专利名称：车辆扭矩变换器的导轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车自动变速箱的扭矩变换器的导轮。
背景技术：
扭矩变换器是一种液压单元，在发动机和自动变速箱之间传递扭矩。该扭矩变换器包括放置在总是充满工作流体的钢制壳体中的泵轮、涡轮、导轮。
所述泵轮设置在钢制壳体的后部，随着发动机的曲轴转动。
所述涡轮设置在钢制壳体的前部并且用花键连接到变速箱的输入轴。涡轮独立于泵轮自由地转动。
工作流体从泵轮流向扭矩变换器径向外部的涡轮，经过扭矩变换器径向内部的导轮，又从涡轮流向泵轮。
导轮设置在泵轮和涡轮之间，通过单向离合器固定地结合到导轮轴上。所述的导轮轴通常连接于固定结合于变速器箱壳体的非转动构件。
导轮通常是由合成树脂或铝合金制成，由环形的壳体、环形的芯和一系列连接环形壳体与环形芯的导轮叶片组成。所述的导轮叶片布置成一圈并且相互之间的距离相等，每个叶片结合壳体外围表面与芯内部圆周表面。
具有这样的扭矩变换器的车辆的燃料经济性将会因为在发动机空载的时候泵轮仍旧转动而恶化，并且增加了发动机的负荷。
因此，发动机空载时减低导轮产生的负荷是重要的因素，同时提高扭矩变换器的扭矩转化效率也是重要的。
当发动机转动时，工作流体被泵轮强制流动到扭矩变换器的径向的外部并被直接导入涡轮。但是，工作流体从涡轮的径向内部和头部回流到泵轮的径向内部。
如图1所示，普通的扭矩变换器1包括一个泵轮4、一个涡轮5和一个导轮6，它们沿着轴O-O转动。发动机(未示出)和变速器(未示出)分别位于扭矩变换器1的左侧和右侧。
扭矩变换器是液压单元，用以从发动机传递扭矩到变速器。在连接发动机的方向上具有前端盖3。
前端盖3焊接于泵轮4以便在它们中间形成腔体，其间充满工作流体。
泵轮连接到发动机曲轴，发动机的扭矩从泵轮通过工作流体的作用传递到涡轮。所述涡轮连接到变速器的输入轴，于是发动机扭矩传递到了变速器，并且扭矩也从变速器传递到发动机。
当发动机运行时，泵轮的转动导致工作流体被射流到涡轮的叶片之间。当其中的力足以克服转动阻力时，涡轮开始转动，使变速器的输入轴转动。
当涡轮转动时，流体离开涡轮5通过导轮6到达泵轮。泵轮转动时，导轮6以同样的方向再把流体从涡轮5引导到泵轮4，以此促使泵轮转动。
如图2所示，自动变速器使用了扭矩变换器，导轮6包括一个环形壳体11、一个环形芯12和一系列连接环形壳体11和环形芯12的导轮叶片13。
壳体11通常结合到通过支承固定到变速器壳体的导轮轴(未示出)，并且芯12设置在壳体11的外侧。
导轮叶片13连接壳体11和芯12，导轮叶片以相同的间隔圆周地配置。
如图3和图4所示，导轮叶片13包括一个前缘14、一个后缘15、一个凹表面16和一个凸表面17。当工作流体在导轮叶片周围流动，作用到凹表面16上的压力大于凸表面17上的压力。因此，凹表面16称为高压表面，凸表面17被称为低压表面。凹表面和凸表面都是流线型的。
因为导轮叶片表面上的压力差，导轮6才能够转动。
导轮6位于泵轮4和涡轮5之间，于是该前缘14位于朝向涡轮5，该后缘15位于朝向泵轮4。
流线型的凹表面16面向泵轮4，流线型的凸表面17面向涡轮5。
如图3所示，在现有技术中，导轮叶片的前缘和后缘基本上平行，并且导轮叶片的横截面积在接近壳体11时逐渐减小。这样，接近芯12处的横截面积大于中部翼展处的横截面积，大于接近壳体11处的横截面积。
使用如上所述的导轮叶片的扭矩变换器的效率从静压力系数CP曲线图可以推测出。所述的静压力系数是无量纲量。
导轮叶片上压力的分配也可以从静压力系数推测，传递扭矩的效率可以通过压力分布的推测。
静压力系数CP可以从下面的方程1获得[方程1]CP=(12)(P-PREFρ(γω)2)]]>其中P是静压力，PREF是入口处的参考压力，ρ是工作流体的密度(约为813kg/)，γ是导轮半径，ω是泵轮转动速度(约为2500rpm)。
图5示出了当泵轮的转动速度(Ni)和涡轮的转动速度(No)的速度比为0的时候，导轮叶片两侧的静压力系数CP的变化曲线。
在芯部分，导轮叶片的高压侧和低压侧的最大差值大约是2到2.5。
类似的，在壳体部分，导轮叶片的高压侧和低压侧的最大差值约为2到2.5。
静压力系数的差值正比于压力的差值。因此，当静压力系数增加时，产生的扭矩变大，因此扭矩传递效率提高。
为减小自动变速器箱的轴向的尺寸和重量，就需要使扭矩变换器变扁平些。使扭矩变换器变扁平的主要因素是减少导轮的轴向尺寸。但是，如果导轮的轴向尺寸减少了，扭矩变换器的总液压性能可能恶化。
因此，要求导轮叶片的具有新形状，使其既可以减少轴向尺寸又保持总液压性能。
发明概述在本发明的最佳实施例中，所述导轮包括一个环形壳体；一个设置在所述的壳体径向之外的环形芯；和连接该壳体与芯的多个导轮叶片，每个叶片包括一个邻接涡轮的前缘和一个邻接泵轮的后缘，一个从前缘延伸到后缘并且基本上面向涡轮流线型的凹表面，和一个从前缘延伸到后缘并基本上面向泵轮的流线型凸表面。导轮叶片的横截面积在靠近壳体的时候逐渐增加，并且在相邻的导轮叶片之间形成预先设定的间隙，以使相邻的导轮叶片不会互相重叠。
每个导轮叶片的后缘最好是倾斜的，以使后缘和泵轮之间的间隙保持恒定。
预先设定的间隙最好为1.5到2.5。
附图包含在说明书中并构成说明书的一部分，它们图解说明本发明的实施例，并与说明书一起用于说明本发明的原理图1是现有技术扭矩变换器的示意剖面图；图2是现有技术扭矩变换器的导轮的前视图；图3是现有技术扭矩变换器侧面剖视图；图4是现有技术扭矩变换器的导轮剖视图；图5是说明现有技术扭矩变换器的导轮叶片的静压力系数的曲线图；图6是本发明扭矩变换器的导轮的前视图；图7是本发明扭矩变换器侧面剖视图；图8示出扭矩变换器的导轮叶片的剖视图和工作流体的流动方式；图9表示本发明的扭矩变换器的导轮叶片的静态压力系数的曲线图。
具体实施例方式
下面将参考附图详细描述本发明的最佳实施例。
如图6所示，扭矩变换器的导轮6包括一个环形壳体111，一个环形芯112，多个导轮叶片113。这些最好由合成树脂或者铝合金制造成一个元件。
该壳体111连接于固定在变速箱箱体的导轮轴(未示出)上，并且芯112径向地设置在壳体111的外侧。
该导轮叶片113连接壳体111和芯112，并且导轮叶片以恒定的间隔圆周地设置。每个叶片连接芯112的内表面和壳体111的外表面。
如图7和图8所示，导轮叶片113包括前缘114、后缘115、凹表面116和凸表面117。当工作流体在导轮叶片周围流动时，作用在凹表面116上面的压力大于作用在凸表面117上的压力。凹表面116和凸表面117都是流线型表面。
因此，凹表面116通常称作高压表面或者正压侧，凸表面117通常称作低压表面或者负压侧。
因为导轮叶片两侧的压力不同所以导轮6才能转动。
导轮6设置在泵轮4和涡轮5之间使得凸表面117基本上面向涡轮5，并且凹表面116基本上朝着泵轮4。
当扭矩变换器正向转动时，在凹表面116上产生高压，在凸表面117上产生低压。
如图8所示，导轮叶片113的横截面积在趋近壳体111时逐渐增大。也就是说，芯112附近的横截面积小于中部翼展附近的横截面积，而且中部翼展附近的横截面积小于壳体111附近的横截面积。
如图7所示，在后缘115和泵轮4之间的间隙从壳体111到芯112保持基本上不变。
也就是说，前缘114是在与径向平行的方向上形成，从前缘114到后缘115的长度随着接近壳体111而增加。后缘115朝着壳体111的方向下倾并且朝着泵轮4的方向延伸，于是，凹表面116和凸表面117分别具有基本为梯形的形状。
保持相邻导轮叶片的预定的间隙，而且最好该间隙在1.5到2.5之间。因此，导轮叶片互相交叠的窗部被消除了，并且导轮的轴向尺寸被显著减小，于是就可以通过铸造的方法制造导轮。
如图8所示，当扭矩变换器1转动时，在前缘114附近形成高压区，导轮叶片113上的高压沿导轮叶片113转动的方向作用在导轮叶片上。
而且，在后缘115附近形成低压区，在导轮叶片113上的高压沿导轮叶片113转动的方向作用在导轮叶片上。
具有本发明的导轮的扭矩变换器中的流动特性将由使用STAR-CD作出的计算流动分析和试验结果来说明。
扭矩变换器的泵轮、涡轮和导轮的入口和出口角度规定如下
导轮的表面面积是1425，硬度是0.7。该硬度的定义为I/S，其中I是弦的长度，S是后缘和芯之间的距离。
通过三维流动分析，扭矩变化器的三个组件中任一个组件的扭矩可以通过将各部分扭矩相加算得，它们是由施加到叶片各区域上的压力和到中心轴的距离乘积。于是，可以算得每个叶片的扭矩。
使用方程1，可以获得静态压力系数CP，图9示出其结果。
这里工作流体的密度是843kg/，泵轮的转动速度是2500rpm。
如图9所示，当速度比率e是0，在芯112附近的高压表面116和低压表面117之间的静压力系数CP差值是3到4，并且壳体111附近的高压表面116和低压表面117之间的静压力系数的差值是3到3.5。
也就是说，根据本发明的导轮中，在高压区和低压区之间的静压力系数有一个差值。于是，这显示了本发明的扭矩转换效率比现有技术中的导轮好。如果静压力系数的差值变大，则扭矩的差值也变大。
扭矩变换器的速比e定义为No/Ni，其中No是涡轮转速rpm，Ni是泵轮转速rpm。当空载的时候，因为涡轮没有转动所以速比为0。
另外，如果扭矩差值变大，扭矩比率也将增大。所述扭矩比率定义为涡轮扭矩/泵轮扭矩，扭矩效率定义为(扭矩比率/速度比率)*100。因此，本发明的扭矩变换器输出效率比现有的扭矩变换器提高了。
本发明的导轮叶片的数量已经减少了，并且导轮厚度也降低了，于是所述的窗被消除了。因此，导轮厚度被降低并且通过铸造方法制造导轮成为可能。
通过使后缘朝泵轮延伸，前缘和泵轮之间的间隙保持不变，因此流动表面增加了，并且由于泵轮的工作振动扭矩损失减少。于是，能够减少导轮的厚度并增加扭矩变换器的效率。
虽然在上面已经详细描述了本发明的最佳实施例，但是本领域技术人员可以清楚地理解，根据本发明原理进行的还有各种变化或者修改仍将在本发明精神和范围之内，如限定在附属权利要求中。
权利要求
1.一种设置在扭矩变换器的泵轮和涡轮之间的导轮，该导轮包括一个环形壳体；一个位于所述壳体的径向外侧的环形芯；连接所述壳体和芯的多个导轮叶片，每个叶片包括一个邻近涡轮的前缘，一个邻近泵轮的后缘，一个从该前缘延伸到该后缘并且基本上面向涡轮的流线型凹表面，一个从该前缘延伸到该后缘并且基本上面向泵轮的流线型凸表面；其中该导轮叶片的横截面积在趋近壳体时增大，在相邻的导轮叶片之间有一个预先设定的间隙，使相邻的叶片不会互相重叠。
2.如权利要求1所述的导轮，其中每个导轮叶片的后缘是倾斜的，使得在后缘和泵轮之间的间隙保持不变。
3.权利要求1所述的导轮，其中预先设定的间隙为1.5到2.5。
全文摘要
一种设置在扭矩变换器的泵轮和蜗轮之间的导轮，该导轮包括一个环形壳体；一个位于所述壳体的径向外侧的环形芯；连接所述壳体和芯的多个导轮叶片，每个叶片包括一个邻近于蜗轮的前缘，一个邻近于泵轮的后缘，一个从前缘延伸到后缘并且基本上面向蜗轮的流线型凹表面，一个从前缘延伸到后缘并且基本上面向泵轮的流线型凸表面；其中导轮叶片的横截面积在接近壳体时增大，相邻的导轮叶片之间预先设定间隙，以使相邻的叶片不会互相重叠。
文档编号F16D33/20GK1427194SQ0212744
公开日2003年7月2日 申请日期2002年8月1日 优先权日2001年12月18日
发明者金璂雨, 张在悳 申请人:现代自动车株式会社