液力变矩器泵轮承压面的流场建模与仿真

    1 液力变矩器的工作原理

    液力变矩器在汽车、起重运输机械、船舶等领域应用广泛,其基本结构如图1所示。它主要由3个具有弯曲(空间曲面)叶片的工作轮组成:可旋转的泵轮4、涡轮3、固定不动的导轮5[1]。泵轮一般与变矩器壳体连成一体,用螺栓固定在发动机曲轴1的连接盘上。涡轮经从动轴7传出动力。导轮5固定在不动的套筒6上。所有的工作轮在变矩器装配完成后,共同形成环形内腔。工作时,储存于环形内腔的工作液体除随变矩器做圆周运动之外,还在循环圆内沿图1中箭头所示方向做循环流动。液体离开泵轮时,以一定的绝对速度进入涡轮,封闭的循环圆迫使液体冲击涡轮叶片[2],使涡轮获得力矩。

    在液力变矩器中,流体和机械之间的传递是通过作用在流体上的力来进行的。当流体和叶轮接触时,流体对叶轮接触面产生作用力,同时也受到叶轮接触面的反作用力。因此,当固体运动时,不是叶片对流体做功,就是流体对叶片做功。作用在流体上的力为正压力、剪应力、质量力。

    2 坐标系的选取和参数约定

    2.1 坐标系的选取

    选用绝对坐标系建模,选用相对坐标系分析。由于存在旋转运动,所以考虑质量力时,必须考虑科氏力,有科氏力就不能用相对坐标系建模。选用坐标系时,绝对坐标系的z轴通过叶轮回转轴,相对坐标系随叶轮一起旋转,并且z轴通过叶轮回转轴。把相对于绝对坐标系的流体运动称为绝对运动;相对于相对坐标系的流体运动称为相对运动;把绝对坐标系对相对坐标系的运动称为牵连运动。

    设定如下物理量及其涵义:u为绝对速度,v为牵连速度,w为相对速度,X为叶轮转动的角速度。描述流场结构的物理量是速度u和压力p,并且,速度和压力的分布都是关于(x, y, z, t)的物理量,即u (x, y, z, t), p (x, y, z,t)。若叶轮的转速为n,则其角速度X=2Pn,叶轮内流体的牵连速度为u=rX。在相对坐标系下观测到的相对流线形状与绝对流线形状不同,基本上与叶片的承压面形状相似。

    2.2 参数值设定

    参数值设定: n=1 000 r/min、系统供油压力p0=10 MPa、液压油粘度等级46、泵轮叶片为BSYB660型液力变矩器的泵轮叶片。

    2.3 坐标变换

    绝对坐标与相对坐标的关系如图2所示,可以看出,虽然转动系的大小不改变,但是方向一直在变化,。那么,依据理论力学的相应理论[3]应有

    设绝对坐标系oxyz以地球系统为参考系,在绝对坐标系中任意点A的矢径为