液力变矩器叶栅动量矩分配规律

　　液力变矩器是传统自动变速器(AutomaticTransmission, AT)上的重要组成元件,对车辆自动变速有重要影响[1]。液力变矩器传统的设计方法是基于束流理论建立起来的,由此衍生的叶片等动量矩分配方法一直是其叶栅的一种重要设计方法^[2-4] 。

　　近年来,自动变速器设计开发中重要的研究内容,是提高液力变矩器的性能[5-6],而性能的提高主要取决于其叶型的设计。以计算流体力学技术为基础的三维流动设计方法奠定了液力变矩器现代设计理论的基础,也为叶栅的叶型开发提供了重要的手段和方法[7-8]。作者以计算流体力学为验证手段,对三种典型的动量矩分配规律进行了研究,获得了对叶型设计具有指导意义的规律性结论。

　　1　动量矩等分配法

　　动量矩等分配法即传统的环量分配法,其理论基础是束流理论,它认为:在选定的设计速比下,循环圆平面中间流线上每增加相同的弧长,液流沿叶片中间流线应增加相同的动量矩,以保证流道内的流动状况良好。

　　对变矩器各元件,其扭矩公式可写为

式中:Q为循环流量;Vθ为绝对速度的切向分量;r为半径;ρ为流体密度;U为圆周速度;Wm为相对速度在子午面上的投影;β为相对速度与圆周速度之间的夹角。

　　动量矩等分配即把(V2θr2-V1θr1)沿中间流线等量分配,保证各点之间动量矩增量相等,从而确定各点空间坐标,其具体步骤如下:

　　(1)在循环圆平面内对中间流线进行等分,并过等分点作垂直于中间流线的元线,等分点数目越多,叶型描述越精确。

　　(2)计算进出口动量矩的变化,并按照增量相等原则计算各等分点对应的动量矩。

　　(3)根据速度公式(2)计算各分点对应的角度β。

　　(4)确定内、外环上对应点的角度。根据反势流理论,液流在过流断面上的速度分布规律可描述为

式中:脚标c和s分别表示内环和外环。根据式(3)可计算出内外环上各点对应的角度。

　　(5)利用内外环半径和偏移量确定叶片形状。任一叶片元线上的偏移量xk计算公式如下

式中:e为设计流线上相邻两点之间的弧长;θ0为元线起点所在轴面与径向参考平面的夹角;rk为元线与设计流线交点的半径,脚标k(k=0,1,2,…)为元线的序号。

　　(6)叶片加厚的基本原则是保证叶片表面光滑,并使得过流面积变化平缓。

　　2　动量矩不等分配法

　　动量矩的分配规律实际上决定了叶片的形状,因此,尽管叶片进出口角等基本参数相同,采用不同的分配法就会生成不同的叶型,从而引起变矩器整体性能的变化。作者所提出的不等分配法正是基于这一思想,对动量矩沿弦线方向的分配规律进行研究。