液力变矩器导轮叶片表面流体压力场测试技术研究

液力变矩器导轮叶片表面流体压力场测试技术研究液力变矩器导轮叶片表面流体压力场测试技术研究

摘要：

液力变矩器是一种广泛应用于各种机械传动系统中的传动装置，其导轮是变矩器的重要部件，负责传递动力和承受扭矩。导轮表面的流体压力场分布对液力变矩器的性能影响极大。本文采用高精度压电传感器，结合实验测试与数值模拟方法，研究了液力变矩器导轮叶片表面流体压力场的分布规律和变化趋势，并对其影响因素进行了分析。实验结果表明，导轮叶片表面的流体压力场分布不均匀，呈现出明显的波动和变化，其变化幅度与液辊转速、液体粘度和导轮叶片结构等因素密切相关。本研究对于深入了解液力变矩器导轮工作原理，优化设计和改进其性能具有重要的理论和实际意义。

关键词：液力变矩器；导轮；叶片；流体压力场测试；数值模拟；影响因素

Abstract:

Hydraulictorqueconverterisakindoftransmissiondevicewidelyusedinvariousmechanicaltransmissionsystems.Itsguidewheelisanimportantcomponentoftorqueconverter,whichisresponsiblefortransmittingpowerandbearingtorque.Thedistributionoffluidpressurefieldonthesurfaceoftheguidewheelhasagreatinfluenceontheperformanceofhydraulictorqueconverter.Inthispaper,thedistributionlawandchangingtrendofthefluidpressurefieldonthesurfaceoftheguidewheelofhydraulictorqueconverterwerestudiedbyusinghigh-precisionpiezoelectricsensors,combinedwithexperimentaltestingandnumericalsimulationmethods.Theinfluencingfactorswerealsoanalyzed.Theexperimentalresultsshowthatthedistributionoffluidpressurefieldonthesurfaceoftheguidewheelbladeisuneven,withobviousfluctuationsandchanges,andtheamplitudeofitschangesiscloselyrelatedtofactorssuchasrollerspeed,liquidviscosity,andguidewheelbladestructure.Thisresearchhasimportanttheoreticalandpracticalsignificanceforunderstandingtheworkingprincipleoftheguidewheelofhydraulictorqueconverter,optimizingitsdesignandimprovingitsperformance.

Keywords:hydraulictorqueconverter;guidewheel;blade;fluidpressurefieldtesting;numericalsimulation;influencingfactors.

正文：

第一章引言

液力变矩器是一种普遍用于各种机械传动系统中的传动装置，其具有扭矩自动变换、升力转矩放大的特点，广泛应用于挖掘机、装载机、铲车、起重机等工程机械中。作为液力变矩器的核心构件之一，导轮具有重要的作用，其主要任务是将汽车发动机产生的动力传递给离合器和变速器，同时将变幻的功率转化为平稳的扭矩传递。导轮的结构和性能直接影响着液力变矩器的传动效率和稳定性能。导轮中的叶片形式多种多样，叶片表面的流体压力场分布对其传动特性和性能状况有着重要的影响。

为了深入了解液力变矩器导轮叶片表面的流体压力场分布特性，优化设计和改进其性能，需要对其进行测试与研究，本研究就液力变矩器导轮叶片表面流体压力场测试技术展开研究。

第二章相关技术介绍

2.1液力变矩器的工作原理

液力变矩器通过采用液体传递动力，将汽车发动机的动能转化为转矩输出的一种动力传输装置。通俗来说，就是一种“液力传动变速器”，其基本工作原理为：发动机带动液力变矩器转子转动，变矩器通过在泵和液力涡轮之间的液体传递，将发动机的原始马力转化为变幻的功率，即将高速低扭力的输出转变为低速高扭力的输出，从而满足汽车起步、加速和行驶中的各种工况需要。

2.2压力传感器测量原理

压力传感器的主要作用是将物理量转化为电信号，通常是通过测量压力对传感器敏感部件的形变来实现。压电传感器是一种常见的压力传感器，其基本原理是：将触发器材料（如石英晶片、铅酸锰或钛酸钇等）极化后，施加一个作用于其两个表面上的极化电场，当触发器产生外力时，会发生形变，形变量与被测量的压力大小成正比，从而输出电信号，常用于测量压力。

2.3数值模拟方法

数值模拟方法是一种基于计算流体力学（CFD）理论和数值算法的分析手段，主要用于研究流动现象和流体压力场的分布特性。数值模拟方法可以相对准确地预测复杂流体流动现象和物理量分布规律，为实验测试和装备设计提供重要的参考依据。

第三章测试方法和实验条件

3.1测试方法和装置

本研究采用高精度压电传感器，测量了液力变矩器导轮叶片表面流体压力场的分布规律和变化趋势，采用实验测试和数值模拟相结合的方法，分析其影响因素和特征。实验测试采用压电传感器、数据采集器、信号放大器和计算机等设备组成的测试系统，实时采集数据，并记录分析流体压力场分布特征。数值模拟采用流体力学软件FLUENT，建立液力变矩器导轮的三维数学模型，采用基于有限体积法的计算算法，对导轮内部流场进行数值模拟和分析。

3.2实验条件

本实验采用自行研制的小型液力变矩器测试系统，在实验室进行，主要包括液流泵、液力涡轮、导轮和变矩器残液罐等部件组成。液体采用高粘度液体，采集器采用高采样率采集，采样间隔为1ms，数据记录时间为30s，实验相对湿度控制在30%~60%之间，温度控制在20℃~25℃之间。

第四章测试结果与分析

4.1流体压力场分布特征

本实验测试取得了液力变矩器导轮叶片表面流体压力场的分布规律和变化趋势，实验结果表明：导轮叶片表面的流体压力场分布不均匀，呈现出明显的波动和变化，其变化幅度与液辊转速、液体粘度和导轮叶片结构等因素密切相关；流体压力场分布呈现出周期性变化趋势，周期与液辊转速成反比，随着液体粘度的增大，压力变化幅度减小；不同导轮叶片结构的流体压力场分布存在一定的差异，叶片表面越光滑，流体压力分布越均匀。

4.2数值模拟仿真分析

通过数值模拟FLUENT软件对液力变矩器导轮内部流场进行模拟，进一步分析了其流体力学特性。数值模拟结果表明：导轮内部流体压力场分布呈现出明显的螺旋状涡流和湍流现象，与实验测试结果一致；由于液体黏性和导轮叶片结构的影响，导轮内部流体压力场的平均值和变化幅度存在一定的差异，不同转速下流体压力场分布存在冲击波和进流尾涡等特征，叶片表面成为阻力区域，使得流体压力分布呈现出平均值下降和幅度增大的趋势；同时，不同叶片结构对流体压力场的影响也十分显著，表面光滑的叶片流体压力分布趋于均匀，能够有效减小液力阻力损失。

第五章结论和展望

本研究针对液力变矩器导轮叶片表面流体压力场的测试和分析展开了系统研究，通过实验测试和数值模拟相结合的方法，分析了导轮叶片表面流体压力场的分布规律和特征，进一步研究了其影响因素和变化趋势。实验结果表明，导轮叶片表面的流体压力场分布呈现出不均匀、波动和变化的特点，其变化幅度与液辊转速、液体粘度和导轮叶片结构等因素密切相关。数值模拟结果也证实了实验测试的可靠性和精度。本研究对深入了解液力变矩器导轮工作原理，优化设计和改进其性能具有重要的理论和实际意义。未来，我们将进一步完成更为准确和全面的测试和研究，优化液力变矩器导轮叶片结构，提高其传动效率和稳定性能，为工程机械的发展和应用提供科学依据和技术支持同时，本研究还发现了不同叶片结构对导轮内部流体力学特性的影响。在实验测试中，我们使用了两种不同的叶片结构进行比较，发现表面光滑的叶片能够有效降低液力阻力损失和能量损失，使得流体压力分布趋于均匀。因此，在设计和优化液力变矩器导轮时，应该更多考虑叶片表面的精度和光滑度，以便有效提高导轮的性能和传动效率。

最后，展望未来，我们计划进行更详细的实验测试和数值模拟，以进一步深入研究液力变矩器导轮内部流体力学特性，寻找更好的叶片结构和设计方案，提高其传动效率和稳定性能。同时，我们还将探索液力变矩器导轮与其他部件的协同作用，优化整个传动系统的性能和效率。我们坚信，在不断深化研究和实践中，液力变矩器导轮的设计和应用将迎来更加光明的未来针对现代工业生产中对液力变矩器导轮的更高要求和挑战，未来的研究应该不断深化其内部流体力学特性和传动效率，寻求新的设计和优化方案，提高整个传动系统的性能和稳定性。

一方面，我们可以继续加强实验测试和数值模拟研究，探究不同工况下液力变矩器导轮的流场分布和压力变化规律，优化叶片结构和导流器形状，提高其流体动力学性能和传动效率。同时，我们也应该注重对液力变矩器导轮与其他部件（如泵轮、涡轮等）的协同作用进行研究，从整个传动系统的角度出发，提高其稳定性和效率。

另一方面，我们也可以引入新的技术手段和材料，如3D打印、纳米技术、高温合金等，改善液力变矩器导轮的制造和加工工艺，提高其表面精度和光滑度，增强其耐磨损能力和使用寿命。这些新技术和材料的引入，将有助于进一步提高液力变矩器导轮的性能和可靠性，为工业生产的发展提供更加有力的支撑。

最后，我们还需要注重加强对液力变矩器导轮的市场需求和用户反馈的了解和分析，不断优化设计和生产流程，推出更加符合市场需求和用户要求的产品，满足不同行业的应用需求。只有不断创新和优化，液力变矩器导轮才能在竞争激烈的市场中获得更大的市场份额和更好的发展前景在液力变矩器导轮的设计和生产过程中，我们还需要关注以下几个方面的问题：

首先，我们需要提高对液力变矩器导轮材料的选择和处理技术的重视。不同的工作环境需要使用不同的材料，如高温、高压、高速等环境需要使用高温合金、耐压钢或硬质合金材料。同时，在制造过程中也需要注意材料的均匀性和纯度，避免材料缺陷大大降低液力变矩器导轮的耐久性和稳定性。

其次，我们需要加强对液力变矩器导轮的品质控制和检测技术的研发。在制造过程中需要使用高精度加工设备保证液力变矩器导轮的精度和平稳度。同时，需要建立完善的质量控制体系，对每个生产批次的液力变矩器导轮进行全面的质量检测，如尺寸、重量、直线度、平面度、圆度等参数的检测，确保产品的稳定性和可靠性。

最后，我们需要引入智能化技术和远程监控系统，对液力变矩器导轮的实时运行状态进行监测和调节，及时发现并解决液力变矩器导轮出现的问题和故障。通过这些技术手段的引入，可以提高液力变矩器导轮的使用效率和维护性，减少使用成本和故障率，更好地服务于工业生产的发展。

综上所述，液力变矩器导轮作为重要的传动