修正能头损失的变矩器性能预测方法

　　引言

　　液力变矩器作为自动变速器的主要组成部分,其性能对整车的燃料经济性和动力性有很大的影响。由于其内部结构和工作状况的复杂多变,使得对变矩器的性能预测非常困难。目前对变矩器进行性能预测的方法主要有2种:一种是采用束流理论,将变矩器内复杂的流体流动简化为中间流线上的一维流动来进行研究;另一种是采用计算流体力学(CFD)的方法来研究变矩器的内部流场,并由此计算变矩器的外特性。CFD的方法由于其网格生成过程比较复杂,而且生成后不易调整特性参数,所以多用于对已有的变矩器进行分析改进,完全运用到初始设计中还存在一定的困难。束流理论虽然存在一定的误差,但是由于其参数调节简单,容易实现优化设计,所以在实际设计过程中仍然被广泛采用[1]。

　　本文对传统的束流理论方法进行改进,修正能头损失的计算公式,以使得性能预测精度有较大提高。

　　1　计算方法

　　束流理论中用到的变矩器参数如图1所示。

　　1.1　基本公式

　　为了便于分析,将液流绝对速度v分解为2个分速度,如图2所示。

式中vm——绝对速度在轴面上分速度

　　vu——绝对速度的圆周分速度

　　液流的能量平衡方程为

　　各叶轮的理论能头方程(欧拉方程)为

式中,第1角标i=1表示泵轮,i=2表示涡轮,i=3表示导轮;第2角标1表示叶轮进口,2表示叶轮出口。

　　能头损失可以分为摩擦损失Hmc和冲击损失Hcj,计算摩擦损失的公式为

式中L——流道长度　　Ry——水力半径

　　K——摩擦因数　　w——液流的相对速度

　　计算冲击损失的公式为

式中——冲击损失系数

——冲击损失速度

　　循环圆无叶片区动量矩守恒

式中角标定义同式(3),但当角标i=1时,(i-1)=0表示导轮。

　　各叶轮的扭矩为

　　联立式(1)～(6),并根据速度分解三角形的关系便得到流量qV的方程组,解出循环流量以后,由式(7)求出变矩器各叶轮的扭矩,从而可以计算出变矩器的各项性能参数[2]。

　　1.2　摩擦损失

　　液力变矩器的循环圆形状对于变矩器的流动摩擦损失有一定的影响,扁平化的变矩器使得流道的曲率增加,离心力和压力梯度的不平衡会引起2次流动、脱流等,因而增加了流道损失。但是,变矩器内部的流动是极为复杂的三维湍流,正确把握这些损失很困难,关于这方面的模型化研究很多。本文采用了具有较高可靠性的弯曲管路湍流方程,把由于流道曲率变化引起的摩擦损失变化简单地反映出来。