液力变矩器设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 汽车用液力变矩器设计及性能仿真 学 院： 兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2010962925 姓 名： 潘玉东 指导教师： 刘金刚 完成日期： 2014 年 5 月 25日 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目 汽车用液力变矩器设计及性能仿真 学 号 2010962925 姓名 潘玉东 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 刘金刚 主 任 周友行 一、 主要内容及关键步骤 1、主要内容： 本文的研究是以汽车用液力变矩器为研究对象，基于三维流场理论，借助于 软件，对液力变矩器的内流场进行了仿真计算。本课题研究的目的和意义就在于，解决液力变矩器的传动效率和设计精度低的问题，改变研制周期长，一次成功率 低的局面，进一步改善液力变矩器的性能和设计制造水平。 2、关键步骤： (1)首先了解了课题研究的背景，液力变矩器在国内外的应用情况和流场理论的发展现状；然后了解液力变矩器的组成以及工作原理。 （ 2）用建模的方法借助三维光学测量仪测绘流道，然后用反求法在 矩器的三维模型。 (3)了解计算流体力学的基本理论。首先控制方程包括连续性方程和动量守恒方程，由于本课题研究的是不可压缩流体，热交换量可以忽略不计，敌不考虑能量守恒方程，然后介绍了将控制方程离散化的方法；接着学习了有限体积法的基本原理，常用的离散格式：分析了网格的生成技术，分别对结构网格、非结构网格以及混合网格作了阐述；最后介绍了常用的湍流模型，湍流流动的近壁处理方法和流场数值计算的算法。 (4)了解常用的一些 选择 本课题进行研究；为了能够顺利地得到收敛解，提出了研究液力变矩器流 场的一些假设，并对流场进行了一定的简化；然后通过 G 建立叶轮流道的几何模型，并使用 了提高计算精度，使用六面体网格；选择分离求解器隐式格式进行求解，使用绝对速度方程，湍流模型选择标准 模型，同时使用标准壁面函数；离散格式采用二阶迎风格式 (这样可以提高解算精度 )，压力一速度耦合选用 法，入口边界条件使用压力入口，出口边界条件使用压力出口，其余壁面使用非滑移壁面边界条件；在购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 叶轮之间的交互面上使用混合平面模型。 (5)对计算结果进行了分析，并与实验结果进行了比较，二者基本吻合证明了三维流场分析的正确性。最后对研究过程中存在的问题进行了分析。 二、 重点研究的问题 （ 1）利用硅橡胶做出流道模型，用三维光学测量仪进行测绘，在 （ 2）借助 后在 析流道的速度、压力等。 三、 进度安排 各阶段完成的内容 起止时间 1 查阅资料、调研 第 1 2 开题报告、制订设计方案 第 4周 3 实验（设计） 第 5 4 分析、调试等 第 8周 5 写出初稿 第 9 6 修改，写出第二稿 第 12周 7 写 出正式稿 第 13周 8 答辩 第 14周 四、 应收集的资料及主要参考文献 1朱红钧，林元华 . 2010. 2李进良 胡仁喜 2009. 3杨维俊 自动变速器结构原理及典型故障案例 2011. 4王正旭 .汽 车自动变速器原理与检修一体化教程 2009. 5胡仁喜 . 面造型从入门到精通 2009. 6马文星 . 国外车辆液力传动研究现状及其展望 1996 7朱经昌液力变矩器的设计计算同济大学学报； 1991 8曹金 海 力变矩器流畅计算的有限元发同济大学学报； 1993. 9方杰液力变矩器三维流动的研究同济大学学报； 2003 10陆忠东基于 e 液力变矩器反求计算上海机电学院学报； 2007 11赵鼎选 尚涛液力变矩器三维流动计算方法吉林大学学报； 2006 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学 号 2010962925 姓名 潘玉东 专 业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 51 页 图表 1 张 论文（设计）题目：汽车用液力变矩器设计及性能仿真 内容提要 :首先了解课题的研究背景，了解液力变矩器的国内外的研究现状，通 过查阅资料了解液力变矩器的结构和工作原理，用建模的方法和反求发借助三维 光学测量仪和 三维软件做出液力变矩器的三维模型和流道模型，了解流体 力学的基本原理和各种方程，如连续方程、动能守恒方程，了解有限体积法原理。 为了方便研究，对液压油做了不可压缩等方面的假设，然后学习一些常用的 件，这里选用 用 入 了提高精度，选用六面体作为基本单元，生成网格。然后将网格导 流模型选用标准 模型，同时选择标准壁面函数，离散格式选 用二阶迎风格式，可以提高计算精度，压力 后 设 置入口、出口和边界条件，然后仿真计算，得出液力变矩器流道的压力、速度云 图，入出口面和整体的速度矢量图，进行分析。 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 指导教师评语 该同学对待毕业设计任务态度端正，能够较好查阅资料，并思考解决问题的方法，主动和老师探讨，具备综合运用知识去确定设计方案。所研究的基于 件对液力变矩器的性能仿真，仿真方法及结果得当。所绘制图纸基本达到工程图的要求，所完成的毕业设计说明书条理清楚文字基本流畅。整个毕业设计工作量达到要求，完成质量较好。 同意其参加答辩，建议成绩评定为： 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为： 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为： 答辩委员会主任： 年 月 日 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 湘 潭 大 学 毕业论文（设计）评阅表 学号 2010962925 姓名 潘玉东 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 汽车用液力变矩器设计及其性能仿真 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 量是否适当； 研、社会等实际相结合。 能力 合归纳资料的能力； 运用知识的能力； 究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 无观点提炼，综合概括能力如何； 无创新之处。 综 合 评 价 该同学所完成的基于 件对 液力变矩器的能能仿真方法正确，结果也比较合理。毕业设计说明书的论述基本合理，参数选择正确，格式符合要求。所绘制的装配图基本达到工程图的要求。该同学具备了一定的专业理论的综合运用能力，正确制定设计方案和解决问题的能力，工程能力，设计能力，计算机制图，及外语能力。整个毕业设计工作体现了学科教学计划的基本要求，所完成的工作达到了本科毕业设计要求，可参与答辩。 评阅人： 年 月 日 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 摘 要 本文的研究是以汽车用液力变矩器为研究对象，基于三维流场理论，借助于 液力变矩器的内流场进行了仿真计算。本课题研究的目的和意义就在于，通过件的模拟仿真，对液力变矩器的流道的压力和速度进行有效分析计算。本文主要有以下内容： (1)首先介绍了课题研究的背景，液力变矩器在国内外的应用情况和流场理论的发展现状，指出了液力变矩器设计计算的发展方向是三维流场理论；然后对液力变矩器的组成以及工作原理进行了阐述，并指出了主要研究内容。 (2)阐述了计算流体力学的基本理论。首先列出了控制方程包括连续性方程和动量守恒方程，由于本课题研究的是不可压缩流体，热交换量可 以忽略不计，敌不考虑能量守恒方程，然后介绍了将控制方程离散化的方法；接着详细介绍了有限体积法的基本原理，常用的离散格式：分析了网格的生成技术，分别对结构网格、非结构网格以及混合网格作了阐述；最后介绍了常用的湍流模型，湍流流动的近壁处理方法和流场数值计算的算法。介绍了反求发测绘液力变矩器。 (3)介绍了常用的一些 选择 本课题进行研究；为了能够顺利地得到收敛解，提出了研究液力变矩器流场的一些假设，并对流场进行了一定的简化；然后通过 立叶轮流道的几何模型，并使用 成计算网格，为了提高计算精度，使用六面体网格；选择分离求解器隐式格式进行求解，使用绝对速度方程，湍流模型选择标准 型，同时使用标准壁面函数；离散格式采用二阶迎风格式 (这样可以提高解算精度 )，压力一速度耦合选用 法，入口边界条件使用压力入口，出口边界条件使用压力出口，其余壁面使用非滑移壁面边界条件；在叶轮之间的交互面上使用混合平面模型。 (4)对计算结果进行了分析，并与实验结果进行了比较，二者基本吻合证明了三维流场分析的正确性。最后对研究过程中存在的问题进行了分析。 (5)对全文进行了总结 。 关键词 ： 液力变矩器、内流场、 买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 he is a of of of of -D To do in to of a of &D of is (1)of of in of of -D be in on in of of (2 )FD be so of in of of of (3)on FD to to To up by to in to of to of To :at of of is in 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 (4 ) of of %, in (5) 买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 目 录 第 第 1 章 绪 论 . 1 1 1 研究背景 . 1 1 1 1 液力变矩器在国内外的应用 . 1 1 1 2 流场理论的发展现状 . 2 1 2 液力变矩器的组成及工作原理 . 4 1 2 1 液力变矩器的组成 . 4 1 2 2 液力变矩器的工作原理 . 5 1 3 研究目的和意义以及主要研究内容 . 7 1 3 1 研究目的和意义 . 7 1 3 2 主要研究内容 . 7 第 2 章 液力变矩器的测绘和反求 . 8 2. 1 测绘过程 . 8 2. 2三维光学测量仪编程 . 9 2. 3 数据处理和反求 . 12 第 3 章 液力变矩器内流场数值分析 . 14 3 1 常用的 件介绍 . 14 立流场计算的几何模型 . 15 3 2. 1 分析中的假设和简化 . 15 3 2 2 几何模型 . 16 3 3 生成计算网格 . 17 3 3 1 介 . 17 3. 3 2 划分网格 . 18 3 4 设置求解器 . 19 3 4. 1 求解器的选择 . 19 3 4 2 控制方程的线性化 . 21 3 4 3 参考压力的选择 . 21 3 5 选择湍流模型 . 22 义流体的物理性质 . 23 置边界条件和初始条件 . 23 3 7 1 入口边界条件 . 24 3 7 2 出口边界条件 . 24 3 7 3 壁面边界条件 . 25 3 7 4 初始条件 . 25 3 8 收敛准则 . 26 3 9 本章小结 . 26 第 4 章 液力变矩器内流场计算结果分析 . 27 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 4 1 泵轮流场分析 . 27 4 1 1 泵轮入口流场 . 29 5 1 2 泵轮出口面流场 . 29 4 2 涡轮流场分析 . 30 4 2 1 涡轮入口流场 . 32 4 2 2 涡轮出口流场 . 32 4. 3 导轮流场分析 . 33 4 3 1 导轮入口流场 . 35 4 3 2 导轮出口流场 . 35 4 4 本章小结 . 36 第 5 章 全文总结 . 37 参 考 文 献 . 39 致 谢 . 40 附 录 . 41 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 1 第 1 章 绪 论 1 1 研究背景 1 1 1 液力变矩器在国内外的应用 液力变矩器是车辆传动系统中的关键部件之一，其主要作用是由发动机向传动系统平稳地传递动力。装有液力变矩器的动力传动系统可以保证车辆平稳地起步、变速。目前液力变矩器被广泛地应用于铁道车辆、工程机械、航空航天、能源动力以及化工机械等行业，而汽车行业更是液力变矩器的最大用户。 国外己普遍将液力传动运用于轿车、公共汽车、豪华型大客车、 重型汽车、牵引车及军用车辆等。以美国为例，自 20世纪 70 年代以来，每年在轿车上液力变矩器的装配率达到 90以上，而在城区公汽上的装配率几乎达到了 100。在重型汽车方面，载货量 30 80 吨的重型矿用自卸车几乎全部采用了液力变矩器，而在功率超过735货量超过 100 吨的重型汽车上，液力变矩器也得到了广泛地应用。如功率为 882 6载量为 108 吨的矿用自卸车就装配了阿里森 ( 有某些非公路车辆，坦克以及军用车辆上也装备了液力变矩器。除美国外，其它国 家的汽车工业中，比如日本的丰田、日产公司，德国的奔驰、伦克公司以及意大利的菲亚特公司等都生产了装配有液力变矩器的汽车。 我国早在上世纪 50 年代就将液力变矩器应用到红旗牌高级轿车上，开创了我国独立设计、制造液力变矩器的历史。 1958年，我国机车行业自行研制的卫星号 (也称东方红 I)内燃机车装配了三个液力变矩器：一个启动液力变矩器，两个运转液力变矩器。液力传动在国内工程机械上的应用始于 60 年代，当时由天津工程机械研究所和厦门工程机械厂共同研制的 载机上就装配有液力变矩器。 70 年代开始将液力变矩器应用于重 型矿用汽车上。 80 年代由天津工程机械研究所研制开发了“ “ 涡轮液力变矩器系列”。两大系列目前已成为我国国内工程机械企业的液力变矩器的主要产品。其产品的主要性能指标已达到国外同类产品的先进水平。 80年代北京理工大学为军用车辆研制开发了 列液力变矩器，突破大功率、高能容、高转速液力变矩器购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 2 的设计与制造关键技术，达到国际先进水平，满足了军用车辆的使用要求。一些合资企业生产的轿车和重型载重车等也应用了进口的液力变矩器。 目前 ，液力变矩器在我国的轿车市场上也有着巨大的潜力， 1997 年以前，我国汽车总保有量中仅有不到 10的车辆装有液力机械式自动变速系统。最近几年，继上海通用别克、奥迪 海大众帕萨特 内各大汽车厂商纷纷在各自的热卖车型上推出了数十款装备液力自动变速器的新车型，这些自动变速轿车受到了广泛的欢迎。 同国外相比，我国车辆应用液力变矩器虽然有了一定基础，但应用范围窄，数量较少，在中型载货汽车、公共汽车、越野汽车等车辆上应用极少甚至没有应用。西部大开发和我国经济的大 发展，交通运输、水利水电、建筑业、能源等领域将是未来的发展重点，因此液力变矩器在我国有广阔的市场。 1 1 2 流场理论的发展现状 液力变矩器是叶轮机械的一种。液体在液力变矩器工作轮流道中的流动是非定常的不可压缩的三维粘性流动。 基于建模和计算的复杂性和液力变矩器流场的特殊性，长期以来在工程中采用的是一维流动理论，即束流理论。它有如下假设： (1)叶轮中的液流是由许多流束组成，流动关于旋转轴对称。 (2)叶轮的叶片数无穷多，叶片无限薄。 (3)上一级叶轮的出口流动情况与下一级叶轮的进口流动情况相同。 (4)同 一过流截面上各点的轴面速度相同，因此，可用中间流线代表整个流道的流动状态。中间流线是一条假象的曲线，它将液流通道断面分割成面积相等的内外两部分 (如图 1。 由于束流理论的简便性和一定的合理性，因而具有一定的工程实用价值，被广泛应用于液力变矩器的设计工作中。一维束流理论的优点是物理概念简单，设计、计算工作大为简化，并且易于掌握等。但由于其诸多假设与变矩器内流场有很大差别，因此，用一维束流理论设计出来的变矩器往往不能达到预期的性能指标，而要经过反复的试验和改进，这就大大地增加了试验量和研制周期。随着车辆 、工程机械等行业对液力变矩器性能和研制周期要求的不断提高，给液力变矩器的研究提出了新的课题，购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 3 研究人员在液力变矩器流场理论的研究上付出了很多努力，取得了一定进展。 在一维柬流理论的基础上发展了二维流动理论。它将工作轮中的流动简化为过旋转轴心的一组平行轴面内的平面流动，每个平面内的速度分布和压力分布都是相同的。在给定了叶片的边界形态和流量后，即可用数学方程求出该平面上任一点的流动参数。二维流动理论把原来由中间平均流线所代表的进、出口速度和叶片参数改为沿进出口边或沿内外环具有某种变化规律的分布。应用二维流动理 论，人们对液力变矩器的性能预测、叶型设计及绘制方法等进行了大量研究，得到了较好的效果。 总的来说，用二维流动理论描述纯离心式或轴流式工作轮中的流动情况与实际较为接近，而描述常用的向心式或一股的混流式工作轮，则与实际差别较大。 液力变矩器设计计算方法的发展方向是三维流动理论，描述粘性流体三维流动的运动方程是纳维一斯托克斯 (程，简称 N S 方程。由于 程和欧拉方程的复杂性，直接求数值解非常困难，特别是 N S 方程，到目前为止尚无法直接求解。近十多年来，人们多用有限元法和有限差分法 求三维流动的微分方程或变分方程。 尽管人们对液力变矩器内流场的研究已经取得了一定的进展，但是由于液力变矩器内流场的特殊性和复杂性，完全抛开一维束流理论来进行液力变矩器设计计算的条件尚不成熟，能准确地反映液力变矩器内流场状况的理论尚未形成，液力变矩器的研购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 4 究设计方法并没有从根本上得到改善，对液力变矩器还不可能进行一步到位的设计，往往要有多次反复，需要做大量的实验。 最近几年里，国外对液力变矩器三维流动理论的研究非常热烈，各大汽车公司将分析液力变矩器的工作机理作为提高汽车燃油经济性的突破口，从而作了大量的工作。美 国、韩国等国家的能源部门从节省国家能源的角度出发，投入巨资对液力变矩器做了深入的研究。日本也早在上个世纪 90 年代初期，就地球环境问题和能源保障问题呼吁要节约能源，反映在汽车领域，就是要提高各部件的效率，其中液力变矩器传动效率的提高占有重要的地位。另外，在国外随着前置前驱动车型的大量涌现和自动变速器多档化，对变速器小型化、轻量化、舒适性以及安全性的要求日益提高，于是提出了设计超扁平化的液力变矩器。为了弥补超扁平化带来的性能、效率下降的问题，采用数值模拟的方法研究变矩器的内部流场是一条有效途径。 1 2 液力变矩 器的组成及工作原理 1 2 1 液力变矩器的组成 液力交矩器主要由可转动的泵轮、涡轮，以及固定不动的导轮三个基本元件组成(如图 1，汽车所用液力变矩器的工作轮一般是由钢板冲压焊接而成，而工程机械和一些军用车辆所用液力变矩器的工作轮则是用铝合金精密铸造而成的。 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 5 1 2 2 液力变矩器的工作原理 以液力变矩器工作轮的展开图来说明液力变矩器的工作原理。沿图 1到泵轮、涡轮和导轮的环形平面图。各叶轮叶片的形状和挣出口角度也被显示于图中。 为便于说 明起见，设发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮的转速阼。及转矩 M。为常数。先以汽车启动工况为例进行讨论。 当发动机运转而汽车还未起步时，涡轮转速月，为零，如图 1速器油在泵轮叶片带动下，以一定的绝对速度沿箭头 1的方向冲向涡轮叶片，对涡轮有一作用力，产生绕涡轮轴的转矩，此即液力变矩器的输出转矩。因此时涡轮静止不动，液流则沿着叶片流出涡轮并冲向导轮，其方向如图中箭头 2所示，该液流也对导轮产生作用力矩。然后液流再从固定不动的导轮叶片沿箭头 3的方向流回到泵轮中。当液流流过叶片时，对叶片作用有冲击力矩，根据作 用力与反作用力定律，液流此时也会受到叶片的反作用力矩，其大小与作用力矩相等，方向相反。作用力矩或反作用力矩的方向及大小与液流进出工作轮的方向有关。设泵轮、涡轮和导轮对液流的作用力矩分别为 D，方向如图中箭头所示。根据液流受力平衡条件，三者在数值上满足关系式 B+涡轮转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和。显然，此时涡轮转矩 B，即液力变矩器起到了增大转矩的作用。也可以这样来理解其增矩作购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 6 用，当液流冲击涡轮时，对涡轮有一作用力矩，此为泵轮给液流的力矩；当液流从涡轮冲击导轮时，对 导轮也有一作用力矩，因导轮被固定在变速器壳体上，从而导轮给液流的反作用力矩通过液流再次作用到涡轮上，使得涡轮的转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和。 当液力变矩器输出的转矩，经传动系传到驱动轮上所产生的牵引力足以克服汽车起步阻力时，汽车即起步并开始加速，与之相连的涡轮转速 们定义液流沿叶片方向流动的速度为相对速度 W，在叶轮的作用下所具有的沿圆周方向运动的速度为牵连速度“，二者的矢量和为绝对速度 v。涡轮转速”，不为