专利名称：用于减少空转损失的柱塞式扰流装置的制作方法
用于减少空转损失的柱塞式扰流装置
技术领域：
本发明涉及液力机械技术领域，特别涉及一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置。
背景技术：
液力机械是以流体(液体或气体)为工作介质与能量载体的机械设备。主要依靠工作液体的动能(v2/2g)的变化来传递或变换能量的液体元件称为液力元件。包括液力偶合器、液力变矩器、液力缓速器等以液体为工作介质的能量转换装置。此处以液力缓速器为例说明，工作腔由带有叶片的转子和同样带有叶片的定子组成。制动作用是通过向工作腔中注入及排空工作介质来实现的，转子叶片与介质的相互作用力是惯性力。该力作用在转动 的叶片上，因而产生了功(正或负，视力与叶片运动的方向而定)，此功即为介质与机器之间的能量转换量。液力传动用于现代化机器始于上世纪初，最早用于船舶工业，作为船舶动力装置与螺旋桨之间的传动机构。现在液力机械被广泛应用交通运输领域，由于液力传动的工作介质是液体，故能吸收并减少来自发动机和外载荷的振动与冲击。这就是液力传动的滤波性能和过载保护功能，因而可提高车辆的使用寿命。液力机械的设计主要追求的是使其充注液体后，其工作效率、性能最高。但是类似于液力缓速器这样的液力机械，只有在工作时才向工作腔内充注液体，但其主动轮却一直随着车辆的行驶而旋转；这种结构就产生了一个新问题，当液力缓速器或耦合器不工作时，工作腔内由液体变成了空气，由搅动油液耗能变成了搅动空气损失，这种损失称作空转损失(也叫鼓风损失)。空转损失相对于其它机械损失所占比重还是很大的，况且液力缓速器绝大部分时间是不工作的，如果这个问题不解决，对于一个车辆来说，液力缓速器在绝大部分时间起到增加损失、降低效率的作用，使用一个液力缓速器在这方面所花费的资金也是不少的。目前，汽车领域的三大主题是安全、节能、环保。使用液力缓速器虽然提高了安全性，但是也不能不考虑节能问题，所以说对于空转损失的结构改进方面进行研究也是非常有必要的。现有用于解决液力机空转损失的方法很多，其一是在工作腔内安装空气挡板的方式，当转子搅动空气时，空气挡板破坏了空气的流道，减少了空气的流量，降低了空转损失。空气挡板可横向或纵向布置在工作轮之间，多需专为其设置的控制执行机构来控制空气挡板的运动。另外就是采取离合装置或分离机构在液力机不工作时将使液力机的主动轮停止转动，那么就不会搅动空气了，这种结构多用于动力并联输出时。上述两种方式都需要单独的机构及执行控制管路来实现减少空转损失的目的，液力机械的主要缺点是各部件密封要求高、配合要求精度高、制造工艺水平要求较高、维护需要高技术水平。如果设计过多复杂的机构来减少空转损失的话无疑将增加液力机械的复杂程度，不便于液力机械的内部布置，也必然会以牺牲液力机性能为代价来留出空间安装这些独立机构。为了增加液力机的可靠性不得不提高每个零部件的加工精度以保证复杂的液力机械能正常运转，使得零部件的加工要求高、成本增加，这不利于液力机械在车辆这样的需要廉价、易于加工、维修简便的大批量机械上使用。
发明内容本发明的目的是提供一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，以减少液力机械的空转损失。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，包括壳体和安装于壳体上的扰流组件；扰流组件包括扰流盘、弹簧座和导向杆；扰流盘和弹簧座固定在导向杆上；所述壳体包括上端和下端，壳体的上端固定有扰流盘座，壳体的下端固定有导管；所述扰流盘座位于扰流盘和弹簧座之间，所述弹簧座收容于壳体内；压缩弹簧一端支撑于弹簧座上，另一端支撑于壳体端并套设于导管伸入壳体内的外圆柱外周。
本发明进一步的改进在于扰流盘呈圆盘状，该扰流盘朝向扰流盘座的一面具有一个锥面；扰流盘座朝向扰流盘的一面具有一个内凹部，该内凹部具有能够与扰流盘的锥面相配合的上锥面。本发明进一步的改进在于扰流盘座和导管上设有供导向杆滑动的导向孔。本发明进一步的改进在于壳体上部设有外螺纹，外螺纹下部有限位的法兰台阶面；壳体下部设有外六角。本发明进一步的改进在于扰流盘和弹簧座通过钎焊或铆接固定于导向杆上。本发明进一步的改进在于导管和扰流盘座通过钎焊或电子束焊固定于壳体上。本发明进一步的改进在于该用于减少空转损失的柱塞式扰流装置安装于液力机械上，该液力机械包括定子，定子上设有若干叶片；该用于减少空转损失的柱塞式扰流装置从定子后面、两相邻叶片间的螺纹孔拧入安装于液力机械上。本发明进一步的改进在于压缩弹簧的预压缩量与弹性模量的乘积既压缩弹簧的预压缩力大于液力机械最大空转速度下气体作用在扰流盘阻挡面上的冲击力。本发明进一步的改进在于压缩弹簧压缩到最大行程时的最大作用力小于液力机械内液体在正常工作时的液流冲击力。本发明进一步的改进在于所述液力机械为液力偶合器、液力变矩器或液力缓速器。相对于现有技术，本发明具有以下优点本发明一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，可在液力机械从动轮稍作改动后即可加于其上，根据力平衡原理使扰流盘处于不同位置以改变液力机内流体循环状态，以减少液力机械空转损失；本发明装置结构简单，易于加工、组装、安装，价格便宜，维护方便，可以方便在大批量的液力机械上使用。
图I为本发明柱塞式扰流装置的结构示意图；其以简化的概要图表示根据本发明构成的液力机减少空转损失的柱塞式扰流装置的整体，该液力机尤其为液力缓速器的形式；图2为本发明柱塞式扰流装置的壳体示意图3为说明作用在导向组件上的作用力的简化图。
具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述。本发明针对现有技术存在的问题，设计了一款简单、独立、可在液力机械从动轮稍作改动后即可加于其上的根据力平衡原理使扰流盘处于不同位置以改变液力机内流体循环状态的减少空转损失的用于减少空转损失的柱塞式扰流装置。液力机一本发明以液力缓速器为例说明液力缓速器一般包括至少一个做主动轮的转子和位置固定在壳体上的定子，液力机的工作腔就是由它们组成。至少包括一个存储工作介质的容器，以便在液力机工作时提供工作介质和建立工作介质压力的空间。至少包括一条连接工作腔与工作介质容器的管路，以使工作介质能顺利的在工作介质容器与工作腔之间流动。该管路中设有使工作介质定向流动的方向阀和用以改变液力缓速器内特性的节流装置。在该液压管路中设有利用不同冷却介质将工作介质所带来的制动热量带走的散热器。本发明关注的是液力机不工作的时候怎样减少由于空气的流动引起的空转损失，所以先讨论空转损失是怎样产生的。液力机的液力损失是指在工作轮运转过程中由于流体与工作轮壁面或叶片的冲击、摩擦或流体之间的相互冲击、摩擦产生的能量损失。包括叶片形状损失；液流摩擦损失；液流扩散和收缩损失；液流回转损失这四方面。其形成有一必要条件就是流体在工作腔内部形成完整的循环流动，这样才能使得流体的动能转化为热能损耗。所以本发明减少空转损失的方法就是在液力机械不工作的时候将其内部循环流道阻断，使得气体不能形成完整的循环流；液力机械正常工作的时候循环流道又能恢复原来设计的样子，使得液力机能正常工作。如图I所示，为本发明用于减少空转损失的柱塞式扰流装置处于液力缓速器空转时的状态，其包括壳体7和安装于壳体7上的扰流组件。壳体7可以外螺纹形式安装于液力缓速器定子上，其可从定子后面、两相邻叶片间的螺纹孔拧入。扰流组件包括扰流盘I、弹簧座3和导向杆4。考虑结构及加工本扰流盘I优选制作成圆盘形状；弹簧座3能固定压缩弹簧5并使弹簧力作用到该扰流组件上；导向杆4起连接和导向作用；考虑到该组件如果整体加工比较浪费材料，而且导向杆4表面要求光滑，圆柱度要求也较高，如果机加工或者普通的焊接形式都会产生很大的变形，所以可将扰流盘I和弹簧座3通过钎焊或铆接的形式固定于导向杆4上，也可使用其他方法固定，但应以不影响导向杆4圆柱度为前提，如果导向杆4在焊接受热后弯曲将无法顺利运动则应予以矫正。导向杆4的长度根据定子与叶片腔空间而定，其基本要求满足当缓速器空转时导向杆伸出端可到达液力缓速器的定子与转子相对的平面且不能干涉转子的正常运转。与流体冲击力相作用的是压缩弹簧5所提供的弹簧力，其下端支撑在壳体7内的圆台上，该端为固定端，另一端支撑在固定于导向杆4的弹簧座3上,可随着导向杆4的纵向运动而给压缩弹簧5施加压力；流体冲击力会压缩压缩弹簧5，使得扰流盘I的位置改变，这样就可以起到改变流体循环的作用。扰流盘座2与导管6起到在壳体7的上、下两端支撑导向杆4运动、的作用。扰流盘座2通过电子束焊的形式与壳体7焊接在一起，其内凹部的上锥面与扰流盘I的锥面配合，当液体冲击的时候可以将扰流盘I压入该内凹部，进而使得扰流装置的外端突出部分(扰流盘I)基本与定子流道内壁相平，减少由于加装扰流装置引起的液力缓速器性能改变和液力损失的变动。壳体7下端的导管6也是以钎焊的形式与壳体7固连，其中心内光孔供导向杆4导向所需，外圆柱可为压缩弹簧5提供支撑、导向。本发明中的最关键的是怎样设计压缩弹簧5的弹性模量m、预压缩量Xtl和弹簧最大行程。现以本发明安装于液力缓速器上为例说明当液力缓速器不工作的时候工作腔内为空气，这时要求扰流盘I处于最外端以阻断流体形成循环流道，这就要求压缩弹簧5的预压缩量Xtl与弹性模量m的乘积既弹簧的预压缩力大于液力缓速器最大空转速度下气体作用在扰流盘I阻挡面上的冲击力。当液力缓速器工作时，工作腔内充注油液，这时作用在扰流盘I上的流体冲击力就是油液的冲击力，由于液体的密度比空气大的多，所以同等体积同等流速的流体冲击力不同。为了使本发明的扰流装置不干扰液力缓速器的正常工作，这时扰流盘I应位于扰流盘座2内，也就是说压缩弹簧5压缩到最大行程Xmax时的最大作用力要小于液体在正常工作时的液流冲击力。由于流体的冲击力是随着转子的转速升高而增 加的，所以这里就涉及在液力机多高转速时需要将弹簧压缩到最大的问题，本发明根据实际测量的结论发现液力缓速器的工作轮转速在低于500转/分时制动作用较小，液体无法在工作腔内形成完整的液流；在工作轮转速高于800转/分时制动力开始明显增加，所以取液力缓速器转子在800转/分时的工作腔外圆处液流冲击力作为压缩弹簧最大位移时的弹簧力。同时根据液力缓速器的定子叶片间形状和空间设置扰流盘的形状和导向杆的长度，出于成本和简化的考虑本发明将扰流盘I设计成带锥面的圆盘形，背向阻挡面的锥面和扰流盘座2的锥面配合以限制扰流盘I的最低位置，并可保证压缩到极限位置时与定子内循环壁面相平，以减少由于加装本装置而引起的液流变化。图2示出扰流装置的壳体7的外形简图。本发明试图在不进行重大改动的情况下降低液力缓速器的空转损失，采取的措施就是在液力缓速器定子外沿、两叶片之间加扰流装置，如图2所示结构形式为考虑成本、加工和装配后最简单的形式，壳体7上部为与定子相配合的外螺纹71，螺纹深度由定子壁厚及布置而定。壳体7上的螺纹下部有起限位作用法兰台阶面72。壳体7底端为了装配和拆卸方便特意做成外六角73的形式，以便使用标准的扳手和套筒。图3示出为扰流组件的受力示意图，流体冲击力作用在扰流盘I的外侧阻挡面，压缩弹簧5的弹簧力作用在弹簧座3上，当力平衡时扰流盘I的位置即为一定的了。本发明只用一根弹性模量固定的压缩弹簧5来提供弹性力，也可按照上述说明的理论用变弹性模量或者多根不同长度的弹簧依顺序作用在弹簧座3上，这样可以起到即使在液力缓速器工作的过程中扰流销也起一定得阻挡作用，这样做是因为液力缓速器主动轮转速达不到一定值时液力机内部的形成不了沿工作轮内壁的完整的循环流，扰流装置的阻挡作用既可起到减小循环圆的作用。以此来改变液力缓速器的制动扭矩释放情况，可以在进行较小的改动情况下实现液力缓速器的多级式制动力矩的要求。
权利要求
1.一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，包括壳体(7)和安装于壳体(7)上的扰流组件；扰流组件包括扰流盘(I)、弹簧座(3)和导向杆(4);扰流盘(I)和弹黃座(3)固定在导向杆(4)上；所述壳体(7)包括上端和下端，壳体(7)的上端固定有扰流盘座(2)，壳体(7)的下端固定有导管(6);所述扰流盘座(2)位于扰流盘(I)和弹簧座(3)之间，所述弹簧座(3 )收容于壳体(7 )内；压缩弹簧(5 ) —端支撑于弹簧座(3 )上，另一端支撑于壳体(7)端并套设于导管(6)伸入壳体内的外圆柱外周。
2.根据权利要求I所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，扰流盘(I)呈圆盘状，该扰流盘(I)朝向扰流盘座(2)的一面具有一个锥面；扰流盘座(2)朝向扰流盘(I)的一面具有一个内凹部，该内凹部具有能够与扰流盘(I)的锥面相配合的上锥面。
3.根据权利要求I所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，扰流盘座(2)和导管(6)上设有供导向杆(4)滑动的导向孔。
4.根据权利要求I所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，壳体(7)上部设有外螺纹(71)，外螺纹(71)下部有限位的法兰台阶面(72);壳体(7)下部设有外六角(73)。
5.根据权利要求I所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，扰流盘(I)和弹簧座(3)通过钎焊或铆接固定于导向杆(4)上。
6.根据权利要求I所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，导管(6 )和扰流盘座(2 )通过钎焊或电子束焊固定于壳体(7 )上。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，该用于减少空转损失的柱塞式扰流装置安装于液力机械上，该液力机械包括定子，定子上设有若干叶片；该用于减少空转损失的柱塞式扰流装置从定子后面、两相邻叶片间的螺纹孔拧入安装于液力机械上。
8.根据权利要求7所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，压缩弹簧(5)的预压缩量与弹性模量的乘积既压缩弹簧(5)的预压缩力大于液力机械最大空转速度下气体作用在扰流盘(I)阻挡面上的冲击力。
9.根据权利要求7所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，压缩弹簧(5)压缩到最大行程时的最大作用力小于液力机械内液体在正常工作时的液流冲击力。
10.根据权利要求7所述的一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，其特征在于，所述液力机械为液力偶合器、液力变矩器或液力缓速器。
全文摘要
本发明提供一种用于减少空转损失的柱塞式扰流装置，包括壳体和安装于壳体上的扰流组件；扰流组件包括扰流盘、弹簧座和导向杆；扰流盘和弹簧座固定在导向杆上；所述壳体包括上端和下端，壳体的上端固定有扰流盘座，壳体的下端固定有导管；所述扰流盘座位于扰流盘和弹簧座之间，所述弹簧座收容于壳体内；压缩弹簧一端支撑于弹簧座上，另一端支撑于壳体端并套设于导管伸入壳体内的外圆柱外周。本发明装置可在液力机械从动轮稍作改动后即可加于其上，根据力平衡原理使扰流盘处于不同位置以改变液力机内流体循环状态，以减少液力机械空转损失；本发明装置结构简单，易于加工、组装、安装，价格便宜，维护方便，可以方便在大批量的液力机械上使用。
文档编号F16H41/24GK102748410SQ20121016815
公开日2012年10月24日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者付凤吉, 王伟健, 王凯峰, 肖殿东 申请人:陕西法士特齿轮有限责任公司