液力变矩器是液力传动系统中最重要的部件之一，具有自动适应性、无级变速、良好稳定的低速性能、减振、隔振及无机械磨损等优良特性，在车辆、工程机械、石油化工等领域得到了广泛应用，尤其在轿车自动变速器、无级变速器中。因此，汽车行业是液力变矩器的最大用户。在美国，几乎100%的城市公共汽车、90%以上的轿车、70%以上的重型汽车和其它工程车辆都装备了液力变矩器。近年来，国内各大汽车厂商推出了装备自动变速器的新车型，但这些液力变矩器大多依靠国外进口或引进国外技术后在国内组装生产。因此，开发具有我国自主知识产权的液力变矩器产品具有极好的应用前景。

液力变矩器的结构与工作原理

目前轿车上广泛采用由油泵、涡轮和导轮组成的单极双相三元件闭锁式综合液力变矩器。泵轮与变矩器外壳连为一体，为主动元件；涡轮悬浮在变矩器内，通过花键与输出轴相连，为从动元件；两者均呈现盆状。导轮悬浮在泵轮和涡轮之间，通过单向离合器及导轮轴套固定在变速器外壳上。

发动机启动后，曲轴带动泵轮旋转，因旋转产生的离心力使泵轮叶片间的工作液沿叶片从内缘甩出，这部分工作液既具有随泵轮一起转动的圆周方向的分速度，其功能是将发动机的动能转变为工作液功能；工作液冲击涡轮叶片，推动涡轮和泵轮同方向转动，将动力传至机械式变速器的输出轴，完成工作液动能向机械能的转变；导轮带有单向离合器，对工作液流动起导向作用，同时对涡轮具有增扭作用。

此外，在液力变矩器涡轮前端设置有锁止离合器，锁止离合器在液压自动操纵系统的控制下，能在适当的时机进行锁止切换，在高速工况下将泵轮与涡轮锁止在一起，实现动力直接传递，提高传动系统的传动效率；发动机转速降低时，锁止离合器分离，实现增扭。

液力变矩器的设计

液力变矩器的设计主要指变矩器的循环设计、叶片设计以及一些关键零部件的设计，由于叶片参数直接影响到变矩器的性能，因而是设计的关键。叶片的设计方法通常有统计经验法、相似设计法和理论设计法三种。基于建模和计算的复杂性和液力变矩器流场的特殊性，液力变矩器设计的理论基础经历了由一维流动理论、二维流动理论到三维流动理论的发展过程。

随着液力变矩器流动理论的不断发展，液力变矩器的设计已由一维设计逐步发展到了全三维设计。

液力变矩器流场分析

液力变矩器是一个高度复杂的流体透平机械，结构参数众多，其内部的流动为复杂的三维湍流。在工作过程中，液力变矩器还要与发动机及传动系共同工作以满足车辆的各种性能，更增加了设计开发难度。通过流场分析，准确获取液力变矩器内部流动特性，能为液力变矩器的性能预测、合理设计提供科学的理论和实践依据。流场分析的途径主要有两条：数值模拟和试验测试。

·液力变矩器数值模拟

数值模拟以电子计算机为工具，在建立反映液力变矩器内部流动本质的数学模型的基础上，采用一定的数值计算方法和计算流体动力学（CFD）程序对模型进行计算，计算得到的数据通过图像显示的方法形象地再现了液力变矩器内部流动情景，从而达到分析液力变矩器内部流动机理、流体与结构之间的相互影响，为结构设计与优化提供理论与实践依据。数值模拟具有信息丰富、成本低、周期短的特点。随着计算机技术的发展而蓬勃兴起的数值模拟为液力变矩器内流场研究开辟了新的途径。当然，有关描述液力变矩器的数学模型和数值计算方法都还在不断的完善之中，有待进一步研究和发展。

·液力变矩器流场测试技术

在液力变矩器内部流场数值模拟技术还不算成熟的情况下，了解其流场特点的可靠手段仍然是实验测试。实验测试不仅能了解变矩器流场基本流动过程、模化流动物理量和发展相关设计、计算方法，同时也为数值计算提供了边界条件，并对数值计算的可靠性、结果的准确性进行验证。液力变矩器流场测试技术可归纳为侵入式实验测试和非侵入式试验测试。侵入式测试系统通过在内流场中置入探针和传感器，可测量流场的速度和压力；非侵入式测试采取在工作介质中加入特殊的粒子，利用高速发展的计算机图像处理技术对流场显示进行定量化测量，从而实现对瞬态流场的测试。

液力变矩器的制造

液力变矩器的制造因结构形式及应用场合不同而有所不同，主要包括叶轮制造与液力变矩器的总装焊接。叶轮的制造可分为两大类：组装式和整体铸造式。前者叶轮的内环、外环和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，将三部分组装成完整的叶轮，该方法具有单件成本低，加工精度和流道表面粗糙度高的优点，但工装成本高。后者叶轮内环、外环及叶片直接由模具浇注成一体，一般是铝铸件。这两种方法中都不可避免地遇到叶片的制作问题，因此叶片的制作成了叶轮制作的关键。

基于CAD/CAM的现代成型技术可以保证最终生成的叶片与设计意图高度一致。其基本过程为：将设计所得的叶片三维模型转化为砂芯三维模型，生成砂芯模型后，确定分型面，设计模具，直接输入加工中心加工，得到用于加工砂芯的金属模具。然后利用该金属模具设置砂芯，最终得到叶片流道砂芯。将各叶轮砂芯按照叶片数排列并与内模、外模组合，浇铸生成液力变矩器各工作轮。各叶轮制造完成后，通过液力变矩器总装焊接完成液力变矩器产品的制造。

液力变矩器CAD/CFD/CAM集成开发技术

液力变矩器传统的整个开发流程是建立在样机生产、试验分析与一维设计的基础上，产品的开发往往要经过多次循环往复，使得产品开发周期加长，开发成本上升。近年来，随着计算能力的提高与计算流体力学的不断成熟，计算机辅助设计（CAD）能快速生成三维实体，为数值分析提供几何模型；流体动力学（CFD）数值分析为结构的改进与 优化设计提供指导方向；计算机辅助制造（CAM）技术实现了零件的快速成型。新的液力变矩器开发流程将CAD技术、CFD技术、CAM技术三者有机集成，使得液力变矩器的结构改进、性能预测等全部在虚拟设计平台中实现，同时考虑加工过程，从而大大提高了产品开发效率。因此，液力变矩器CAD/CFD/CAM集成开发技术是今后液力变矩器开发的研究热点和发展方向。