YJSW340双涡轮液力变矩器涡轮转矩分配规律与优化研究

摘要

双涡轮液力变矩器因其可以提高低转速比区的效率，同时获得较高的起动变矩系数，扩大高效区范围，提高车辆的最大牵引力及传动系统的经济性，广泛应用于工程机械行业。双涡轮液力变矩器随着外负荷的变化而自动变速时，相当于两档速度，这可以减少变速箱档位，简化其结构和操作。论文设计了一种双涡轮液力变矩器，建立其流道模型及网格模型，并应用CFD软件对其进行仿真计算，以研究双涡轮液力变矩器内部流动规律及转矩分配规律。通过理论计算数值和试验数值的对比，验证了所选择的数值计算方法是正确的。通过改变一涡轮输出齿轮副传动比，分析一涡轮输出齿轮对双涡轮液力变矩器涡轮转矩分配规律的影响，及对液力变矩器性能及整车性能的影响。根据计算结果，对双涡轮液力变矩器的循环圆及叶片进行优化设计，以提高液力变矩器的外特性性能和整车的性能。主要研究内容如下:
　　(1)双涡轮液力变矩器内部流场数值模拟及分析
　　根据双涡轮液力变矩器各叶轮叶片及循环圆，抽取其全流道模型，采用CFD软件对其进行网格划分，得到流遭网格模型。选用滑动网格法对其内部流场进行耦合计算，各叶轮交互面间设置网格分界面，其它边界条件设置为壁面条件。进行软件设置时，选用分离式求解法中的PISO算法，空间离散格式选择一阶上游迎风格式，湍流模型选择大涡模拟。
　　根据CFD仿真结果，分析了双涡轮液力变矩器部分工况的内部流场，主要是启动工况（i=0）、低速比高效工况（i=0.5）和高速比高效工况（i=1.0）时流场的压力和速度分布。
　　(2)CFD预测性能与试验性能的对比
　　根据YJSW340型双涡轮液力变矩器台架试验所测得各叶轮转速，设置CFD中各叶轮的转速，以便于双涡轮液力变矩器预测性能和试验性能的对比。提取CFD数值计算所得各叶轮转矩，计算CFD预测性能，主要是双涡轮液力变矩器的失速交矩比、效率及泵轮转矩系数。对比预测性能与试验性能的差异，结果显示两者差异较小，证明了论文所选用的CFD计算方法是可行的。
　　(3)一涡轮输出齿轮副传动比对涡轮转矩分配规律的影响分析
　　根据CFD仿真结果，分析了一涡轮输出齿轮副传动比的变化对涡轮转矩分配规律及内部流场分布情况的影响。随着一涡轮输出齿轮副传动比的增大，一涡轮空转的转换点逐渐前移，一涡轮在转换点之前传递的转矩逐渐减小，二涡轮转矩在转换点前递增，转换点后递减。
　　对比分析了低速比高效工况(i=0.5)和高速比高效工况（i=1.0）流场压力和速度分布情况。结果显示一涡轮输出齿轮副传动比对双涡轮液力变矩器内部流场流动情况的影响较小。
　　(4)一涡轮输出齿轮对双涡轮液力变矩器各项性能的影响分析。
　　随着一涡轮输出齿轮传动比的增大，低速比区高效工况的效率降低，高速比区高效工况的效率升高，起动变矩比增大，高速比区泵轮容量系数增大。与同一款发动机进行匹配后，各档最高车速降低，最大牵引力增大。
　　(5)双涡轮液力变矩器优化设计。
　　针对一涡轮输出齿轮副传动比为50/22的双涡轮液力变矩器进行优化设计，增大泵轮叶片出口角，增大一涡轮和导轮的过流面积，建立优化后的双涡轮液力变矩器的流道模型及计算模型，应用CFD软件进行数值计算。结果显示，优化后双涡轮液力变矩器的起动变矩比增大，高速比区的效率略有下降，泵轮转矩系数提高，起动性能得到改善。与发动机进行匹配后，各档最高车速改变较小，牵引力有大幅度的提高，动力性能得到改善。达到了优化的目的。
　　综上所述，本文对YJSW340双涡轮液力变矩器进行了数值计算，通过与试验所得数据进行对比，验证了CFD计算方法的可行性，通过改变一涡轮输出齿轮传动比，分析了对涡轮转矩分配规律的影响，并对该型双涡轮液力变矩器进行了优化，改善了整车的起动性能和动力性能。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外液力变矩器研究现状

1．2．1 液力变矩器理论与方法研究

1．2．2 液力变矩器实验研究

1．2．3 存在的问题及发展趋势

1．3 本文主要研究内容

第二章 双涡轮液力变矩器流场数值模拟与分析

2．1 控制方程及离散方法

2．1．1 基本控制方程

2．1．2 离散方法及格式

2．2 流场数值计算算法

2．3 双涡轮液力变矩器瞬态流场模拟

2．3．1 瞬态内流场的计算假设

2．3．2 计算模型建立和边界条件设置

2．3．3 计算方法的选择和收敛准则

2．4 典型工况流场分析

2．5 本章小结

第3章 双涡轮液力变矩器特性预测与性能试验

3．1 基于流场数值解的双涡轮液力变矩器特性预测

3．1．1 双涡轮液力变矩器的特性

3．1．2 双涡轮液力变矩器特性预测

3．2 双涡轮液力变矩器性能试验

3．3 计算结果与实验结果对比及分析

3．3．1 原始特性计算结果与试验结果对比分析

3．3．2 牵引特性计算结果与试验结果对比分析

3．4 本章小结

第4章 双涡轮液力变矩器一涡轮与二涡轮转矩分析

4．1 双涡轮转矩特性分析

4．2 一涡轮传递齿轮对一涡轮转矩的影响分析

4．3 一涡轮输出齿轮对二涡轮转矩的影响分析

4．4 典型工况流场特性分析

4．4．1 低速区高效工况流场分布

4．4．2 高速区高效工况流场分布

4．5 本章小结

第5章 双涡轮液力变矩器涡轮转矩及性能优化

5．1 不同涡轮转矩对性能影响的分析

5．1．1 对双涡轮液力变矩器外特性的影响

5．1．2 对整车性能的影响

5．2 双涡轮液力变矩器性能优化与分析

5．3 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历