基于二次函数环量分配的液力变矩器叶片设计方法

　　引言

　　叶片几何参数是决定液力变矩器性能的关键参数。环量分配法是液力变矩器叶片设计的主要方法之一,环量的分配规律决定着叶片的形状,因此,尽管叶片进出口角等基本参数相同,若采用不同的分配法也会生成不同的叶形,从而引起变矩器性能的变化。本文提出基于二次函数环量分配的液力变矩器叶片设计方法,并给出应用实例,利用CFD软件对新方法和传统方法设计叶片的变矩器三维流场进行数值模拟,计算其原始特性曲线,并进行对比分析。

　　1 基于二次函数环量分配的叶片设计方法

　　传统的等环量分配叶片设计法的理论基础是束流理论,认为按选定的设计速比在循环圆上设定元线,循环圆中间流线上两元线间每增加相同的弧长,液流沿叶片中间流线应增加相同的环量,以保证流道内的流动状况良好^[1]。

　　在设计工程机械系列化液力变矩器时,需通过叶栅系统组合达到能容分档目的^[2],设计过程中部分叶片出现狭长和较大扭曲,尤其是在叶片进出口附近,且曲率变化较大。为解决此问题,本文改变传统的等环量分配变矩器叶片设计方法,选取环量基于二次函数分配的新方法进行叶片设计。计算叶轮过流断面面积变化情况,利用CFD软件计算变矩器三维流场和性能,综合考虑液力变矩器效率η、泵轮转矩系数λ_B、变矩比K等参数,选取各个叶轮的环量分配函数。

　　定义叶片在中间流线上与进口无因次距离为x,取值范围为0~1,0代表叶片进口,1代表叶片出口。

　　定义泵轮和导轮环量沿x方向无因次变化量为f(x),且

　　式中—叶轮进口、出口环量,m²/s

　　—沿x方向第i条元线处环量,m²/s

　　由于涡轮内进口环量高于出口环量,定义涡轮环量沿x方向无因次变化量为f(x),且

　　泵轮和导轮传统的等环量分配法为f(x)=x的直线,而涡轮为f(x)=-x+1的直线。经计算分析,如图1a所示,设计泵轮环量的二次函数分配规律为

　　如图1b所示,设计的涡轮环量二次函数分配规律为

　　如图1c所示,设计导轮环量二次函数分配规律为

　　按上述规律进行环量分配后,即可计算出中间流线上各点叶片角度,进而按反势流分布理论计算出内外环上各点叶片角。将角度进一步换算,则得叶片叶形坐标。

　　2 应用实例

　　将基于二次函数环量分配的叶片设计方法应用于工程机械系列化液力变矩器叶片设计。其中YJ305系列变矩器循环圆形状如图2所示。通过编写Matlab程序实现环量分配法的计算过程^[3]。得到叶片空间坐标后,利用三维建模软件建立叶片三维模型。