液力变矩器理论设计方法的研究

论文摘要

我国的液力变矩器制造行业当前还比较落后,不仅品种少、产量低而且性能差、应用范围窄,自行开发研制液力变矩器的能力比较薄弱,大多停留在仿制的阶段,针对液力变矩器的研究也比较单一与零散,研究不够深入系统。由于液力变矩器对我们来说是一个全新的产品,它又是自动变速器中的关键部件,无论从设计、试验还是制造等方面都需要从零开始,技术难度大。通过液力变矩器项目的实施,加快自主创新能力的建设,形成系统的液力变矩器开发流程、设计方法,建立起产品基础数据库,逐步完善和形成液力变矩器的自主研发体系。本文结合红宇公司的重大技改项目——“汽车液力变矩器研发与制造”项目,采用光学三维扫描仪、三维CAD软件及计算流体动力学分析技术,并与试验相结合对液力变矩器进行理论设计方法的研究。通过本文的研究,得到了以下主要研究结论:1)根据液力变矩器设计的一元束流理论,在逆向设计完成泵轮、涡轮和导轮三维CAD模型的基础上,提出了液力变矩器循环圆的设计方法。并利用MATLAB软件进行编程计算,得出液力变矩器基本性能。试验结果证明,一元束流理论计算得到的结果与试验数据相对误差较大。2)根据计算流体动力学理论,对液力变矩器流道进行几何建模,利用商业CFD软件CFX对其内流场进行数值模拟,对内流场的数值模拟结果进行细致分析,了解其分布特性,比较典型的有:泵轮出口面流动呈现射流/尾流结构。节面内的压力分布随着速比上升逐渐呈现按径向比例分布的趋势。涡轮出口段流场具有较均匀、稳定的特性,流体流出时与叶片角度相对一致。液流流入导轮时角度变化大,低速比时,液流直接冲向压力面从而产生高能低速区,高速比时,液流冲向吸力面,在压力面一侧出现低速尾流区。3)利用商业CFD软件CFX计算得出变矩器的原始特性,原始特性计算结果与试验数据的对比表明,数值模拟是比较准确可靠的。试验结果证明,所提出的设计方法是切实可行的,这不仅大大提高了设计水平,也缩短了设计周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 设计方法
• 1.2.2 内流场试验研究
• 1.2.3 内流场数值计算
• 1.2.4 国内研究机构
• 1.2.5 国外研究机构
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 液力变矩器设计概述
• 2.1 结构型式
• 2.2 工作原理
• 2.3 设计方法
• 2.4 参数定义
• 2.4.1 性能参数
• 2.4.2 几何参数
• 2.4.3 流道几何定义
• 2.5 本章小结
• 3 液力变矩器的一元束流理论计算
• 3.1 液力变矩器的三维CAD 建模
• 3.1.1 涡轮的三维数据采集
• 3.1.2 涡轮的三维CAD 建模
• 3.2 液力变矩器的循环圆设计
• 3.2.1 确定外环、内环和出入口边
• 3.2.2 计算确定设计流线
• 3.2.3 设计循环圆
• 3.3 液力变矩器的性能计算
• 3.3.1 一元束流理论
• 3.3.2 性能计算
• 3.4 本章小结
• 4 液力变矩器的三元流动理论研究
• 4.1 计算流体动力学基础
• 4.1.1 计算流体动力学控制方程
• 4.1.2 三维湍流模型
• 4.2 控制方程离散
• 4.2.1 常用离散化方法
• 4.2.2 有限体积法
• 4.3 液力变矩器的内流场模型
• 4.3.1 边界条件
• 4.3.2 几何模型
• 4.3.3 网格模型
• 4.4 内流场的CFD 计算
• 4.4.1 计算步骤
• 4.4.2 计算结果
• 4.5 本章小结
• 5 液力变矩器内流场分析
• 5.1 泵轮内流场分析
• 5.1.1 泵轮流道弦面流场特性
• 5.1.2 泵轮流道翼面流场特性
• 5.1.3 泵轮流道节面流场特性
• 5.2 涡轮内流场分析
• 5.2.1 涡轮流道弦面流场特性
• 5.2.2 涡轮流道翼面流场特性
• 5.2.3 涡轮流道节面流场特性
• 5.3 导轮内流场分析
• 5.3.1 导轮流道弦面流场特性
• 5.3.2 导轮流道翼面流场特性
• 5.3.3 导轮流道节面流场特性
• 5.4 内流场流量分析
• 5.5 本章小结
• 6 液力变矩器性能试验及对比分析
• 6.1 液力变矩器性能试验分析基础
• 6.1.1 液力变矩器的外特性及通用特性
• 6.1.2 液力变矩器的原始特性
• 6.1.3 液力变矩器的各种性能及评价指标
• 6.2 液力变矩器基本性能试验
• 6.2.1 液力变矩器试验方法
• 6.2.2 液力变矩器试验数据
• 6.3 计算数据与试验数据的对比分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录