液力变矩器模具设计参数化研究(1).docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：液力变矩器模具设计参数化研究1概述液力变矩器经过近百年的发展由于具有其它传动元件不可替代的优良特性人们对其设计、制造的理论和方法有了不断深入的研究。近年来许多现代化的设计方法、计算手段及制造设备都被应用到液力变矩器的研究领域中。工作轮是液力元件中传递和变换能量的主要零件其制造质量直接影响液力元件的工作性能和可靠性。工作轮是叶轮形状比较复杂制造尺寸和粗糙度要求都比较高因此制造难度较大。液力变矩器模具的参数化研究基于UG软件的用户图形交互语言GRIP之上研究利用液力变矩器的结构几何参数进行其金属模具的计算机辅助设计目的在于全面提高液力变矩器的制造水平缩短研制周期降低研制成本加快产品的更新换代提高液力变矩器的性能指标。由于液力变矩器的结构形式及应用场合不同其叶轮的制造方法可分为两大类：（1）组装式叶轮的内环、外环及叶片分别采用金属板冲压或铣制而成然后用焊接、铆接的方法将三部分组成完整的叶轮。该方法具有单件成本低加工精度高和流道的表面粗糙度低的优点但工装成本高。（2）整体铸造式叶轮的内环与外环直接由模具浇注成一体一般是铸铝件根据形成流道的型芯的制造方法不同分为整体型芯法及组合型芯法适用于具有空间曲面形状且不等厚叶片的叶轮制造[2]。本文研究整体式铸造方法。液力变矩器的流道是由叶片的工作面和背面及工作轮的内环面和外环面围成的在工作轮的铸造过程中流道即为砂芯所占的空间因此制芯模具应包含叶片及工作轮的内外环特征。制模时首先要制作出工作轮内环和外环的两个模具然后利用模具铸造出叶片在叶片上做上两个定位销。组装时先将叶片安装在外环上再把内环的模具装上即可用来制芯。有了砂芯再具备用于产生外部形状及厚度的外模体和内模体就可以铸造工作轮了。在整个制模过程中型芯的制造是铸造过程中的关键技术传统方法加工叶片型面多为钳工修锉。提供叶片表面数据是一项作图量和数据量都很大的繁杂工作加工过程费时费力受工人的经验影响很大精度难以保证。计算机的应用极大地推动了液力变矩器设计与制造的发展。利用计算机设计出的叶片形状数据可以直接传递给数控机床进行模具加工从而减少了工作量保证了精度。文献[4]研究了利用计算机设计叶片模具的方法。该方法将叶片模具分为内环模块、外环模块、工作面模块和背面模块等四个模块中间围成叶片空腔外形为方形。模块之间用型面和销子定位开设浇道口和冒口。这种方法铸造出来的叶片由于内、外环面和工作轮内、外环面单独制作所以叶片在芯盒装配时的贴合性较差。本文研究利用工作轮内外环模具（即循环圆模具）来铸造叶片以保证叶片的贴合性。2几何模型液力变矩器铸造过程中需要制作两个砂芯（如图1）。这两个砂芯按要求装配在外模体中再辅以浇冒口系统即可进行工作轮毛坯的浇注。砂芯1用以形成液力变矩器流道的形状制作时需要外环模具、内环模具及叶片。砂芯2用以形成液力变矩器内表面形状由内模体制作。作为液力变矩器铸造模具的重要组成部分叶片的制作十分关键。叶片的铸造不同于以前不再单独制作形成内、外环曲面部分的叶片模具而是利用液力变矩器的内、外环模具浇注叶片（见图2）。这样制作出来的叶片可以很好的装配在内、外环模具上并用它来制作砂芯1。图1和图2的虚框部分表明了叶片铸造和制作砂芯1时使用了相同的模具。模具的参数化设计就是在液力计算和结构设计得到的叶片、循环圆和工作轮零件图的基础之上通过提取有关几何参数迅速准确地制作出这些模具。液力变矩器结构复杂、形式差别大如何提取出所需的参数并使工作量达到最小的程度是研究的重点。在模具设计过程中重要的参数将在各模块之间传递使参数的输入工作减少。本文研究的液力变矩器为三工作轮带闭锁离合器的综合式向心涡轮式液力变矩器循环圆简图见图3。2.1循环圆循环圆参数化的目的是为了利用循环圆的尺寸得到循环圆模具的参数。图3所示循环圆左右对称其中各工作轮的内、外环曲线分别由1～3段圆弧组成。利用循环圆简图可以提取出循环圆各段曲线的圆心坐标、半径及圆弧宽度等参数（宽度Ｗ的含义可见图3所示）。运行该软件进行设计时按程序的提示输入各参数各段圆弧长度均由相交或相切决定不需计算并输入起始角度或弧长。如出现不相交或不相切的错误可重新调整相应圆弧的参数（圆心位置或半径大小）。由于在以后的工作中会经常用到循环圆上各段圆弧的参数（如工作轮模具的设计、叶片模具的设计等等）所以各段曲线均由自己的子程序生成便于调用子程序返回各实体的参数。2.2工作轮模具图4所示为某液力变矩器泵轮铸造模具装配图。砂芯1与外模体8的装配靠尺寸Ａ、β、Ｅ定位砂芯2与砂芯1的定位靠尺寸Ｂ、α、Ｅ。而对于非加工的内、外环曲面其形状和位置精度将影响到液力变矩器的流道形状因此在设计相应模具时要注意选择参数