新型车辆液力缓速装置设计及其内流场研究

摘要

液力缓速器在重型商用车上应用广泛，是商用车核心零部件之一。现有液力缓速器存在结构和加工工艺复杂、成本高等问题，限制了液力缓速器的应用水平。本论文从简化液力缓速器结构、提高产品制造工艺性出发，基于流体输送机械工作原理，提出了一种新型液力缓速器结构并进行了样机设计。基于CFD(Compurational Fluid Dynamics)理论通过Fluent工具软件对新型液力缓速器内部流场进行建模与仿真分析，并设计台架进行试验验证。根据仿真与试验结果，确定了液力缓速器的优化设计方向。通过简化结构降低加工制造成本，推动液力缓速器在中轻型商用车上的应用，延长中轻型商用车行车制动器的使用寿命。
　　本论文主要围绕新型液力缓速器的正向结构设计、仿真和台架试验来进行展开，可分为以下方面:
　　(1)深入了解了现有液力缓速器的制动原理和控制方式。综合比较分析了一般液力传动机械与液力输送机械特点，从液力耦合器与液力变矩器中得到启发，根据属于流体输送机械的旋涡泵基本结构形式，利用旋涡泵低效率特点正向设计新型液力缓速器机械结构。
　　(2)参考发动机辅助制动相关文献，同时根据目标车辆相关参数，分析了整车长下坡工况下发动机辅助制动与液力缓速器联合作用时液力缓速器的整车匹配问题，得出了液力缓速器制动力需求随车速的变化趋势。通过一维束流理论对液力缓速器几何参数进行了设计。
　　(3)运用Pro E三维软件对新型液力缓速器不同叶型的内部流道进行抽取与合理调整简化，并通过ICEM CFD软件对其进行分块网格划分，最后导入Fluent流体仿真软件中进行内部流场数值模拟，得出了新型液力缓速器不同叶型之间的制动性能差距，确定了液力缓速器机械结构优化方向。
　　(4)初步设计了新型液力缓速器的控制系统并进行了实验台架搭建，验证缓速器的制动性能，并与数值模拟的结果进行分析对比，对新型液力缓速器后续优化提供进一步的参考，同时对不同循环圆直径的新型液力缓速器样机进行对比实验，为后续的产品系列化设计提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 车辆辅助制动系统介绍

1．2．1 发动机辅助制动器

1．2．2 电涡流缓速器

1．2．3 液力缓速器

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 课题研究意义、内容及目的

1．4．1 课题意义

1．4．2 主要内容

1．4．3 课题研究目的

第二章 新型液力缓速器结构设计

2．1 新型液力缓速器的设计流程

2．2 新型液力缓速器基本结构型式设计

2．2．1 现有液力缓速器结构、工作原理和分类

2．2．2 新型液力缓速器结构型式

2．3 新型液力缓速器几何参数设计

2．3．1 整车制动力需求分析

2．3．2 液力缓速器循环圆参数设计

2．3．3 叶型参数设计

2．4 相似设计理论

2．5 本章小结

第三章 CFD理论基础及应用

3．2 CFD工程应用一般流程

3．3 湍流及其数值计算方法

3．4 流场的数值解法

3．5 近壁区流动特点与壁面函数

3．6 动区域数值计算方法

3．7 本章小结

第四章 新型液力缓速器内流场网格划分与数值模拟

4．1 新型液力缓速器零件图和三维装配图

4．2 新型液力缓速器内流道模型

4．3 液力缓速器内流场模型的分区网格划分

4．4 Fluent求解器的设置

4．4．1 材料设置

4．4．2 设定边界条件

4．4．3 瞬态计算时间步长的选择和收敛判据

4．5 不同工作介质下新型液力缓速器内流道数值模拟

4．6．1 不同叶型缓速器的制动性能

4．6．2 不同叶型缓速器的内流场分析

4．7 本章小结

第五章 新型液力缓速器的样机台架试验

5．1 实验内容和目的

5．2 实验台架的搭建

5．2．1 实验台架的总体方案设计

5．2．2 实验主要仪器和设备

5．2．3 实验台架搭建

5．3 液力缓速器制动性能数值模拟结果与实验数据对比

5．4 不同循环圆直径的液力缓速器制动性能实验数据对比

5．5 新型液力缓速器控制系统初步设计

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要研究内容与结论

6．2 论文创新点

6．3 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术成果