柔性扁平循环圆液力元件叶栅系统设计方法

　　引言

　　随着车辆传动系统向高功率密度方向发展,对液力变矩器等液力元件尺寸空间要求也变得更为严格。作为在自动变速车辆中广泛使用的核心部件,面向车用液力元件的高功率密度化设计一方面从提高外在输入转速的角度实现,另一方面也可以通过内在的循环圆扁平化等角度实现。自Ejiri E和KuboM^[1]提出扁平比这一概念以来,国内外研究人员在循环圆扁平化流场分析与设计方面开展了一系列研究^[2~7]。

　　对于目前采用的传统圆形循环圆形式的液力变矩器等液力元件,其所采用的一维束流设计理论发展较为成熟,但从循环圆基本设计理论角度对这种方法进行分析,还存在如下不足:1）对轴向占据空间尺寸没有理论上的限制,而是采用经验公式进行约束,且经验公式中宽度值与有效直径D和最小直径d₀存在耦合关系^[8]_,这导致其轴向方向设计空间利用效率不高,所传递功率密度受到限制。2）限于以往加工工艺条件,各条流线一般由几段圆弧拼接,且需从外环流线依次求得设计流线和内环流线,并采用导数修正法等方法^[9]再基于设计流线确定外环及内环流线,循环圆整体设计过程较为繁琐,且难于实现参数建模。3）液力元件的系列化大多由有效直径的缩放进行几何相似设计实现,由于每一个有效直径D唯一对应一个轴向宽度极限W_lim,在给定有效直径D和最小直径d₀而轴向尺寸紧凑的情况下,缺乏对应原始特性的替代产品。

　　为满足对车辆液力传动系统尺寸限制日益严格的需要,节省轴向空间,基于前期提出的柔性扁平循环圆设计方法^[10~11],以保证过流面积恒定不变为原则,在不过分影响传动特性的前提下,压缩循环圆轴向占据尺寸,将轴向宽度限值与径向尺寸解耦,探索具有宽度柔性调节特征的扁平循环圆液力元件叶栅系统设计方法。

　　1 柔性扁平循环圆设计方法

　　传统的三圆弧循环圆设计是先由经验公式求出外环3段圆弧,然后再由外环初步确定设计流线。由于确定设计流线时以外环上各点法线作为准截面线,而实际截面线为设计流线上各点法线,故要对设计流线进行修正,最后再由设计流线确定内环流线。传统设计过程只需给定有效直径D及最小直径d₀,其3段圆弧半径、圆心及循环圆宽度由经验公式确定,过约束给设计人员留下很小的调整余地,且由于需反复修正设计,各参数均要显式指定,不能满足现在对液力变矩器轴向尺寸的要求。为解决这个问题,提出了液力元件柔性扁平循环圆的设计方法。设计思想如下:液力元件外廓尺寸由外环决定,而设计流线又可以决定外环流线,因此调整轴向尺寸实质上就是调整设计流线形状的过程。因此在柔性扁平循环圆的设计过程中,应首先做出设计流线,再由循环圆的基本特征做出其外环及内环流线。