基于反求技术下的液力变矩器泵轮叶片参数的研究

刘海林　尹道俊

（安徽合力股份有限公司，合肥230601）



基于反求技术下的液力变矩器泵轮叶片参数的研究

刘海林尹道俊

（安徽合力股份有限公司，合肥230601）

摘要：叶片的设计工作一直都是液力变矩器设计的重点和难点。本文通过对冲压型泵轮叶片反求后的数据进行计算、分析，得到泵轮叶形骨线的数学表达式，从而为设计出合理的叶片形状提供了理论依据，减小对经验参数和经验公式的依赖。

关键词：液力变矩器叶片设计

1 研究反求技术下泵轮叶片参数的意义

液力变矩器是汽车及工程机械自动变速系统中最重要的部件之一，装有液力变矩器的动力传动系统可以保证系统起步平稳、变速和变矩，同时还可以吸收传动系的扭振，降低冲击，提高传动部件的寿命，但由于工作液体在液力变矩器泵轮、涡轮、导轮叶片间组成工作腔中的流动是一个空间的、复杂的三维流动，特别在损失机理上，就包括冲击损失、摩擦损失、收缩与扩散损失、二次流的损失、漩涡及脱流损失等，目前很难用正向设计的方法准确建立出这种因复杂流动所产生的内环至外环流动的数学模型，只能采用经验对一些实际流动状况进行简化，给出部分设计参数的经验值，本文对反求技术下泵轮叶片参数的研究，就是对多种模型及试验产品筛选、改进，定型，而后对性能优良的合格产品进行理论计算，获得准确可靠的生产图纸，减少对经验设计的依赖，提高设计效率，缩短研发周期等。

2 液力变矩器在反求技术下的参数计算

2.1 以下对某一性能优良的液力变矩器反求后叶片参数的计算。其数据如表1。

图1 液力变矩器泵轮组件三维图

图2 泵轮叶片三维图

图3 泵轮叶片设计流线提取图

表1 液力变矩器泵轮叶片的主要计算参数

2.2 设计流线的计算

（1）广义环坐标系。液力变矩器工作时，流体质点在其内部的运动轨迹是环流与涡流合成的螺管运动，这里用广义环坐标系进行描述，环的中心点位于直角坐标系的原点，环的轴线和x轴重合，极点定在设计流线的中心点上，极点到环面的距离为极半径ρ（极半径ρ不是定常数）这样流场中任意一点p的坐标可以由ρ、θ和s或φ唯一确定。

图4 环坐标系

图5 环坐标系下极坐标平面

图6 环坐标系下偏移弧长坐标

由图4～6可以得到直角坐标系与广义环坐标系的关系

（2）泵轮叶型轴面设计流线的计算。根据文献［1］循环圆轴面流道截面积处处相等，

最理想过流面积为循环圆直径的23%可得:

即：T=12685.18mm2

根据正圆台面积公式与图6中各参数的几何关系：

整理可得

将表1数据代入中间流线的轴面方程得：

（3）泵轮环面设计流线的计算。为了建立环面设计流线的微分方程，需要分析泵轮的速度三角形，设液体质点沿流线运动，相对于工作轮的相对速度W，圆周速度u，绝对速度υ，W与u之间的夹角为叶片角β，绝对速度的两个分速度υu与υm。

图7 环坐标系下偏移弧长与极径的关系

由图7的空间几何关系和倒数的意义可得因此流体环面上的流线微分方程为ds=ρctgβd（8）为了便于积分可以将用的一次线性方程表示设

将表1设计流线入口角（β1θ1），出口角（β2θ1）代入得：a=-0.106 b=0.446即ctgβ=-0.106θ+0.446

由于式4很难直接进行积分，针对三元件向心涡轮液力变矩器的泵轮轴面流线极半径随转角变化平缓的特点可以构造二次多项式来近似表达式4，由文献［7］已证明误差在1%以内，因此可设ρ=eθ2+fθ+g（10）

将表1中（ρ1θ1），（ρ2θ2）,（ρ3θ3）代入得

e=0.736，f=-1.06，g=28.84，即：ρ=0.736θ2-1.06θ+28.84

将式9、式10代入式8积分整理后

s=∫（-0.078θ3+0.44θ2-3.553θ+12.863）dθ（ρ=30.01，θ=-0.74）

得流体环面上方程为

式5、式11即为泵轮叶片轴面，环面的设计流线方程。

3 结束语

本文对反求技术下液力变矩器泵轮叶片参数的计算，得出了三元件向心涡轮液力变矩器泵轮叶片的设计流线方程,根据设计流线可以确定内、外环流线，进而得到冲压型泵轮叶片产品图，通过检测验证，新叶片关键尺寸与样机泵轮叶片尺寸相近，因此计算的参数是准确可行的，这种设计方法可以缩短产品的研发周期，提高生产效率，减小设计风险，在工程设计中具有一定的实用价值。

参考文献

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［7］刘仕平.液力变矩器的数学模型、新型设计方法及内部流场研究［D］.太原理工大学博士论文，2010.6.

［8］李有义.液力传动［M］.哈尔滨：哈尔滨工业出版社，2000.

Research for Torque Converter Pump Wheel Blades Parameters Based on Reverse Engineering

LIU Hailin,YIN Daojun
（Anhui Heli Co.,Ltd.,Hefei 230601）

Abstract：The blade design has always been the key and difficult points of the hydraulic torque converter design. This article calculated and analyzed through reverse data by punching pump rotor blades, reached a mathematical expression of the pump wheel leaf bone line, which provided a theoretical basis for the design of a reasonable blade shape, reduced the parameters of experience and experience dependence on the formula.

Key words：torque converter, blade design