钣金型液力变矩器内部流场的分析

　　0　引　言

　　液力变矩器是工程机械传动系统中的关键部件之一,其主要作用是将发动机的动力平稳、高效的传递到终传动[1-2]。近年来,随着中国车辆制造行业竞争的不断加剧,使得主机生产商对变矩器的工作性能要求不断提高。钣金型液力变矩器以其制造精度高、成本低、体积小、工作性能好、适合大批量生产的特点,逐渐代替了传统的铸造型液力变矩器。但是,钣金型液力变矩器设计和制造难度较大,而设计先进的液力变矩器的关键则是分析液力变矩器的内部流场[3-4]。为此,本文针对现有某型号钣金型液力变矩器,对其结构进行简化,采用UG(Unigraphics软件的缩写)进行三维流道建模,结合现代计算流体力学理论,通过流体仿真软件FLUENT进行了变矩器内部流场的数值计算。

　　1　计算模型的建立

　　液力变矩器主要由涡轮、泵轮、导轮、变矩器壳体、扭转减震器、活塞和从动齿圈等构成。液力变矩器内部流场分析的难点是流道封闭的透平机械,涡轮、导轮和泵轮三级叶栅按各自的转速转动(在变矩工况导轮锁止,在偶合工况导轮自由旋转),每级叶栅的流道都相当复杂,流道内环、外环和叶片面都为复杂曲面,变矩器的性能是由这些复杂曲面构成的流道几何机构所决定的。

　　1.1　基本假设

　　工作油液在液力变矩器中的流动十分复杂,本文在对液力变矩器内部流场的分析中做如下假设:

　　(1)液力变矩器中所有的构件为绝对刚体。

　　(2)工作介质在任何工况下密度876.6 kg/m3不变;粘度0.005 066 Pa·s为常数。

　　(3)变矩器工作过程是等温的,工作介质的内能在工作中没有变化,本文只求解连续方程和动量方程,没有对流场中的温度场进行研究。

　　(4)除了进口面和出口面外,工作介质不能从任何其他地方进入流道。

　　(5)忽略2个叶轮间无叶栅区的泄漏,从上游流出的工作油液完全等量地进入下游叶轮。

　　(6)在同一工况下,同一叶轮每个流道的流场特性相同;每个工作轮的流道分别由一个叶片的承压面、相邻叶片的背压面、外环面、内环面、进口面和出口面6个曲面组成[5-6]。

　　1.2　流道模型的建立

　　变矩器的流道模型是通过逆向工程获得。本文选择的钣金型液力变矩器,叶片参数见表1。首先采用三维坐标仪扫描单个叶片得出点云,然后将点云数据导入UG中,再拟合成片体(图1)。通过计算,可以得到泵轮、涡轮和导轮流道的圆周角分别为16.79°、12.50°、21.17°。由于泵轮、导轮叶片为等厚度的钣金件,所以在UG中,如将叶片的一个工作面沿工作旋转方向做对应圆周角大小的旋转,即可得到泵轮、涡轮单个流道模型。变矩器的流道模型如图2所示。