基于三維流場(chǎng)的鈑金型液力變矩器現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、液力變矩器是車輛傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一,其主要作用是通過液體耦合的泵輪和渦輪,實(shí)現(xiàn)放大扭矩和在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速的作用。目前鈑金型液力變矩器以其結(jié)構(gòu)緊湊、工作性能好,適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代了傳統(tǒng)的鑄造型液力變矩器,但是鈑金型變矩器存在設(shè)計(jì)和制造難度較大的問題。本文結(jié)合陜西省科學(xué)研究基金項(xiàng)目“鈑金型液力變矩器性能及關(guān)鍵理論研究”依照變矩器的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論,對(duì)鈑金型液力變矩器的三維內(nèi)流場(chǎng)、軸向力、變形理論與疲勞壽命進(jìn)行了深入研究。

2、
　　 近年來,隨著CFD(Computational Fluid Dynamics)技術(shù)走向工業(yè)應(yīng)用階段,全三維粘性流動(dòng)分析技術(shù)趨于成熟,使得精確求解液力變矩器內(nèi)部的復(fù)雜流動(dòng)成為可能。本文依托項(xiàng)目合作單位的某工程機(jī)械用鈑金型液力變矩器為研究對(duì)象。首先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化,借助UG和Gambit軟件,獲得各個(gè)工作輪流道的網(wǎng)格模型,結(jié)合現(xiàn)代流體力學(xué)理論,通過仿真軟件FLUENT對(duì)各個(gè)工作輪流道建立了三維不可壓粘性流體紊流有限元計(jì)算數(shù)學(xué)模

3、型并進(jìn)行了三維流場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算；在此基礎(chǔ)上應(yīng)用葉輪轉(zhuǎn)矩方程,提出了外特性計(jì)算方法。設(shè)計(jì)并搭建了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)精度高、能夠較為準(zhǔn)確模擬實(shí)際工況的新型實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)所研究的鈑金型液力變矩器進(jìn)行外特性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了三維內(nèi)流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的正確性;在三個(gè)典型工況下,通過對(duì)內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析研究,得出了鈑金型液力變矩器內(nèi)部三維流場(chǎng)的速度梯度、壓力梯度分布規(guī)律以及回流、二次流、渦流等異常流動(dòng)的分布特點(diǎn),為液力變矩器的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了可靠的理論依

4、據(jù)。
　　 在三維流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)鈑金型液力變矩器的軸向力、變形理論、疲勞壽命進(jìn)行了研究。采用數(shù)學(xué)方法,建立了液力變矩器三個(gè)葉輪上軸向分力及變形的數(shù)學(xué)模型；實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究結(jié)果表明基于三維流場(chǎng)的軸向力計(jì)算模型更接近實(shí)際；對(duì)鈑金型液力變矩器的殼體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,在三維流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上,運(yùn)用MSC.Patran結(jié)合三維流動(dòng)理論建立了殼體膨脹變形有限元數(shù)學(xué)模型,提交MSC.Nastran仿真分析軟件得到了殼體的應(yīng)力應(yīng)變分布云圖；通

5、過靜壓膨脹實(shí)驗(yàn)研究得到了變形與油壓的關(guān)系并驗(yàn)證了有限元模型的正確性:借助MSC.Fatigue有限元疲勞仿真軟件,得出了殼體表面的疲勞壽命對(duì)數(shù)云圖；通過壓力循環(huán)耐久性實(shí)驗(yàn)以及啟動(dòng)工況下的耐久性試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本相符,表明了膨脹變形以及疲勞壽命仿真結(jié)果的正確性,從而可以在設(shè)計(jì)階段判斷出殼體疲勞壽命的薄弱位置并提出了改進(jìn)措施。
　　 本文所取得的研究成果對(duì)提高鈑金型液力變矩器的性能提供了可靠的數(shù)值模擬方法和理論依據(jù)；同