汽车用液力变矩器设计及性能仿真（全套完整有CAD）

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在中建立叶轮的外环内环等附属部分的模型，最终同叶片组合在起，得到变矩器的实体图如图。图液力变矩器几何模型液力变矩器的工作流道主要由叶轮的内环外环和叶片之间的空间，加上各叶轮之间的无叶片区构成。由于流道的周期性，每个叶轮只需选取个流道空间作为计算区域进行分析，该计算区域不仅包括叶片内的流道部分，还应包含叶片进口边之前和出口边之后的小段无叶片区。在抽取流道时，从中弦面将流道割开，叶片被完全包罗在流道中。图为泵轮的流道切割方法，涡轮和导轮的切割方法相同。图为流道示意图。图泵轮图流道．生成计算网格网格是模型的几何表达形式，也是数值模拟和分析的载体。网格的质量对于计算精度和计算效率有重要的影响，甚至是计算成败的关键。对于个复杂的问题，划分网格所用的时间可能要占到整个分析过程的左右，可见网格在分析过程中的重要地位，因此必须给予高度的重视。为了提高计算的精度，本文将用六面体网格进行划分。简介本文将使用进行网格划分。是目前分析中最好的前置处理器之，它包含功能强大的几何建模能力以及先进的网格划分工具，可以划分出包含边界层等有特殊要求的高质量的网格。能够针对极其复杂的几何外形生成三维四面体六面体的非结构化网格及混合网格，且有数十种网格生成方法，生成网格过程又具有很强的自动化能力，因而大大减少了工程师的工作量。包含全面的几何建模能力，既可以在内直接建立点线面体的几何模型，也可以从等主流的系统导入几何和网格。与软件之间的直接接口和强大的布尔运算能力为建立复杂的几何模型提供了极大的方便。提供了对复杂的几何形体生成附面层内网格的重要功能。边界层是流动变化最为剧烈的区域，因而边界层网格对计算的精度有很大影响。而且边界层内的贴体网格能很好地与主流区域的网格自动衔接，大大提高了网格的质量。将造型好的叶片实体绕叶轮的中心旋转线旋转复制，最终完成工作轮的造型，如图。以上即为液力变矩器的测绘及反求的方法及过程。第章液力变矩器内流场数值分析液力变矩器是最复杂的透平机械，同时包括离心式泵轮向心式涡轮和轴流式导轮三种不同类型的流体机械。泵轮涡轮和导轮组成了相对密闭的工作腔，它们的进口出口环境相互影响。液力变矩器内流场分析的难点在于它是流道封闭的透平机械，涡轮导轮和泵轮按各自的转速转动导轮固定不动，只有在耦合工况下自由旋转，每级叶轮的流道都相当复杂，流道的内环外环以及叶片的表面都是复杂的曲面，而且变矩器内部的流动是非定常的不可压缩的三维粘性流动。．常用的软件介绍软件是计算流体动力学软件的简称，主要用于进行流场分析计算以及预测。借助于软件，可以分析并且显示发生在流场中的现象，还能预测性能，并通过改变各种参数，达到最佳设计效果。通过的数值模拟，能使我们更加深刻地理解问题产生的机理，还可以部分代替实验，这对于降低成本，缩短研发周期，提高开发效率具有重要的意义。随着计算机技术的发展以及数值计算方法的日趋成熟，出现了许多的商用软件。商用软件使许多原本不擅长的其它专业研究人员也能够进行流体数值计算，从而使研究人员从编制繁杂重复性的程序中解放出来，以更多的精力投入到考虑所计算的流动问题的物理本质问题的提法边界初值条件和计算结果的合理解释等重要方面，这样最佳地发挥了商用软件开发人员和其它专业研究人员各自的智力优势，为解决实际工程问题开辟了新的道路。目前比较好的软件主要有，除了是美国公司的软件外，其它三个都是英国公司的产品。是由美国公司于年推出的软件，在美国的市场占有率为。只要是跟流体，热传递以及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在汽车设计武汉理工大学硕士学位论文航空航天化学处理发电系统生物医药等方面都有着广泛的应用。软件主要由前处理求解器以及后处理三大模块组成。采用自行研发的前处理软件来建立几何形状及生成网格，然后由进行求解。具有超强的组合建模能力，可以生成并处理结构化网格或者非结构化网格，主要包括的二维网格有三角形和四边形网格，三维网格有四面体六面体楔形和金字塔形网格。借助功能灵活，完全集成的和易于操作的用户界面，船可以大大缩短用户在应用过程中建立几何模型和此外泵轮涡轮和导轮分别以不同的转速运动，各工作轮之间相互干扰而且工作介质是有粘性的，这就必然会在流道壁面上产生边界层，由此还会引起二次流脱流和旋涡等。因此，变矩器内部的流动是非定常的不可压缩的三维粘性流动，想要对变矩器内流场进行三维计算变得十分困难。不过随着计算流体力学和计算机技术的发展，各种软件的日趋成熟，使得对变矩器内流场进行三维计算变成可能。本课题研究的目的和意义就在于，借助于软件对液力变矩器的内流场进行三维仿真计算，然后通过实验验证计算的结果，最后较系统地提出基于三维流场理论的设计分析方法，解决液力变矩器的传动效率和设计精度低的问题。改变研制周期长，次成功率低的局面，进步改善液力变矩器的性能和设计制造水平。主要研究内容在导师的悉心指导下，主要完成的研究工作有使用大型软件本课题选用对液力变矩器进行三维实体造型，然后通过进行网格划分前处理。选择三维内流计算软件进行流动计算分析。利用三维流动计算求得流场速度压力分布，以及对外的转矩转速特性和轴向力。进行变矩器台架试验，测量液力变矩器的轴向力转矩，确立仿真计算与实际流动的对应关系。第章液力变矩器的测绘和反求为了不破坏工作轮，我们选取制模的方法获得叶片的曲面的形状。拟将几个叶轮流道的出口处封死，灌入工程塑料或硅橡胶，待其固化后取出，进行光栅扫描。由于流道扭曲度很大，在取模过程中，固化的材料会受到流道的严重挤压。因而要求灌入的材料具有很好的弹性和抗拉强度，在受压严重变形后能够很好的恢复原有的形状，鉴于此，我们选取弹性好的硅橡胶作为制模的材料。经过深入探讨和理论分析，我们最终选择硅橡胶制模光学三维测量系统扫描三坐标入口标记参考入口厚度的反求策略。经实践检验该方法是切实可行的，总体效果良好。.测绘过程测量工作轮借助直尺三角板等常用测量工具测量外圆深度长度孔径花键等常规数据。硅橡胶制模选择质量好的专业硅橡胶，然后选择无铸造缺陷流道壁比较光顺的相邻的两个流道作为取模的对象，并做好标记，再就将流道下方封闭好，然后将搅拌均匀的硅橡胶其中硅胶和固化剂的比例按慢慢倒入流道腔中，待其完全固化后，将模从其中取出。以泵轮为例，取出的模如图。扫描硅橡胶模用光学三位测量系统进行扫描，准确获得硅橡胶模的三维几何信息具体见下节。测量入出口的厚度由于工作轮的铸造件，为了避免测量的偶然性，应该选择不同叶片，进行多次论描述纯离心式或轴流式工作轮中的流动情况与实际较为接近，而描述常用的向心式或股的混流式工作轮，则与实际差别较大。液力变矩器设计计算方法的发展方向是三维流动理论，描述粘性流体三维流动的运动方程是纳维斯托克斯方程，简称方程。由于方程和欧拉方程的复杂性，直接求数值解非常困难，特别是方程，到目前为止尚无法直接求解。近十多年来，人们多用有限元法和有限差分法求三维流动的微分方程或变分方程。尽管人们对液力变矩器内流场的研究已经取得了定的进展，但是由于液力变矩器内流场的特殊性和复杂性，完全抛开维束流理论来进行液力变矩器设计计算的条件尚不成熟，能准确地反映液力变矩器内流场状况的理论尚未形成，液力变矩器的研究设计方法并没有从根本上得到改善，对液力变矩器还不可能进行步到位的设计，往往要有多次反复，需要做大量的实验。最近几年里，国外对液力变矩器三维流动理论的研究非常热烈，各大汽车公司将分析液力变矩器的工作机理作为提高汽车燃油经济性的突破口，从而作了大量的工作。美国韩国等国家的能源部门从节省国家能源的角度出发，投入巨资对液力变矩器做了深入的研究。日本也早在上个世纪年代初期，就地球环境问题和能源保障问题呼吁要节约能源，反映在汽车领域，就是要提高各部件的效率，其中液力变矩器传动效率的提高占有重要的地位。另外，在国外随着前置前驱动车型的大量涌现和自动变速器多档化，对变速器小型化轻量化舒适性以及安全性的要求日益提高，于是提出了设计超扁平化的液力变矩器。为了弥补超扁平化带来的性能效率下降的问题，采用数值模拟的方法研究变矩器的内部流场是条有效途径。．液力变矩器的组成及工作原理液力变矩器的组成液力交矩器主要由可转动的泵轮涡轮，以及固定不动的导轮三个基本元件组成如图所示，汽车所用液力变矩器的工作轮般是由钢板冲压焊接而成，而工程机械和些军用车辆所用液力变矩器的工作轮则是用铝合金精密铸造而成的。液力变矩器的工作原理以液力变矩器工作轮的展开图来说明液力变矩器的工作原理。沿图所示的工作轮循环圆中间流线将三个工作轮时片假象地展开，得到泵轮涡轮和导轮的环形平面图。各叶轮叶片的形状和挣出口角度也被显示于图中。为便于说明起见，设发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮的转速阼。及转矩。为常数。先以汽车启动工况为例进行讨论。当发动机运转而汽车还未起步时，涡轮转速月，为零，如图所示。变速器油在泵轮叶片带动下，以定的绝对速度沿箭头的方向冲向涡轮叶片，对涡轮有涡轮出口流场.导轮流场分析导轮入口流场导轮出口流场．本章小结第章全文总结参考文献致谢第章绪论．研究背景液力变矩器在国内外的应用液力变矩器是车辆传动系统中的关键部件之，其主要作用是由发动机向传动系统平稳地传递动力。装有液力变矩器的动力传动系统可以保证车辆平稳地起步变速。目前液力变矩器被广泛地应用于铁道车辆工程机械航空航天能源动力以及化工机械等行业，而汽车行业更是液力变矩器的最大用户。国外己普遍将液力传动运用于轿车公共汽车豪华型大客车重型汽车牵引车及军用车辆等。以美国为例，自世纪年代以来，每年在轿车上液力变矩器的装配率达到以上，而在城区公汽上的装配率几乎达到了。在重型汽车方面，载货量吨的重型矿用自卸车几乎全部采用了液力变矩器，而在功率超过，载货量超过吨的重型汽车上，液力变矩器也得到了广泛地应用。如功率为．装载量为吨的矿用自卸车就装配了阿里森的系列液力机械变速器。还有些非公路车辆，坦克以及军用车辆上也装备了液力变矩器。除美国外，其它国家的汽车工业中，比如日本的丰田日产公司，德国的奔驰伦克公司以及意大利的菲亚特公司等都生产了装配有液力变矩器的汽车。我国早在上世纪年代就将液力变矩器应用到红旗牌高级轿车上，开创了我国独立设计制造液力变矩器的历史。年，我国机车行业自行研制的卫星号也称东方红内燃机车装配了三个液力变矩器个启动液力变矩器，两个运转液力变矩器。液力传动在国内工程机械上的应用始于年代，当时由天津工程机械研究所和厦门工程机械厂共同研制的装载机上就装配有液力变矩器。年代开始将液力变矩器应用于重型矿用汽车上。年代由天津工程机械研究所研制开发了“单级向心涡轮液力变矩器叶栅系统”和“双涡轮液力变矩器系列”。两大系列目前已成为我国国内工程机械企业的液力变矩器的主要产品。其产品的主要性能指标已达到国外同类产品的先进水平。年代北京理工大学为军用车辆研制开发了系列液力变矩器，突破大功率高能容高转速液力变矩器的设计与制造关键技术，达到国际先进水平，满足了军用车辆的使用要求。些合资企业生产的轿车和重型载重车等也应用了进口的液力变矩器。目前，液力变矩器在我国的轿车市场上也有着巨大的潜力，年以前，我国汽车总保有量中仅有不到的车辆装有液力机械式自动变速系统。汽车,用液力变矩器,设计,性能,机能,仿真,毕业设计,全套,图纸湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题目汽车用液力变矩器设计及性能仿真学院兴湘学院专业机械设计制造及其自动化学号姓名指导教师完成日期年月日摘要本文的研究是以汽车用液力变矩器为研究对象，基于三维流场理论，借助