液力变矩器研究现状与发展趋势

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1、液力变矩器研宄现状与发展趋势摘要：综述目前国内外液力变矩器设计分析理论的发展过程，内流场分析方法和液力变矩器关键部件设计方法的研究现状，对所使用的理论计算方法、实验方法进行了分类、介绍和评价，总结了相应的研究进展和取得的成果，并在前人研宄成果的基础上，探讨了液力变矩器研究的发展趋势。关键同：液力变矩器；流场分析；三维流动；设计前言液力变矩器是以液体为介质，利用液体的相互作用引起机械能与液体动能之间的相互转换，通过液体动量矩的变化来改变传递转矩的传动装置。液力变矩器具有自动适应性、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，延长;r动力传动装置的使

2、用寿命，提高了乘坐的舒适性、安全性及通过性，因此广泛应用于汽车、军用车辆、工程机械、石汕、冶金、矿山及化工机械等颂域，是车辆自动变速系统的主要部件。液力变矩器主要包括泵轮、涡轮和导轮三个部件，如图1所示。泵轮由发动机驱动；涡轮与变速器输入轴相连，导轮则通过单向离合器安装在变速器壳体上。工作液在各工作轮组成的闭合循环道内流动，通过动能的变化來传递扭矩。图1液力变矩器基本组成1液力变矩器设计方法液力变矩器的设计主要是指变矩器的循环圆设计、叶片设计、特性计算、整体结构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，因而是液力变矩器的设计的关键是叶片设计

3、。循环圆和叶片的设计方法通常有经验设计法、相似设计法和理论设计法三种。在实际的设计过程中，这三种方法是综合应川的，主要分为两个环节：一是基于朿流理论的参数设计。二是在试制产品试验结果的基础上根据经验规律进行改进。其中，试验改进环节消耗大量的成本和时间，几乎占据整个设计过程的80%以上。而且众多环节需要经验确定，使得设计具有很大的不确定性。基于建模和计算的复杂性和液力变矩器流场的特殊性，液力变矩器叶片设计的理论基础已由一维流动理论、二维流动理论发展到三维流动理论。(1)一维流动理论：将工作轮中的总液流假设成由许多流朿组成，认为叶八数无穷多，厚度无限薄，忽略粘性对流场

4、的影响，简化很大，具有一定的工程实用价值，能反映流体作用的宏观效果，但不能正确反映宏观效果的微观原因，与液力变矩器实际内流场差别较大。(2)二维流动理论：在束流理论的基础上，认为工作轮屮的液体只在垂直于旋转轴线的一组平行轴面内的平Ifif流动，且其中每一平面的速度分布和压力分布都是相同的，即流动参数是两个空间华标的函数。在给定/叶片的边界形态和流量后，即可用数学物理方程求出该平囬上任一点的流动参数分布。该简化对纯离心式或轴流式工作轮中的实际流动情况，较为接近：对常用的向心式涡轮液力变矩器来说，与实际流动的差别仍然很大。(3)三维流动理论：液力变矩器是流道封闭的多级

5、透平机械，流道内为S杂的三维粘性流动。由于流道的曲率变化非常大，叶片的形状也是三维的，这就造成液流沿着流线方向、圆周方向以及从内环到外环都是变化的。另外，油液是有粘性的，这就必然会在流道壁面上出现附面层，由此还会引起“二次流动”和“脱流”、“旋涡”等。要想的到准确的流场计算结果，必须对变矩器A部流场进行三维粘性流动计算，直接对N-S方程求解。液力变矩器采用计算流体动力学数值模拟技术研究液力变矩器内部的流动形态，但能反映变矩器内部真实流动的数学模型还不完善，有待进一步研究和发展。随着计算流体力学的发展和计算机计算能力的飞速发展，在三维流动理论、先进的实验手段以及专用

6、软件逐渐完善的基础上对液力变矩器进行三维理论设计，增加设计的成功率，同时提高液力变矩器的各项性能。目前己经取得了一定的成果：国外，NorihikoWatanabe111将计算结果与CFD技术相结合进行变矩器的设计，结果证明此方法较以往设计方法缩短了设计周期，优化了产品的性能。SehyunShin和HyukjaeChangf21在混合平面理论基础上进行三维分析，利用CFD-CAE工具，采川改正的SIMPLE-C算法，分析之后，并利用数值仿真对比了泵轮和涡轮在不同叶片卷曲角下液力变矩器的性能，提出在没计过程中优化卷角可提高液力变矩器性能。GiwooKin?31等人认为

7、适应液力变矩器扁平化的一个重要设计手段就是修改导轮的儿何尺寸，因为导轮对整体性能的影响明S，因此作者分析了原型和修改了关键结构参数的两种导轮，得出通过修改导轮的形状可以很好的提高能容系数的结论。国内：陆肇达、闫国军［41等人在液力变矩器叶形设计和动态特性方面做了很多工作北京理工大学闫清东［51、项昌乐等人针对液力变矩器从没计到制造、实验的过程进行了较为系统的研宂。雷雨龙161等在液力变矩器三元流场数值计算和分析的基础上，对原液力变矩器进行改型设计，改进了叶型进出口角、骨线形状和厚度分布等参数。魏巍m等开发了一套包含束流初值搜索、循环圆与叶形的参数化设计、网格划分、

8、流场分析、