耦合仿生雙渦輪液力變矩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種雙渦輪液力變矩器，具體涉及YJSW335型耦合仿生雙渦輪液 力變矩器。
【背景技術(shù)】
[0002] 液力變矩器是以液體為工作介質(zhì)，利用動(dòng)能的變化來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換和傳遞 的傳動(dòng)裝置，具有載荷自適應(yīng)、無級(jí)變速、減振隔振及穩(wěn)定的低速性能等優(yōu)點(diǎn)，目前，在各種 工程機(jī)械中，液力傳動(dòng)已經(jīng)占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位，廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、汽車、軍工及石油機(jī) 械等，是車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。其運(yùn)行的效率對(duì)整車的經(jīng)濟(jì)性和排放有著重要和直接 的影響。然而，現(xiàn)有工程機(jī)械液力變矩器效率較低，基本在80%左右、甚至更低。這不僅僅 是資源與能源的浪費(fèi)，并且更多的排放導(dǎo)致環(huán)境惡化。
[0003] 自然界的生物進(jìn)行著不斷地進(jìn)化，己經(jīng)形成了最優(yōu)化的形態(tài)結(jié)構(gòu)及最精確的控制 協(xié)調(diào)過程，成為了人類研究與學(xué)習(xí)的資源寶庫。生物體表的各種結(jié)構(gòu)、組織及優(yōu)異特性，經(jīng) 過科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，其體表按一定規(guī)律，有序分布或排列，簡(jiǎn)化形成各種仿生形體，在氣 體、流體和固體系統(tǒng)中己經(jīng)的得到廣泛的應(yīng)用。例如，魚類在擺尾加速游動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等狀態(tài)下， 軀體呈現(xiàn)一定的弓形，這時(shí)往往具有極大的動(dòng)力加速度和迅速靈活的反應(yīng)能力。幾何非光 滑也是形體減阻的重要內(nèi)容之一。生活在陸地上的生物，在潮濕土壤中而又不易粘附土壤 的生物體表表現(xiàn)為非光滑表面形態(tài)；生活在海洋中的生物，尤其是行動(dòng)敏捷的水生生物，其 體表很多也都是不光滑的，而是由鱗片或皮下結(jié)締組織構(gòu)成的非光滑。因此，借用具有優(yōu)良 減阻機(jī)理的仿生結(jié)構(gòu)，開展流體機(jī)械的葉片仿生設(shè)計(jì)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種耦合仿生雙渦輪液力變矩器，該變矩器 在不改變?cè)幸毫ψ兙仄鹘Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用仿生耦合技術(shù)達(dá)到節(jié)能增效的目的，提高雙 渦輪液力變矩器的效率。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的耦合仿生雙渦輪液力變矩器包括栗輪，栗 輪外環(huán)，栗輪內(nèi)環(huán)，第一渦輪，導(dǎo)輪，第二渦輪；所述第一渦輪的葉片采用仿生葉片，其環(huán)量 分配函數(shù)的多項(xiàng)式為：y = ax4+bx3+cx2+dx+e，其中X為中弧線上各等分點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y為相 應(yīng)的環(huán)量分配值，參數(shù)a，b，c，d，e的取值范圍為如下：
[0006]
[0007]所述參數(shù) a，b，c，d，e 優(yōu)選 a = 4. 1141，b = -5. 08, c = _0· 1494, d = 0· 1369, e =0·9918。
[0008] 本實(shí)用新型第一渦輪葉片采用仿生葉片，與原始常規(guī)雙渦輪液力變矩器相比，提 高了啟動(dòng)扭矩比和效率，并且栗輪容量系數(shù)大于采用常規(guī)葉片的液力變矩器。
[0009] 所述栗輪的葉片采用仿生葉片，其環(huán)量分配函數(shù)的多項(xiàng)式為：y = ax3+bx2+cx+d， 其中X為中弧線上各等分點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y為相應(yīng)的環(huán)量分配值，參a，b，c，d的取值范圍如 下：
[0010]
[0011] 所述參數(shù) a，b，c，d 優(yōu)選 a = -L 1129, b = -L 3475, C = 0· 7683, d = -0· 0009。
[0012] 本實(shí)用新型栗輪的葉片采用仿生葉片，進(jìn)一步提高了啟動(dòng)扭矩比和效率，并且栗 輪容量系數(shù)大于采用常規(guī)葉片的液力變矩器。
[0013] 本實(shí)用新型導(dǎo)輪的葉片采用仿生葉片，其環(huán)量分配函數(shù)的多項(xiàng)式為：y = ax3+bx2+cx+d，其中X為中弧線上各等分點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y為相應(yīng)的環(huán)量分配值，參數(shù)a，b，c， d的取值范圍如下：
[0014]
[0015] 所述參數(shù) a，b，c，d 優(yōu)選 a = 0· 992, b = -0· 192, c = 0· 1936, d = -0· 0058。
[0016] 本實(shí)用新型導(dǎo)輪的葉片采用仿生葉片，更進(jìn)一步提高了啟動(dòng)扭矩比和效率，并且 栗輪容量系數(shù)大于采用常規(guī)葉片的液力變矩器。
[0017] 所述導(dǎo)輪的葉片吸力面上靠近葉片入口的前部布置U型仿生溝槽，該仿生溝槽的 高度h和間距s的無量綱尺寸h+和s +的取值范圍分別為0 < h X 25,0 < s S 30。
[0018] 所述仿生溝槽的高度h和間距s的尺寸取值范圍為0 < s < 0. 83mm，0 < h < 1mm。
[0019] 所述仿生溝槽的高度h和間距s的尺寸優(yōu)選h = 0. 5mm，s = 0. 5mm。
[0020] 所述仿生溝槽區(qū)域起始部位距離葉片入口的距離SL1= 7. 43mm，仿生溝槽區(qū)域的 末尾部位離葉片出口的距離為L2= 11.52mm。
[0021] 在液力變矩器的內(nèi)流場(chǎng)中，分離流動(dòng)對(duì)其性能產(chǎn)生重要影響，不僅會(huì)使流動(dòng)損失 急劇增加，而且分離流動(dòng)形成的壓力脈動(dòng)還將導(dǎo)致變矩器工作過程中產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。本實(shí) 用新型在液力變矩器的導(dǎo)輪葉片吸力面上加工一定數(shù)量和尺寸的橫向溝槽，以減少液體的 粘附與阻力，以便更好的控制附面層的流動(dòng)，湍流減阻作用明顯，提高了液力變矩器性能。
[0022] 所述第二渦輪的葉片采用仿生葉片，其環(huán)量分配函數(shù)多項(xiàng)式為：y = ax2+bx+c，其 中X為中弧線上各等分點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y為相應(yīng)的環(huán)量分配值；參數(shù)a，b，c的取值范圍如下：
[0023]
[0024] 所述參數(shù) a，b，c 優(yōu)選 a = -0· 7374, b = -0· 2919, c = 1. 0108。
[0025] 本實(shí)用新型中第二渦輪葉片采用仿生葉片，進(jìn)一步提高了啟動(dòng)扭矩比和效率，并 且栗輪容量系數(shù)CF也大于常規(guī)雙渦輪液力變矩器。
[0026] 所述栗輪內(nèi)環(huán)和栗輪外環(huán)上分布有球形凹坑，凹坑深度S的取值范圍為0. 64mm~ I. 24mm，直徑D取值范圍為I. 28mm~2. 48mm。
[0027] 所述凹坑呈矩陣排列，凹坑的深度S、直徑D、橫向間距W和縱向間距L優(yōu)選S = 1mm, D = 2mm, ff = 3mm, L = 5mm〇
[0028] 本實(shí)用新型在液力變矩器栗輪外環(huán)上內(nèi)表面及內(nèi)環(huán)的外表面上加工凹坑型的非 光滑仿生結(jié)構(gòu)，由于凹坑型非光滑表面摩擦力、剪應(yīng)力及其附近的湍流粘性均可以變小，同 時(shí)凹坑內(nèi)保持有低速度流動(dòng)的流體使得切向力變小，從而達(dá)到了減小繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩的作 用。另外，凹坑內(nèi)低速流動(dòng)的流體像滾動(dòng)的軸承，避免了上面高速流動(dòng)的流體與葉輪壁面直 接接觸，避免速度梯度的迅速增大，從而避免了渦的大量生成，防止能量的耗散，達(dá)到了增 效節(jié)能的目的。
[0029] 所述導(dǎo)輪葉片的壓力面出口區(qū)域均勻分布乳突單元體形成仿生乳突結(jié)構(gòu)，乳突單 元體半徑R的取值范圍為〇· 〇4mm~0· 1mm，高度H的取值范圍為0· 06mm~0· 16mm，乳突單 元體之間的間距Wr的取值范圍為0· Imm~0· 25mm〇
[0030] 所述乳突單元體的高度H、半徑R、單元體間距高度H的取值優(yōu)選為HXRXR = 0. 16mmX0.1 mmX 0· 1mm，間距 Wr = 100 μ m。
[0031] 在實(shí)際的液流流動(dòng)過程中，液力變矩器導(dǎo)輪葉片的壓力面出口區(qū)域容易產(chǎn)生非周 期性的流動(dòng)分離，尤其是在壓力面的尾部區(qū)域（出口區(qū)域），液流通常具有較高的湍流度， 葉片近壁面的液流速度相對(duì)較大，導(dǎo)致壁面摩擦阻力和速度梯度也會(huì)相應(yīng)變大，能量損失 較為嚴(yán)重，因此本實(shí)用新型在其壓力面出口區(qū)域設(shè)置了仿生乳突結(jié)構(gòu)，此時(shí)的仿生葉片表 面為超疏水表面，能夠減小壁面摩擦阻力，改善流動(dòng)狀態(tài)。
[0032] 本實(shí)用新型著眼于液力變矩器與流體介質(zhì)之間的相互作用力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，采 用現(xiàn)代仿生學(xué)原理、仿生耦合理論，將魚類形體仿生、U型仿生溝槽、非光滑表面、疏水表面 四種因素融入到雙渦輪液力變矩器的設(shè)計(jì)中，通過改善內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)，減少黏性應(yīng)力和 部分區(qū)域的壓差阻力，在排除進(jìn)出口角度、中間流線半徑、葉片數(shù)目等參數(shù)對(duì)于變矩器性能 影響的情況下，通過改變?nèi)~片的環(huán)量分配函數(shù)以及在葉輪葉片表面部分區(qū)域加工凹坑、溝 槽、乳突仿生結(jié)構(gòu)提升了液力變矩器性能，達(dá)到了節(jié)能增效的目的，起到了很好的減阻效 果。
【附圖說明】
[0033] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0034] 圖1是雙渦輪液力變矩器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖2是葉片測(cè)量參數(shù)示意圖。
[0036] 圖3a、圖3b分別為現(xiàn)有技術(shù)第二渦輪的葉片示意圖和本實(shí)用新型的第二渦輪葉 片示意圖。圖3c、圖3d、圖3e是原始常規(guī)變矩器與本實(shí)用新型中第二渦輪采用仿生葉片時(shí) 的啟動(dòng)扭矩、效率、容量系數(shù)對(duì)比圖。
[0037] 圖4a、圖4b分別為現(xiàn)有技術(shù)第一渦輪的葉片示意圖和本實(shí)用新型的第一渦輪葉 片示意圖。圖4c、圖4d、圖4e是原始常規(guī)變矩器與本實(shí)用新型中第一渦輪采用仿生葉片時(shí) 的啟動(dòng)扭矩、效率、容量系數(shù)對(duì)比圖。
[0038] 圖5a、圖5b分別為現(xiàn)有技術(shù)栗輪的葉片示意圖和本實(shí)用新型的栗輪葉片示意圖。 圖5c、圖5d、圖5e是原始常規(guī)變矩器與本實(shí)用新型中栗輪采用仿生葉片時(shí)的啟動(dòng)扭矩、效 率、容量系數(shù)對(duì)比圖。
[0039] 圖6a、圖6b分別為現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)輪的葉片示意圖和本實(shí)用新型的導(dǎo)輪葉片示意圖。 圖6c、圖6d、圖6e是原始常規(guī)變矩器與本實(shí)用新型中導(dǎo)輪采用仿生葉片時(shí)的啟動(dòng)扭矩、效 率、容量系數(shù)對(duì)比圖。
[0040] 圖7是U型仿生溝槽微觀示意圖。
[0041] 圖8是具有U型仿生溝槽的導(dǎo)輪葉片示意圖。
[0042] 圖9a、圖9b分別是栗輪外環(huán)、栗輪內(nèi)環(huán)放大圖。
[0043] 圖l〇a、圖IOb分別是凹坑矩陣部分的剖視圖和俯視圖。
[0044] 圖11a、圖11b、圖11c、圖Ild分別是凹坑矩陣的矩形排列、等差排列、菱形排列和 隨機(jī)排列方式示意圖。
[0045] 圖12是凹坑矩陣的四種排列方式下的減阻效果示意圖。
[0046] 圖13具有乳突仿生結(jié)構(gòu)的導(dǎo)輪葉片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖14a、圖14b是乳突單元體示意圖、乳突仿生結(jié)