【摘要】： 液力變矩器廣泛用于汽車、工程機(jī)械、軍用車輛的主傳動(dòng)上,大大改善了車輛的牽引性能。然而液力變矩器的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是效率不夠高,影響車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性。由于液力變矩器流場(chǎng)異常的復(fù)雜性,仍有許多問題沒有搞清楚,因此,深入開展液力變矩器的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法研究具有重要意義。 本文對(duì)三元件向心渦輪液力變矩器的數(shù)學(xué)模型、設(shè)計(jì)方法、建模技術(shù)和內(nèi)部流場(chǎng)開展了研究。在廣泛搜集和研讀國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,采用了數(shù)學(xué)建模、公式推導(dǎo)、編程計(jì)算、圖形繪制、數(shù)值模擬和實(shí)測(cè)試驗(yàn)等多種手段進(jìn)行了研究。 為了對(duì)液體在液力變矩器內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行解析描述,提出了一種新的三維坐標(biāo)系—廣義環(huán)坐標(biāo)系。將流體質(zhì)點(diǎn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解成軸面運(yùn)動(dòng)和環(huán)面運(yùn)動(dòng),導(dǎo)出了軸面流線通用方程。根據(jù)葉片傾角和工作輪速度三角形關(guān)系,并利用正交曲線坐標(biāo)建立了環(huán)面流動(dòng)微分方程式。通過對(duì)微分方程進(jìn)行積分,得到了環(huán)面流線方程。 在此基礎(chǔ)上,探討了流線彎曲慣性力對(duì)能量損失的影響。理論推導(dǎo)結(jié)果說明在工作輪包角一定的情況下,流線彎曲慣性力對(duì)路徑的累積效應(yīng)為常數(shù),而造成這種損失的主要因素是流線彎曲的最大慣性力。在理論上論證了圓形循環(huán)圓的合理性,并用流線彎曲慣性力理論比較合理地解釋了Ejiri E和Kubo M的試驗(yàn)結(jié)果—汽車液力變矩器循環(huán)圓的扁平度超過0.2時(shí)會(huì)造成整體性能惡化。 在三元件向心渦輪液力變矩器的設(shè)計(jì)方法研究方面,提出了三種新的設(shè)計(jì)方法,即環(huán)面流線設(shè)計(jì)法、雙圓弧設(shè)計(jì)法和平面流線設(shè)計(jì)法。給出了流線型的葉片厚度解析函數(shù),得到了葉型骨線方程、葉片表面方程和三維流線方程。 為了對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行模擬,提出了自動(dòng)建模技術(shù)。針對(duì)液力變矩器流道的特點(diǎn),嘗試了旋轉(zhuǎn)5面單元體,旋轉(zhuǎn)8面凸單元體和旋轉(zhuǎn)6面單元體,摸索到了它們各自的特點(diǎn)。 在流場(chǎng)計(jì)算中,利用旋轉(zhuǎn)8面凸單元體建立了泵輪和導(dǎo)輪的模型,利用實(shí)體剖切法建立了渦輪的模型,并成功地導(dǎo)入Gambit,利用fluent軟件進(jìn)行了流場(chǎng)模擬,得到了流場(chǎng)的速度分布和壓力分布。 為了驗(yàn)證平面流線設(shè)計(jì)法的思想,對(duì)平面流線法設(shè)計(jì)的渦輪進(jìn)行了試驗(yàn),分析了試驗(yàn)結(jié)果。 總之,本文的研究成果解決了液力變矩器流動(dòng)難以描述的難題,從而建立了一種新的解析研究與設(shè)計(jì)體系,不僅深化了液力變矩器研究理論,還更新了液力變矩器的設(shè)計(jì)方法,并可淘汰沿用了幾十年的繁雜的設(shè)計(jì)方法—投影于單柱面和多柱面的保角變換法,具有工程應(yīng)用價(jià)值。此外,本文建立的各種公式更加便于編制程序進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),為液力變矩器設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH137.332
【圖文】：

向上為 y 軸的正方向，三維直角坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸符合右手定則。.2 廣義環(huán)坐標(biāo)系液力變矩器工作時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)在其內(nèi)部做螺管運(yùn)動(dòng)[78]，這種螺管運(yùn)動(dòng)用三維直、柱坐標(biāo)系或者球坐標(biāo)系進(jìn)行描述都不方便�？紤]到液力變矩器流場(chǎng)的特殊性出了一種廣義環(huán)坐標(biāo)系，環(huán)的中心點(diǎn)位于直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，環(huán)的軸線和x軸重同時(shí)，葉輪旋轉(zhuǎn)角速度矢量也和x軸重合，如圖 2-1(a)所示。

對(duì)于導(dǎo)輪的效果也很顯著，導(dǎo)輪的偏移弧長(zhǎng)開始為等曲率的圓弧，可曲的慣性力，降低能量損失。后一段為直線分布，可以降低液流的偏離角了環(huán)面流線方程，可以寫出葉型骨線參數(shù)方程。再考慮厚度函數(shù)，也可以示葉片表面的直角坐標(biāo)方程式，方程式形式與上節(jié)相同。據(jù)上述公式編制葉片的計(jì)算程序，并利用圖形接口可以自動(dòng)繪制出各個(gè)工維圖形，泵輪、渦輪和導(dǎo)輪的葉片三維圖形如圖 4-7 所示

(a) (b)圖 5-2 用平面流線法設(shè)計(jì)的液力變矩器葉片的三維圖a 渦輪葉片 b 泵輪葉片2 Three-dimensional blade designed by using plane streamlinea. turbine blade b. stator blade法的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以使流線具有較大的曲率半徑同時(shí)，由于各速度平面之間幾乎是相互平行的，還場(chǎng)，能降低湍流的強(qiáng)度。如果采用沖壓葉片，平面制造。向心渦輪液力變矩器的設(shè)計(jì)問題進(jìn)一步進(jìn)行了研究

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2778413