CN102339349A - 一种液力变矩器优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种液力变矩器优化设计方法，用于对液力变矩器设计的各个环节进行优化，使得能够设计出性能较好的液力变矩器，减小设计周期和降低设计成本。本发明实施例方法包括：确定叶轮的结构参数；采用正交试验设计方法选定多组铸造成型工艺参数；根据选定多组的铸造成型工艺参数进行模拟铸造，获取对应的多个模拟铸造结果；确定一个最优的铸造成型工艺参数；选取叶轮的结构参数和最优的铸造成型工艺参数对叶轮进行铸造，获取第一轮试制叶轮；采用叶片端线法检测第一轮试制叶轮是否与确定的叶轮结构参数一致，若一致，对包含该叶轮部件的液力变矩器进行性能试验，获取性能试验结果，同时获取叶轮部件的数值模拟结果，完成第一轮试制。
Description
技术领域
本发明涉及液力变矩器领域，尤其涉及一种液力变矩器的优化设计方法。
背景技术
液力变矩器是自动变速系统的主要部件，参见图1，所示为液力变矩器的结构示意图，其主要构件是三个工作轮：泵轮B、涡轮T、导轮D，各工作轮中均有沿圆周均匀分布的空间曲面形状的叶片。发动机通过输入轴1及泵轮输入盘3，带动泵轮旋转，位于泵轮内的工作液体受到泵轮叶片的作用向外缘流动，即泵轮把发动机传来的机械能转变为工作液体的动能。由泵轮流出的液体，经过一小段无叶片区的流道后，直接进入涡轮，并冲击涡轮叶片，使涡轮及其相连的输出轴2旋转。工作液体通过涡轮后，速度减小，能量减小，液体的能量通过涡轮转变为输出轴2上的机械能。由涡轮流出的工作液体经一小段无叶片区的流道进入导轮，但导轮仅使液流改变方向，而无能量的输入与输出，也不发生液体能量和机械能之间的能量转换。基于泵轮、涡轮和导轮中叶轮的工作特性，合理的工作叶轮结构是获得液力变矩器最优性能参数的保证。
现有的液力变矩器设计中，对叶轮设计过程的系统性不强，存在可能导致设计出的液力变矩器性能不佳，设计耗时周期长和设计花费大的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种液力变矩器优化设计方法，用于对液力变矩器设计的各个环节进行优化，使得能够设计出性能较好的液力变矩器，减小设计周期和降低设计成本。
本发明实施例提供的一种液力变距器优化设计方法，包括以下步骤：
采用自定位三维扫描仪建立叶轮的三维实体模型，确定叶轮的结构参数；
采用正交试验设计方法选定多组铸造成型工艺参数；
根据选定多组的所述铸造成型工艺参数进行模拟铸造，获取对应的多个模拟铸造结果；
对所述多个模拟铸造结果的叶轮内液体速度分布情况进行分析，以所述叶轮内液体速度分布均匀为判定依据，确定一个最优的铸造成型工艺参数；
选取所述叶轮的结构参数和最优的铸造成型工艺参数对所述叶轮进行铸造，获取第一轮试制叶轮；
采用叶片端线法检测所述第一轮试制叶轮是否与确定的叶轮结构参数一致，若一致，对包含第一轮试制叶轮的液力变矩器进行性能试验，获取第一轮试制性能试验结果，同时获取所述第一轮试制叶轮的数值模拟结果，完成第一轮试制。
优选地，所述叶轮的结构参数包括内环尺寸、外环尺寸、叶片的进口角度和叶片的出口角度。
优选地，所述的铸造成型工艺参数包括充型温度、充型压力和充型时间。
优选地，所述性能试验结果包括传动效率、变矩系数和公称力矩。
优选地，所述第二轮试制叶轮的数值模拟结果包括叶轮内的压力、速度和温度分布云图。
优选地，进一步包括以下步骤：
改变所述叶轮结构参数中的任一变量，重新确定新的结构参数；
采用正交试验设计方法选定多组铸造成型工艺参数；
根据选定多组的所述铸造成型工艺参数进行模拟铸造，获取对应的多个模拟铸造结果；
对所述多个模拟铸造结果的叶轮内液体速度分布情况进行分析，以所述叶轮内液体速度分布均匀为判定依据，确定一个最优的铸造成型工艺参数；
选取所述最优的铸造成型工艺参数对所述叶轮进行铸造，获取第二轮试制叶轮；
采用叶片端线法检测所述第二轮试制叶轮是否与确定新的叶轮结构参数一致，若一致，对包含所述第二轮试制叶轮的液力变矩器进行性能试验，获取第二轮试制性能试验结果，同时获取所述第二轮试制叶轮的数值模拟结果，完成第二轮试制。
优选地，所述第二轮试制叶轮的数值模拟结果包括叶轮内的压力、速度和温度分布云图。
优选地，进一步包括以下步骤：
将所述第一轮试制性能试验结果以及第一轮试制叶轮内的压力、速度和温度分布云图同所述第二轮试制性能试验结果以及第二轮试制叶轮内的压力、速度和温度分布云图进行比较，根据两次的性能试验结果变化规律明确叶轮内压力、速度和温度的变化规律和叶轮结构参数的变化规律，进而获得能达到性能要求的叶轮结构参数的优化方向，从而获得较优的叶轮结构参数。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
(1)采用自定位三维扫描仪，减小了从叶轮原型产品到三维实体模型和从三维实体模型到叶轮产品的转换过程中的信息失真；
(2)采用依据模拟铸造结果而确定的工艺参数进行生产，且采用叶片端线法进行叶轮尺寸的验收，保证了叶轮部件的结构和变矩器性能的对应性。
(3)根据统一的设计过程进行多轮试制，并结合试验结果和软件分析结果进行产品设计规范，有利于设计出性能稳定的优化产品。
附图说明
图1是液力变矩器的结构示意图；
图2是本发明实施例的液力变矩器优化设计方法第一轮试制流程示意图；
图3是本发明实施例的液力变矩器优化设计方法第二轮试制流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种液力变矩器优化设计方法，用于对液力变矩器设计的各个环节进行优化，以下将结合具体实施例详细说明液力变矩器的优化设计过程。
参考图2，所示为本发明实施例的液力变矩器优化设计方法流程示意图，
S201，采用自定位三维扫描仪建立叶轮的三维实体模型，确定叶轮的结构参数；
采用自定位三维扫描仪测绘叶轮部件，通过跟踪标识物的方法，更加准确采集空间点，光顺处理数据，建立叶轮的三维实体模型，再确定进行叶轮生产的结构参数，可减小叶轮从原型产品到三维实体模型和从三维实体模型到叶轮生产产品的转换过程中的信息失真。
S202，采用正交试验设计方法选定叶片的多组铸造成型工艺参数；
正交试验设计(Orthogonal Experimental Design)方法是研究多因素多水平的一种试验设计方法，根据正交性从全面试验中挑选出部分具有代表性的点进行试验，这些代表性的点具备了“均匀分散，整齐可比”的特点，是一种高效率、快速、经济的试验设计方法。如作一个三因数三水平的实验，按全面试验要求，需进行33＝27种组合的试验，且未考虑每一组合的重复数。采用正交试验设计的L9(33)正交表安排试验，只需作9次试验。
此步骤中采用正交试验设计方法选取三因素三水平对叶片铸造成型工艺参数进行选定的过程为：
a，确定影响铸造成型制品的铸造成型工艺参数的三因数为充型温度、充型压力和充型时间；
b，根据以往生产经验，选取充型温度、充型压力和充型时间三因素的三个水平，其取值如表1所示；
表1铸造工艺因素的水平表
c，根据铸造工艺因数的水平表确定模拟铸造的正交表，如表2所示；
表2模拟铸造选用的正交表
| 试验编号 | 因素A | 因素B | 因素C |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | 1 | 2 | 2 |
| 3 | 1 | 3 | 3 |
| 4 | 2 | 1 | 2 |
| 5 | 2 | 2 | 3 |
| 6 | 2 | 3 | 1 |
| 7 | 3 | 1 | 3 |
| 8 | 3 | 2 | 1 |
| 9 | 3 | 3 | 2 |
d，根据正交表确定模拟铸造各铸造工艺的取值，如表3所示。
表3铸造模拟工艺参数表
S203，根据选定多组的铸造成型工艺参数进行模拟铸造，获取对应的多个模拟铸造结果；
S204，对多个模拟铸造结果的叶轮内液体速度分布情况进行分析，以叶轮内液体速度分布均匀为判定依据，确定一个最优的铸造成型工艺参数；
S205，选取叶轮的结构参数和最优的铸造成型工艺参数对叶轮进行铸造，获取第一轮试制叶轮；
S206，采用叶片端线法检测第一轮试制叶轮是否与确定的叶轮结构参数一致，若一致，对包含第一轮试制叶轮的液力变矩器进行性能试验，获取第一轮试制性能试验结果，同时获取所述第一轮试制叶轮的数值模拟结果，完成第一轮试制。
叶片端线法，利用检测叶轮叶片曲面可直接测量的特征值即叶片口端线、叶片出口端线，有效地检测叶片进口和叶片出口的相对位置和叶片进口、叶片出口在叶轮中的相对位置，采用叶片端线法对叶轮制品的尺寸进行验收，提高检测的有效性，控制生产质量。对制成的叶轮和液力变矩器的其他部件组装成液力变矩器，进行性能试验，记录试验结果，其中包括传动效率、变矩系数和公称力矩；再将叶轮的三维实体模型，以igs图形文件输入计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic，CFD)数值分析平台输出叶轮的数值模拟结果，包括工作时的压力、速度和温度分布云图。
通过以上步骤完成了对液力变矩器的第一轮优化设计，为了优化设计参数，获得性能更优的液力变矩器，需重复进行多次的优化设计，以下通过图3所示的流程示意图说明新一轮试制的过程。
S301，改变叶轮结构参数中的任一变量，重新确定新的结构参数；
叶轮结构参数即包括内环尺寸、外环尺寸、叶片进口角度和叶片出口角度。
S302，采用正交试验设计方法选定多组铸造成型工艺参数；
S303，根据选定多组的铸造成型工艺参数进行模拟铸造，获取对应的多个模拟铸造结果；
S304，对多个模拟铸造结果的叶轮内液体速度分布情况进行分析，以叶轮内液体速度分布均匀为判定依据，确定一个最优的铸造成型工艺参数；
S305，选取最优的铸造成型工艺参数对进行铸造，获取第二轮试制叶轮；
S306，采用叶片端线法检测第二轮试制叶轮是否与确定新的叶轮结构参数一致，若一致，对包含第二轮试制叶轮的液力变矩器进行性能试验，获取第二轮试制性能试验结果，同时获取第二轮试制叶轮的数值模拟结果，完成第二轮试制。
第二轮试制叶轮的数值模拟结果包括叶轮内的压力、速度和温度分布云图。
将第一轮叶轮试制的性能试验结果以及第一轮试制叶轮内的压力、速度和温度分布云图同第二轮试制性能试验结果以及第二轮试制叶轮内的压力、速度和温度分布云图进行比较，根据两次的性能试验结果变化规律明确叶轮内压力、速度和温度的变化规律和叶轮结构参数的变化规律，进而获得能达到性能要求的叶轮结构参数的优化方向，从而获得较优的叶轮结构参数。经过多轮反复试制和优化，实现液力变矩器的性能最优化。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种液力变矩器优化设计方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种液力变距器优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用自定位三维扫描仪建立叶轮的三维实体模型，确定叶轮的结构参数；
采用正交试验设计方法选定多组铸造成型工艺参数；
根据选定多组的所述铸造成型工艺参数进行模拟铸造，获取对应的多个模拟铸造结果；
对所述多个模拟铸造结果的叶轮内液体速度分布情况进行分析，以所述叶轮内液体速度分布均匀为判定依据，确定一个最优的铸造成型工艺参数；
选取所述叶轮的结构参数和最优的铸造成型工艺参数对所述叶轮进行铸造，获取第一轮试制叶轮；
采用叶片端线法检测所述第一轮试制叶轮是否与确定的叶轮结构参数一致，若一致，对包含第一轮试制叶轮的液力变矩器进行性能试验，获取第一轮试制性能试验结果，同时获取所述第一轮试制叶轮的数值模拟结果，完成第一轮试制。
2.根据权利要求1所述的液力变矩器优化设计方法，其特征在于：
所述叶轮的结构参数包括内环尺寸、外环尺寸、叶片的进口角度和叶片的出口角度。
3.根据权利要求1所述的液力变矩器优化设计方法，其特征在于：
所述的铸造成型工艺参数包括充型温度、充型压力和充型时间。
4.根据权利要求1所述的液力变矩器优化设计方法，其特征在于：
所述性能试验结果包括传动效率、变矩系数和公称力矩。
5.根据权利要求1所述的液力变矩器优化设计方法，其特征在于：
所述第二轮试制叶轮的数值模拟结果包括叶轮内的压力、速度和温度分布云图。
6.根据权利要求2所述的液力变矩器优化设计方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
改变所述叶轮结构参数中的任一变量，重新确定新的结构参数；
采用正交试验设计方法选定多组铸造成型工艺参数；
根据选定多组的所述铸造成型工艺参数进行模拟铸造，获取对应的多个模拟铸造结果；
对所述多个模拟铸造结果的叶轮内液体速度分布情况进行分析，以所述叶轮内液体速度分布均匀为判定依据，确定一个最优的铸造成型工艺参数；
选取所述最优的铸造成型工艺参数对所述叶轮进行铸造，获取第二轮试制叶轮；
采用叶片端线法检测所述第二轮试制叶轮是否与确定新的叶轮结构参数一致，若一致，对包含所述第二轮试制叶轮的液力变矩器进行性能试验，获取第二轮试制性能试验结果，同时获取所述第二轮试制叶轮的数值模拟结果，完成第二轮试制。
7.根据权利要求6所述的液力变矩器优化设计方法，其特征在于：
所述第二轮试制叶轮的数值模拟结果包括叶轮内的压力、速度和温度分布云图。
8.根据权利要求6所述的液力变矩器优化设计方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
将所述第一轮试制性能试验结果以及第一轮试制叶轮内的压力、速度和温度分布云图同所述第二轮试制性能试验结果以及第二轮试制叶轮内的压力、速度和温度分布云图进行比较，根据两次的性能试验结果变化规律明确叶轮内压力、速度和温度的变化规律和叶轮结构参数的变化规律，进而获得能达到性能要求的叶轮结构参数的优化方向，从而获得较优的叶轮结构参数。
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