液力变矩器新型循环圆的一般设计方法

　　在设计液力变矩器循环圆时, 一般根据要求提出循环圆最大直径和最小直径, 常常根据样机进行仿形设计,或根据经验来设计, 即没有一定之规。循环圆的外环和内环一般是由一段、二段或三段圆弧组成的^[1]。多圆弧循环圆的设计过程是先设计出外、内环型线后再检查过流段面积的变化。此法费时费力, 往往需要多次修正方可达到满意结果。即便如此, 多圆弧型线也很难达到沿轴面流线保持过流面积不变, 往往出现扩散、收缩或局部波动; 各圆弧间虽然相切, 但其曲率变化是不连续的, 作为流线是不光滑的。

　　多圆弧型线一直被沿用的一个重要原因是由于工艺方面的限制。传统工艺装备便于加工圆弧, 而加工非圆弧曲线则要困难得多。但是随着数控加工技术的发展, 非圆弧曲线的加工已经不是问题, 因此不必再沿用多圆弧的传统设计方法。

　　因此, 本文根据循环圆设计所遵循的原则和以往循环圆的相关设计资料总结推导出新型循环圆的一般设计方法。

　　1 循环圆的设计原则

　　按一元束流理论, 应使液流沿流道的速度变化比较均匀, 避免急剧地扩散和收缩, 为此设计中应遵循以下两点: ①轴面液流的同一过流断面上各点的轴面流速vm相等; ②相邻流线所形成的流道过流面积相等。

　　2 循环圆的一些相关参数的经验资料^[1,2]

　　(1) 直径比d₀=D₀/D, D₀为循环圆外环的最小直径, D为循环圆外环最大直径, 称为液力变矩器的有效直径, 一般失速变矩比K₀要求不高的变矩器d₀=1/3, 而对K₀要求高的变矩器, d₀的取值范围为0.4~0.45。

　　(2) 确定循环圆的过流面积, 统计资料表明, 圆形循环圆最佳过流面积约为变矩器有效总面积的23%。

　　(3) 形状系数l=l₁/l₂, l₁为循环圆内环的径向长度, l₂为循环圆外环的径向长度, 一般l 的取值范围为0.43~0.55。

　　(4) 宽度比c=W/D, W是循环圆轴向宽度, D为有效直径。一般c的取值范围为0.2~0.4。

　　(5) 中间流线可以根据外环与中间流线的过流面积,和中间流线与内环的过流面积相等的原则求出。

　　3 新型循环圆的一般设计方法

　　本文总结推导的新型循环圆的设计构想, 一改从外环到内环的传统设计次序, 从中间流线开始设计, 而后再确定外、内环。从一开始就保证沿轴面中间流线过流面积保持恒等, 然后再根据各截面的宽度来确定外、内环的轮廓形状。本设计方法不仅可以保证过流面积的恒等性, 而且还可以遵照设计者的要求按一定规律变化。

　　3.1 循环圆中间流线及其内、外环数学模型的建立