液力变矩器解决方案

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1.液力变矩器应用背景
自动挡的汽车由于发动机和变速箱之间没有离合器，他们之间的连接是靠液 力变矩器来实现的，液力变矩器的作用一是传递转速和扭矩，二是使发动机和自 动变速箱之间的连接成为非刚性的以方便自动变速箱自动换挡。
国外已普遍将液力传动用于轿车、公共汽车、豪华型大客车、重型汽车、某 些牵引车及工程机械和军用车辆等。我国在 50 年代就将液力变矩器应用到红旗 牌高级轿车上，70  年代又将液力变矩器应用于重型矿用汽车上。目前，我国车 辆液力变矩器主要应用于列车机车、一些工程机械和新一代的主战坦克及步兵战 车等车辆上。液力传动在国内工程机械上的应用始于 60 年代，由天津工程机械 研究所和厦门工程机械厂共同研制的 ZL435 装载机上的液力传动开始的。80 年 代由天津工程机械研究所研制开发了"YJ  单级向心涡轮液力变矩器叶栅系统"和 "YJSW 双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 Ch300、Ch400、Ch700、Ch1000 系列液力变矩器，突破大功率、高能容、高转速液力变矩器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。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，数量较小，在中型载货汽车、公共汽车、 越野汽车等车辆上没有应用或应用极少。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、能源等领域将是发展重点，因此液力变矩器在我国有 广阔的市场。
2.液力变矩器原理简介
液力变矩器主要由泵轮、涡轮，及导轮三个基本元件组成，安装在发动机飞 轮上，以液压油（ATF）为工作介质，起传递，变矩，变速及离合的作用。
液力变矩器有一个密闭的工作腔，液体在腔内循环流动，其中泵轮、涡轮和 导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相联。动力机(内燃机、电动机等)带动输入轴
旋转时，液体从离心式泵轮流出，顺次经过涡轮、导轮再返回泵轮，周而复始地
循环流动。泵轮将输入轴的机械能传递给液体。高速液体推动涡轮旋转，将能量 传给输出轴。液力变矩器靠液体与叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。 液力变矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的导轮。导轮对液体的导 流作用使液力变矩器的输出扭矩可高于或低于输入扭矩，因而称为变矩器。


图 1 液力变矩器结构图
3.液力变矩器仿真难点
液力变矩器内部流道是封闭的透平机械，流道的内环、外环及叶片表面都为
复杂的扭曲曲面，内部流动是非定常的不可压三维粘性流动，仿真难度大， 结果精度难以保证；
液力变矩器结构复杂，叶片数众多，网格精度要求较高，网格数量难以控制， 计算速度跟不上实际需求，多数仿真以单流道为模型，设置周期界面来进行 仿真。而在实际流动中，叶轮之间的流动是相互影响的，以单流道仿真势必 会影响结果的精度；
当液力变矩器处于耦合工况下时，此时导轮是处于运动状态的，但如何设置 导轮的转速则需要事先做一些假设，而无法根据实际运行工况实时计算导轮 的运动状态，这也是目前其他 CFD 软件计算的难点所在。
4.        PumpLinx 液力变矩器仿真技术优势
PumpLinx 作为专业的运动机械 CFD 仿真软件，对于液力变矩器的仿真具有 一些独特的技术优势：
1、PumpLinx 内置有旋转机械模板，可快速高效地进行液力变矩器模型设置和求 解，对于一些比较细微的物理现象 PumpLinx 也能仿真出来。
2、PumpLinx 软件基于 CAB 算法的笛卡尔网格，划分速度快、精度高、网格数 量少，尤其适用于这种结构复杂几何模型，既能较好地进行自适应网格加密， 同时又最大限度地控制了网格数量；
3、PumpLinx 求解器在通用 CFD 求解器基础上做了优化，因此求解快速性好， 稳定性高；结合 PumpLinx 的网格功能，使得 PumpLinx 可以较快较好地实现 液力变矩器全流道的数值仿真，提高数值模拟精度；
4、PumpLinx 内置旋转自由度模板，对于耦合工况下导轮的运动，PumpLinx 自 由度模型可根据力平衡关系自动计算导轮转速，确定导轮的运动状态，预测 扭矩、功率等数值。
5.        PumpLinx 液力变矩器应用案例
以某液力变矩器模型为例，介绍 PumpLinx 在液力变矩器 CFD 仿真中的应用。
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