液力变矩器叶栅系统的三维建模

　　1 引言

　　在液力变矩器中，叶片和工作轮内、外环曲面一起形成液流流道。叶片形状的好坏，直接影响液力变矩器的内部流场和加工制造。在叶形设计的方法中，普遍使用的是保角变换法和曲面三角形法^[1-2]，其共同的特点是将三维空间曲面展开为二维平面来进行近似设计。随着现代加工技术的发展，为精确的保证叶片的空间形状，叶片成形可以直接根据三维模型进行。所提出的叶形建模方法可直接生成叶片的三维模型。

　　2液力变矩器的工作原理

　　液力变矩器是一种复杂的透平机械，由带叶片的泵轮、涡轮和导轮组成，形成一个封闭的液力循环系统。液力变矩器的循环圆内充满着工作液体，不工作时液体处于静止状态，不传递任何能量。工作时，发动机直接驱动泵轮，使其动力通过泵轮的转动而被转换成液体的能量;液体高速地流入涡轮，它在涡轮叶片中的运动推动涡轮转动，自动地适应于外界转矩而变化转速，使液体的动能又被转化成机械能，由涡轮轴输出;从涡轮流出的液体经导轮变换液流方向后又流入泵轮，进入下一个工作循环。液力变矩器的工作过程也就是液流与叶轮间相互作用的过程。

　　3液力变矩器叶形的描述

　　液力变矩器工作轮的叶片一般都是空间扭曲的，叶形设计必须保证能对叶片的真实长度、厚度和角度等参数做出正确的描述。通过对已有叶片模型的分析，实现了对空间叶形的定义^[3]：

　　(1)首先在外环面与内环面之间利用若干剖分面对叶片进行切分，得到各剖分面上叶片断面的形状，从而将空间曲面转化为空间曲线。剖分面的个数一般选择(3～5)个。如图1 所示，叶片被三个剖分面(2，3，4)切分，1 是外环面，5 是内环面，叶形可以由内、外环面及各剖分面上的叶片轮廓线确定。

　　(2)其次利用投影于多圆柱面的等倾角射影法^[4]，将内、外环面及各剖分面上的叶片轮廓线转化为平面叶形，从而将空间曲线转化为平面曲线，等倾角射影得到的展开线可与原曲线保持相等的长度和倾角。外环面1上叶片骨线的等倾角射影图，如图2所示。

　　于是，通过两次转换，空间叶形的定义可由平面叶形来进行描述。在确定了叶片骨线形状之后，对叶片进行适当加厚即可得到合理的平面叶形。根据空间几何关系，再经过曲面造型即可获得空间叶形。

　　4叶形的设计过程

　　通过对骨线(a′b′c′d′e′f′)上各点叶片角和厚度的定义，根据空间几何关系，可直接生成叶片表面相应点的三维坐标，得到内、外环面及各剖分面上叶形的轮廓线，通过直纹面将其连接，从而生成叶形的三维模型。