[发明专利]一种汽车涡轮复合系统用液力偶合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种液力偶合器，特别涉及一种适用于汽车涡轮复合系统中传递高转速、高功率的的液力偶合器，属于液力传动技术领域。

背景技术

液力偶合器是一种高效、节能的传动技术，其柔性传动的特点使其可以协调多动力机同步驱动，减轻并隔离由于工况变化而引起的冲击载荷，因此广泛应用于各种工程机械以及车辆的传动系统中。在汽车的涡轮复合系统中，液力偶合器起着承前启后的关键作用，这与它的工作特点密不可分：相比于传统的刚性齿轮传动、电磁传动等方式，液力传动可以有效减少冲击载荷；实际路况充满不确定性，导致发动机输出功率随时改变，而由于转速比的存在，液力偶合器的运行工况能自动根据负载的改变而调节；最重要的是，在涡轮复合系统中，输入发动机曲轴的是内燃机主动力及动力涡轮辅助动力，这两种动力同时输入需要协调一致，否则会相互干涉、降低总输入，而液力传动的“柔性”可以很好地协调多动力同时输入。当涡轮复合系统主要应用在动力需求大、排气量大的柴油机时，动力涡轮输出转速较高，传递功率较大，而由于在车辆上发动机安放空间有限，因此要求涡轮复合系统整体结构紧凑，导致偶合器的工作腔有效直径较小。

在液力传动领域，目前与本专利相关研究状况如下：CN101473125A文献公开了一种涡轮复合发动机，文献提及了液力偶合器，但该液力偶合器仅为其部件之一，未公开该偶合器的详细内部特征及运行特性。CN101614269A、CN101709771A、CN103807403A、CN1199810A等文献公开了不同形式的具有三维叶片的液力变矩器。与本专利区别在于：虽然液力变矩器与液力偶合器工作原理相似、都属于液力传动元件的不同种类，但两者因应用方向不同，其叶片弯曲形式、三维叶型也完全不同，其中液力偶合器通常采用直叶片形式。本课题组根据大量实验研究及数值仿真，设计了一种具有全三维叶片形式的适用于小尺寸、高功率的液力偶合器，该叶片的叶片角扭曲范围及运转的转速区间，上述文献都尚无相关论述。

本课题组的研究人员，根据研究需要同期开展了不同方向的研究工作，采用了二维、准三维、全三维弯曲叶片的研究，其中准二叶片采用等厚布置，自叶片进口至出口方向进行弯曲，运行区间为3000r/min—7500r/min。该设计对液力偶合器性能具有一定提升，但忽略了传递高转速、高功率对液力偶合器时的稳定性及可靠性。本专利考虑传递高转速、高功率对液力偶合器稳定性的设计需要，采用全三维弯曲叶片形式，并根据大量实验研究及数值仿真，确定了适用于超过10000r/min的叶片角扭曲范围，目前可安全运行至12000r/min。

主要发明内容

本发明的目的是提供一种具有满足高转速、小尺寸、大功率的要求，具有三维弯曲叶片结构的液力偶合器。

本发明的技术方案为：

(1)根据涡轮复合系统要求，液力偶合器有效圆直径为140mm-160mm。

(2)根据(1)选取的工作腔有效圆直径，液力偶合器泵轮、涡轮叶片数量为20-25片；

(3)叶片采用不等厚叶片，其特征为根部厚度大于叶尖厚度1.2-1.6倍，叶尖厚度为0.75mm-1.8mm；

(4)液力偶合器泵轮与涡轮叶片均采用全三维弯曲叶片，其中：泵轮出口叶片角度65-75°，泵轮进口叶片角度90-95°，涡轮进口叶片角度63-68°，涡轮出口叶片角度70-75°。

本发明相对与现有直叶片式偶合器具有以下特点：高转速、小尺寸、大功率。其中设计的有效圆直径150mm的液力偶合器，由传统运行最高转速7500r/min提升超过10000r/min，部分工况可安全运行至12000r/min。对比转速7500r/min工况下，相对传统直叶片偶合器，在额定工况点i＝0.96处能传递54.2N·m的扭矩，传递42kW的功率，相同工况点下的扭矩及功率增大2.62倍。在转速较高时，直叶片偶合器液力偶合器内部流动损失急剧增大，导致传动效率降低、传递功率急剧下降；本专利通过采用叶片的全三维弯曲设计，使转轮叶片压力面和吸力面的压差明显增加，作功能力增大；涡轮入口、泵轮出口处的液流角几乎为零，涡结构减少，流动损失较少；两轮叶片流道内的轴向涡大大降低，从而改善了液力偶合器内部三维流场，提高了在高转速工况下的稳定特性。

附图说明

附图1液力偶合器三维水力模型图

具体实施方式

实施例：