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

1、液力變矩器是車輛傳動系統(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)計理論,對鈑金型液力變矩器的三維內(nèi)流場、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象。首先對結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化,借助UG和Gambit軟件,獲得各個工作輪流道的網(wǎng)格模型,結(jié)合現(xiàn)代流體力學(xué)理論,通過仿真軟件FLUENT對各個工作輪流道建立了三維不可壓粘性流體紊流有限元計算數(shù)學(xué)模

3、型并進(jìn)行了三維流場的數(shù)值模擬計算；在此基礎(chǔ)上應(yīng)用葉輪轉(zhuǎn)矩方程,提出了外特性計算方法。設(shè)計并搭建了一臺實(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,對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)流場數(shù)學(xué)模型的正確性;在三個典型工況下,通過對內(nèi)流場的數(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、渦流等異常流動的分布特點(diǎn),為液力變矩器的設(shè)計和改進(jìn)提供了可靠的理論依

4、據(jù)。
　　 在三維流場數(shù)值計算的基礎(chǔ)上對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葉輪上軸向分力及變形的數(shù)學(xué)模型；實(shí)驗(yàn)對比研究結(jié)果表明基于三維流場的軸向力計算模型更接近實(shí)際；對鈑金型液力變矩器的殼體模型進(jìn)行簡化,在三維流場數(shù)值計算的基礎(chǔ)上,運(yùn)用MSC.Patran結(jié)合三維流動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數(shù)云圖；通過壓力循環(huán)耐久性實(shí)驗(yàn)以及啟動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