有222 1 r2 r1d o1 a(6)o1 ao = cos2ro a1d1则可调导轮叶片进口角为1d = 90 + o1 ao + bao1(7)由式(4) (7 ) 可计算出可调导轮叶片的进口半径和进口叶片角，如叶片中间流线是由作图得到 的，那末计算精度取决于作图精度，如果设计时能准 确得到，计算就是精确的。要计算出可调导轮的进口角、出口角、进口半径 和出口半径随叶片转动角度的变化关系，必须知道 导轮叶片在关闭位置时 的大小，下面计算可调导 轮叶片的关闭位置时的 0 角。在图 1 中，从叶片回转中心 o2 向叶片底部直 线、相邻叶片背部尾端直线作垂线，依次交于 g、h 点，并延长交中间平分线 i 点。当 gh = 0 时的 角 即为 0 ，也即开启角 = 0 时的位置。可调导轮叶片的叶型设计一般应使相邻两叶片 的工作面和北面相互平行，其出口部分为直线，以保 证可调导叶在关闭时能严格密封，因此有 ghgm， gh hc，o2 if 为 等 腰 梯 形，o2 if = ，所 以o1 io2 = 180 ，则在o1 o2 i 中，由正弦定理，得图 2 导叶调节机构1 滚珠丝杠;2 齿条;3 扇形齿轮;4 同步调节环;5 拨叉;6 叶片从滚珠丝杠转角 到扇形齿轮( 同步调节环) 输出转角 1 之间为线性关系，即 t (14)1 =d2式中 t滚珠丝杠螺距，m;d2 扇形齿轮分度圆直径，m。扇形齿轮(同步调节环) 输出转角 1 至可调导轮开启角 之间通过拨叉机构传递，为非线性关系，19如图 3 所示。图中 o1 点是可调叶片的回转中心，oa 为同步 调节环销轴分布圆半径，0 为可调叶片与拨叉相对 安装位置决定的角度，o1 a 是导叶关闭位置，max 为 同步调节环最大调节转角，对应输出最大力矩。oo0则 0 = 0 sin 1sin(180 0 )(16)oasin0(17)o a =oasin(180 0 )122o1 b = 槡ob + oo1 2oboo1 cos(0 1 )(18)在ao1 b 中，由余弦定理，有ab2 = o a2 + o b2 2o ao bcos1111222 = cos 1 o1 a+ o1 b ab(19)2o1 ao1 b将式(14) 式(18)代入式(19)中，即可求出扇形齿轮(同步调节环)输出转角 1 与开启角 的几何关 系。滚珠丝杠的输入转角用相对量表示，有图 3 拨叉机构当同步调节环由 oa 位置转到 ob 转过 1 角时，可调导轮叶片从 o1 a 关闭位置转到 o1 b 位置， 转过角度为 度，也就是可调导叶的开启角。则(20)珚 =max式中 max 为滚珠丝杠输入的最大转角，对应涡轮输出的最大力矩。12(15)ab = 2oasin计算结果与分析3在oo1 a 中，由正弦定理，得可调导轮的几何参数随滚珠丝杠输入相对转角珚 变化的计算结果如表 1 所示。oo1oa=sin(180 0 ) sin(0 0 )表 1 可调导轮参数计算结果相对输入 角， 角， 进口过流面积，出口过流面积，叶轮进口半径，叶轮出口半径，进口叶片角，出口叶片角，m2 10 3m2 10 3mmmm0. 00. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 91. 006. 1012. 6119. 4626. 5333. 6840. 7447. 5854. 0960. 1765. 817. 4713. 6720. 0826. 9334. 0041. 1548. 2155. 0561. 5567. 4673. 274. 32e 69. 8048. 9853. 0320. 5913. 4410. 318. 637. 667. 056. 646. 4e 56. 676. 676. 526. 356. 176. 015. 875. 785. 685. 6382. 2783. 4584. 6885. 9487. 1888. 3689. 4490. 3891. 1791. 8392. 3579. 7077. 5075. 1772. 8070. 4768. 3066. 3764. 7763. 5362. 6462. 07174. 37175. 53178. 19177. 50171. 48163. 95155. 43146. 63138. 25130. 69124. 11179. 62173. 42166. 60159. 19151. 261 142. 95134. 45125. 95127. 66109. 74102. 30由表 1 的计算数值可以看出，可调导轮叶片的开启角 随滚珠丝杠输入转角 基本上接近线性变化; 出口过流面积 am2d在开启角 = 0 时为零(表中的数 值很小为计算误差)，之后随开启角 的增大迅速增 大到某一值，如表中所示在相对开度为 0. 1 时已达到 极值，开启角再增大时，出口过流面积 am2d不但不增 大，反而缓慢下降。这是因为随开启角的增大，虽然 相邻两叶片间垂直于相对流速的过流断面积增加，但 是叶轮出口半径 r2d减小，叶轮出口叶片角 2d(大 于 90) 也减少，所以综合起来叶轮出口过流面积 am2d略有下降，当开启角非常小时，叶片已接近关闭状态，其变化对出口过流面积的影