液力变矩器导轮叶片曲面构造及其外特性仿真

　　引言

　　液力变矩器的性能对车辆的燃油经济性和动力性有很大的影响。导轮是实现变矩作用的关键部件,其传统的设计方法为:根据液力变矩器的传动比、变矩系数和耦合效率等参数确定导轮叶片进出口安放角,并根据变矩器内流场设计导轮的叶片外形,通过试验检验其气蚀性能和进口流态[1,2]。该方法周期较长,常常会由于试验结果不理想而不断修改设计。本文拟根据反求工程思想,在获得导轮叶片关键点的情况下,采用一种精度可以调节的混合有理B.?zier曲面构造叶片曲面,研究叶片曲面间光滑拼接的实现方法,并通过虚拟试验对其叶片的外特性进行仿真。

　　1　导轮叶片关键部位数据

　　图1a是某规格导轮的外观图,它包括17个叶片,叶片可以采用铝合金整体精密铸造或用钢板冲压焊接而成。但是,整体铸造生产存在着分模线不易确定、模具设计与制造不方便以及生产中上模与下模的对中性较差等缺点。故可以考虑先在三坐标测量机获得叶片关键部位的数据,构造出其曲面方程,然后精密铸造各个叶片或在多轴数控机床上加工各个叶片,再焊接到导轮壳体上。该方法生产效率不高,可应用于中小批量的生产中,叶片质量和导轮的整体质量能够得到有效保证。

　　如图1b所示,以导轮轴向为x轴,以中分面上的相互垂直的两个径向作为y轴和z轴建立坐标系。为清楚起见,图中隐藏了导轮的外壳而显示出叶片的外观。这样建立坐标系是为了在三坐标测量机上定位与测量方便。这里将叶片的表面划分为前表面、后表面和侧面(图1c),它们均为自由曲面;顶面和底面均为回转面,较易描述。沿叶片径向用三坐标测量机每隔一定距离采样获得前表面和后表面上点的坐标值,测量数据列于表1～4中。表中,zF和zB分别表示叶片前表面和后表面上点的z坐标分量。

　　2　导轮曲面的混合有理B.zier曲面构造

　　将表1～4中前后表面上的点分别沿轴向和径向拟合为光滑曲线。以前表面为例,设沿轴向的4条曲线作为u线,沿径向的7条曲线作为v线,则可得到由u线和v线构成的特征多边形网格(图2)。记该特征多边形网格为

　　对于叶片侧面方程,其形式同式(1),但特征多边形网格不同1]。

　　3　曲面片间的光滑拼接

　　根据式(1)采用混合有理B?zier曲面可以构造出叶片的前表面、后表面和两个侧面的方程。但是叶片表面应是光滑的,所以应将这4个曲面光滑拼接起来。曲面拼接的一般要求是作一曲面,使其连接两条给定曲面的指定对应边界,并在连接处保持光滑。曲面拼接还可用在其他造型操作中,如曲面过渡、曲面裁剪时在一些区域留下缝隙时的修补[4]。设前(后)表面和侧面分别用m×n次曲面片表示