基于环量分配法的某型号液力变矩器叶片设计

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液力变矩器是工程机械的核心部件之-，其设计的关键是各工作轮的叶片设计。液力变矩器的工作轮主要包括 ：泵轮、涡轮和导轮，其中泵轮作为液力变矩器的动力输入元件即从发动机处吸收动力，对液力变矩器的性能起着极其重要的影响，因此设计出合理的泵轮叶形是十分关键的。

1 性能要求要设计的液力变矩器，主要应用于轮式装载机上，具体要求及指标为：(1)额定力矩：150 N·m，转速：2 200转/分钟，功率 ：60 kW。

(2)泵轮出口角 128。，导轮出口角 /3 6O。，涡轮出口角 150o。

2 循环圆确定循环圆实际是工作液体在各工作轮内循环流动，是流道的轴面形状，工作液体循环流动是-个封闭的轨迹，循环圆是由外环、内环、工作轮的人口边和出口边组成，如图 1所示。

图 1 变矩器循环圆循环圆的最大直径，称为液力变矩器的有效直径D，它是液力变矩器的特性尺寸。最大半径为尺。，循环圆外环最小直径为 d，最须径为 尺。，循环圆宽度为 。

经分析初步确定变矩器泵轮循环圆的外圆直径即有效工作直径为 378 mm。依据设计流线的原则，确定内环、设计流线。由各相邻流线所形成的流过面积相等。在任意元线上的流过面积F可按下列正即截头圆锥体旋转面公式(1)计算：FCOSU( - ) (1)u 式中，0为元线相对垂线的夹角，所有元线均垂直于设计流线；为任意元线与外环交点上的半径 ；rc为同-元线与内环交点上的半径；r为同-元线与设计流线交点上的半径。

半径 rs和角 0可从图 1中量出，而 rs和 rc则可相应地按下列式(2)及(3)计算 ：： (r --Fco-s0) (2)。 r：( --Feo-s0)丁 (3)。 1T确定出内环和设计流线。值得注意的是，由于整个圆是由三段圆弧组成，所以内环和中间线都不-样。

收稿 日期 ：2013-01-10作者简介：梁 然(1984-)，男，山东莱芜人，助理工程师，研究方向：矿山机械。

《装备制造技术)2013年第4期根据前期循环圆的确定 ，在泵轮转矩方程 T pQ(1/uB2r -PuBl rB1)中的luB2 FB2- I rBl项是确定泵轮动量矩变化的-个因数，经计算测量得出泵轮进口半径外环为 95 mm，内环为 123.5 mm；出口半径外环为 196 mm，内环为 167 mm，这样转速比为 0.5，在2 200 r/min时输出转矩为 71 N·m。则根据公式(4)、(5)、(6)计算出 r：- ∞ ±、/( ∞ ) -4(G2corm-rm，flm)Ts2(r - c0 D2)王， 口lrB1rBl( l 口l cot 1)眈r砚rB2( cotfl髓)(4)(5)(6)贝0 rl， - 1 l，经计算为：12ur4.186 5- 0.9123.274 5。绘制出泵轮叶片的轴面投影视图，如图2所示。

图 2 泵轮 叶片将此改变量分为十份，按其中九分各占 1O.5%，元线 9与元线 10之间的增量为 5%，在设计流线上，每-点的相应叶片角可根据公式(7)计算，元线与内环之交点处的叶片入口角可根据公式(8)、(9)计算得出：cot ( -u) 1 (7)4 变矩器泵轮叶形尺寸参数计算根据上面计算出的角度参数计算出叶片的三维叶形坐标。利用内外环半径和偏移量，依据公式(1O)叶片元线上的偏移量，相邻两点间的弧长公式(11)，可以方便并精准的确定叶片形状。

上X，krk sin(y J，L) (10)0 I 式中，.，为相邻两点间的弧长。

e cotfl (11)式中，e 为相邻两电源线之间的距离；y为元线起点所在轴面与径向参考平面夹角，在外环时则 y0；为元线与设计流线之交点上的半径，或视具体境况，表示元线与内环或外环之交点上的半径；j为元线的序号，k0，1，2。

依据公式(1O)、(11)最终计算出液力变矩器的泵轮叶形三维尺寸参数如表2所示，有此数据表即可作出叶片形状。

表 2 泵轮叶片最终尺寸元线 外 环 内 环序号 轴向距离/nun 半径/mm 叶片偏移量/mm 轴向距离/nun 半径/mm 叶片偏穆量/mm0 40.81 95.O0 22.O0 16.81 123.5O 16.301 49.o2 107.62 21.5o 21.o5 l26.50 l5.202 53.44 120.81 20.55 2534 l31.72 15.O03 54.52 132.91 l8.10 27.81 137.44 15.1O4 53.34 143.74 17.00 28.54 143.1l 14.605 50.21 153m 15.22 27.51 148.81 13.506 44.42 16433 13.50 24.53 154.64 l1.307 36.52 173.63 l1.25 19.33 159舯 8.498 25.63 181.61 7.25 21.52 163.9l 5.809 12.6l l87.0l 4.10 5.51 l662l 2.6210 0.0o 189.O0 0.00 0.00 167.o0 0.O0(8) 5 结束语旦监 ：旦业 (9)r r经计算得到叶片人 口处 120。35， ll8。42，最终得到所有角度值，如表 1所示。

表 1 变矩器泵轮角度计算参数元线序号 cot口 设计流线上的口 外环上的口 内环上的口进口0 -0.577 4 l20。 1l8。42。 l2O。35l --0.582 0 12O。12 119。Q5. 121o56。

2 -0.586 7 12O。25 1l9。37 121。453 -0.591 4 12Oo37 ll9。58 121。344 -0.596 l 12O。50。 120o15。 121o235 -0.6009 121。02. 120o47 121。126 -0.6O6 8 l2l。15 121。16 12l。Ol7 --0.6ll 6 121o27 121。38 121oll·8 --0.617 1 121o40 121o58。 121。219 --0.622 4 121o53 122。28 121o34出 口 1O -0.6249 122。 122。5 121。52'根据环量分配法，在给定设计要求下，本文详细叙述了分析计算测出泵轮叶形的关键参数值，首先确定了循环圆有效直径及出口角等，计算出环量，然后环量等分 l0，求解每份对应的角度参数值及泵轮叶片的三维尺寸参数，最终完成叶片的叶形设计。