CN106202711A - 液力变矩器流道模型的参数化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液力变矩器流道模型的参数化方法，包括步骤：对液力变矩器实际循环圆的内外环参数化；对泵轮无叶片流道和涡轮无叶片流道参数化；对泵轮叶片和涡轮叶片参数化；合并处理得到参数化的泵轮全流道模型和涡轮全流道模型；对导轮无叶片流道参数化；对导轮叶片参数化；合并处理得到参数化的导轮全流道模型；将泵轮全流道模型、涡轮全流道模型和导轮全流道模型按坐标装配得到参数化的液力变矩器全流道模型；将液力变矩器全流道模型切割为单流道模型，为液力变矩器的开发提供了仿真计算。本发明的优点是提高开发效率，缩短开发时间，为计算模型的参数化设计提供了理论指导。

Description

液力变矩器流道模型的参数化方法

技术领域

本发明涉及汽车液力变矩器的技术领域，特别涉及一种液力变矩器流道模型的参数化方法。

背景技术

液力变矩器是利用液体的动能进行能量传递的液力元件，是轿车传动自动变速系统的最重要部件之一。装备液力变矩器的轿车具有自适应好，通过性和低速行驶稳定性高等诸多优势，在我国现阶段，液力变矩器的使用正处于推广普及阶段，进行液力变矩器的研究开发具有现实和长远的意义。

液力变矩器早期研制是采用多种模型及试验来筛选、改进，最后定型。随着计算流体动力学和计算机技术的不断发展，现代计算机虚拟造型设计和流体动力学数值分析为液力变矩器分析和设计提供了崭新的手段。液力变矩器流场数值分析CFD为结构设计提供指导方向，而CFD分析的基础模型为液力变矩器的流道模型，计算机辅助设计CAD软件是流道三维模型建立的重要工具。初步设计、流场分析和优化设计是开发液力变矩器过程中必须经历的过程，这就不可避免的对目标液力变矩器进行多次的三维设计和修正。每次设计参数的改变意味着液力变矩器的重新三维设计，大大增加了液力变矩器的开发周期，降低了开发效率。参数化设计是指参数化模型的尺寸用对应关系表示，而不用确定的数值来表示，改变一个参数值将自动改变所有与它相关的尺寸。本发明方法对液力变矩器的流道模型进行参数化能够实现三维模型随着设计参数的改变而自动更新，对提高液力变矩器的开发效率，降低开发成本具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种提高开发效率的液力变矩器流道模型的参数化方法。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种液力变矩器流道模型的参数化方法，包括以下的步骤：

1)、对液力变矩器实际循环圆的内环和外环分别参数化，为以下的参数化提供了基础；

2)、对泵轮无叶片流道和涡轮无叶片流道参数化，形成参数化的泵轮无叶片流道模型和参数化的涡轮无叶片流道模型；

3)、对泵轮叶片和涡轮叶片参数化，形成参数化的泵轮叶片三维模型和参数化的涡轮叶片三维模型；

4)、将参数化的泵轮无叶片流道模型和参数化的泵轮叶片三维模型合并处理得到参数化的泵轮全流道模型，将参数化的涡轮无叶片流道模型和参数化的涡轮叶片三维模型合并处理得到参数化的涡轮全流道模型；

5)、对导轮无叶片流道参数化，形成参数化的导轮无叶片流道模型；

6)、对导轮叶片参数化，形成参数化的导轮叶片三维模型；

7)、将参数化的导轮无叶片流道模型和参数化的导轮叶片三维模型合并处理得到参数化的导轮全流道模型；

8)、将参数化的泵轮全流道模型、参数化的涡轮全流道模型和参数化的导轮全流道模型按坐标装配得到参数化的液力变矩器全流道模型；

9)、将参数化的液力变矩器全流道模型切割为参数化的液力变矩器单流道模型，为液力变矩器的开发提供了仿真计算。

本发明的优越功效在于：

1)本发明流道模型的参数化方法为液力变矩器设计分析自动化集成系统的开发提供了理论基础。液力变矩器流道模型的三维设计和流场分析是在不同的软件中完成的，两种软件系统之间的数据通讯一般是通过专用几何模型数据文件传输，一方面容易造成部分图形信息的丢失，另一方面降低了液力变矩器的开发效率；而设计分析集成技术通过二次接口的开发将设计模块和分析模块进行有效集成，避免了信息传递失真的可能，缩短了开发周期；

2)应用于液力变矩器扁平化设计、优化设计等需要模型变更的领域，能够极大的提高开发效率，降低设计成本；

3)随着CFD技术的发展，流场计算分析已成为液力变矩器的开发过程中不可缺少的部分，而计算模型的建立是流场计算分析的基础。在产品开发初期，零件形状和尺寸具有一定模糊性，意味着零件设计尺寸需要不断的变更优化。本发明方法将液力变矩器计算模型涉及到的所有尺寸进行了参数化，为计算模型的参数化设计提供了理论指导。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的参数化流程示意图；

图2为本发明液力变矩器实际循环圆外环参数化示意图；

图3为本发明液力变矩器实际循环圆外环各参数表；

图4为本发明液力变矩器实际循环圆内环参数化示意图；

图5为本发明液力变矩器实际循环圆内环的参数表；

图6为本发明液力变矩器实际循环圆的内外环示意图；

图7为本发明液力变矩器泵轮流道轴面投影参数化示意图；

图8为本发明液力变矩器泵轮流道轴面投影的参数表；

图9为本发明液力变矩器泵轮无叶片流道参数化模型；

图10为本发明液力变矩器泵轮叶片轴面投影轮廓参数化示意图；

图11为本发明液力变矩器泵轮叶片轴面投影轮廓的参数表；

图12为本发明液力变矩器泵轮叶片内环二维曲线参数化示意图；

图13为本发明液力变矩器泵轮叶片内环二维曲线的参数表；

图14为离散化后泵轮叶片内环二维曲线示意图；

图15为等角射影法示意图；

图16为本发明液力变矩器泵轮叶片内环三维空间曲线图；

图17为本发明液力变矩器泵轮叶片外环二维曲线参数化示意图；

图18为本发明液力变矩器泵轮叶片外环二维曲线的参数表；

图19为本发明液力变矩器泵轮叶片外环三维空间曲线图；

图20为本发明液力变矩器泵轮叶片三维曲面模型图；

图21为本发明液力变矩器泵轮叶片三维模型图；

图22为本发明液力变矩器泵轮全流道参数化模型图；

图23为本发明液力变矩器涡轮全流道参数化模型图；

图24为本发明液力变矩器导轮流道轴面投影轮廓参数化示意图；

图25为本发明液力变矩器导轮无叶片流道参数化模型图；

图26为本发明液力变矩器导轮叶片轴面投影轮廓参数化示意图；

图27为本发明液力变矩器导轮叶片轴面投影轮廓的参数表；

图28为本发明液力变矩器导轮外环厚度轮廓中间流线参数化示意图；

图29为本发明液力变矩器导轮外环厚度轮廓中间流线的参数表；

图30为本发明液力变矩器导轮外环厚度压力面轮廓参数化示意图；

图31为本发明液力变矩器导轮外环厚度压力面轮廓的参数表；

图32为本发明液力变矩器导轮外环厚度吸力面轮廓参数化示意图；

图33为本发明液力变矩器导轮外环厚度吸力面轮廓的参数表；

图34为本发明液力变矩器导轮外环厚度轮廓参数化示意图；

图35为本发明液力变矩器导轮叶片参数化模型图；

图36为本发明液力变矩器导轮全流道模型图；

图37为本发明液力变矩器全流道参数化模型图；

图38为本发明液力变矩器单流道参数化模型图；

图中标号说明

1—实际外环； 2—实际内环；

3—吸力面； 4—压力面；

5—中间流线； 6—涡轮全流道；

7—泵轮全流道； 8—导轮全流道；

9—泵轮单流道； 10—涡轮单流道；

11—导轮单流道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

本发明方法基于creo2.0三维设计软件对液力变矩器流道三维模型进行参数化，如图1所示。

1)、液力变矩器实际循环圆的参数化。

过液力变矩器轴心线作截面，在截面上与液体相接的界线形成的形状，称为循环圆。由于对称轴对称，一般仅画出轴线上的一半。液力变矩器的循环圆在设计时一般先进行理论循环圆的设计，再以此为基础进行实际循环圆的设计。本发明是以流道模型为目标，所以直接对实际循环圆进行参数化，如图2为实际循环圆外环的参数化示意图，各参数含义如图3所示。

循环圆外环的第一段圆弧与距离旋转轴D/2的水平线建立相切约束，第三段圆弧与距离旋转轴(D/2-H)的水平线建立相切约束，第二段圆弧分别与第一段圆弧，第三段圆弧和距离对称线L/2的竖直线建立相切约束。由于第二段圆弧建立了完全约束，所以其尺寸唯一确定，但有时为了需要将其设置为参考尺寸。

如图4为实际循环圆内环的参数化示意图，各参数含义如图5所示。根据循环圆过流面积相等的原则，由液力变矩器过流面积与循环圆面积的比例参数可以得出理论循环圆的内环和设计流线，本发明以实际循环圆内环为设计目标，仅计算出内环上沿水平线到旋转轴线的距离，参数化计算公式为sqrt(1-F)*D/2。内环第一段圆弧与上水平线建立相切约束，内环第三段圆弧与内环下边线直线段建立相切约束，内环第二段圆弧分别与内环第一段圆弧和内环第三段圆弧建立相切约束。图6为实际循环圆内外环示意图。

液力变矩器循环圆包括外环、内环、各工作轮的入口边和出口边。液力变矩器原型中泵轮、涡轮和导轮之间存在着间隙，而本发明以建立流道模型为目标，便于应用于内流场计算，将间隙分到相邻各工作轮流道中。因此，各工作轮的边线设计放到各工作轮流道设计时进行。

2)、液力变矩器泵轮无叶片流道的参数化。

泵轮流道的参数化是在实际循环圆的基础上进行的。图7为泵轮流道轴面投影参数化示意图，图8为泵轮流道轴面投影的参数表。

泵轮无叶片流道的参数化主要在于流道入口边的参数化，其余参数均可由循环圆设计参数确定，由于泵轮入口边与导轮出口边共线约束，因此参数化是以导轮的参数为基础的。根据列表中的参数可确定泵轮流道入口边所在线的两个点，由此可确定泵轮流道入口边线。入口边线分别与实际循环圆内环、外环和出口边形成泵轮流道截面。其中泵轮流道出口边与涡轮流道入口边重合，定为循环圆实际内外环线与中线的中间截线段。泵轮流道轴面投影截面沿旋转轴旋转形成泵轮无叶片全流道模型，如图9所示。

3)液力变矩器泵轮叶片的参数化。

首先对泵轮叶片轴面投影轮廓进行参数化，如图10所示，参数如图11所示。

泵轮叶片轴面投影轮廓的内外环是在液力变矩器实际内外环基础上设计的，实际外环与H4、L6参数确定了叶片外环轴面投影，实际内环与L6、A1参数确定了叶片内环轴面投影。L01和L02参数由测量长度命令直接得到，Creo2.0软件工具中的测量长度命令，能够保存到模型树中。液力变矩器泵轮叶片为复杂的空间曲面结构。为了实现叶片的参数化，本发明应用VC++语言基于VS平台对Creo2.0软件进行了二次接口的开发。二次接口的功能是实现叶片从二维结构到空间三维结构的转化。如图12为泵轮叶片内环二维曲线参数化示意图，图13为参数表。

泵轮叶片入口内环切线与泵轮旋转方向的夹角为泵轮内环入口角A2，出口内环切线与泵轮旋转方向的夹角为泵轮内环出口角A3。

泵轮内环二维曲线参数化完成后，本发明通过二次开发接口将二维曲线转化为三维空间曲线，先将二维曲线进行离散化，再通过等角射影法进行二维向三维的转化，图14为离散化后泵轮叶片内环二维曲线，均分为200份。

叶片二维曲线通过等角射影法转化为空间三维曲线，图15为等角射影法原理示意图。转化后的泵轮叶片内环三维空间曲线如图16所示。

同样的方法对泵轮叶片外环进行参数化，如图17为泵轮叶片外环二维曲线参数化示意图，图18为参数表，图19为转化后的泵轮叶片外环三维空间曲线图。

为了便于制造时制模，一般过同一过流截面上叶片表面为直线，整个叶片表面是由直线形成的曲面。引入参数内外环倾斜角A01,由内外环设计出泵轮叶片的三维曲面模型，如图20所示。

汽车用液力变矩器泵轮叶片一般设计为等厚度叶片，厚度设计参数为C1,加厚处理后泵轮叶片的三维模型如图21所示。

将参数化的泵轮无叶片流道模型与参数化的泵轮叶片三维模型进行合并处理即为参数化的泵轮全流道模型，其中涉及到的参数为泵轮叶片数Z1,泵轮全流道参数化模型如图22所示。

4)液力变矩器涡轮全流道模型的参数化与以上的泵轮全流道模型参数化的步骤是一样的，只是参数的取值不同，具体参数化时将各参数用不同的字母符号表示即可。参数化完成后涡轮全流道模型如图23所示。

5)液力变矩器导轮无叶片流道的参数化。

首先对导轮流道轴面投影轮廓进行参数化设计，如图24为参数化示意图，参数表如图8所示。

轴面投影轮廓绕旋转轴旋转形成无叶片导轮流道参数化模型，如图25所示。

6)液力变矩器导轮叶片的参数化。

首先对导轮叶片的轴面投影轮廓线进行参数化，其模型如图26所示，参数表如图27所示。

导轮叶片轴面投影轮廓内外环与流道轴面投影轮廓内外环共线，即内外环到旋转轴线的距离相等。

7)液力变矩器导轮叶片外环厚度轮廓的参数化。

A、图28为导轮叶片外环厚度轮廓中间流线参数化示意图，参数表如图29所示。导轮叶片厚度轮廓中间流线由两端线段和一段圆弧组成。过渡圆R7分别与进出口两端线段建立相切约束。

B、图30为导轮叶片外环厚度压力面轮廓参数化示意图，参数表如图31所示。曲线表示导轮叶片外环压力面轮廓与中间流线距离的变化情况。圆弧R9与入口端竖线建立相切约束；圆弧R8与出口端竖线建立相切约束；圆弧R8与圆弧R9之间有两段圆弧，两段圆弧通过建立与厚度水平线和进出口圆弧相切并过最大厚度点约束唯一确定。

C、图32为导轮叶片外环厚度吸力面轮廓参数化示意图，参数表如图33所示。曲线表示导轮叶片外环吸力面轮廓与中间流线距离的变化情况。圆弧R10与入口端竖线建立相切约束；构造圆弧R11与出口端竖线建立相切约束；圆弧R10与构造圆弧R11之间有两段圆弧，靠近入口端圆弧通过建立与最大厚度水平线和入口圆弧R10相切并过最大厚度点约束唯一确定；靠近出口端圆弧通过与最大厚度水平线和构造圆弧R11相切并过最大厚度点约束唯一确定。

D、确定了中间流线、厚度压力面轮廓和厚度吸力面轮廓之后就可完成导轮叶片外环厚度轮廓的参数化，如图34所示。

8)液力变矩器导轮叶片内环厚度轮廓的参数化。

导轮叶片内环厚度轮廓参数化与外环参数化的步骤是一样，唯一不同的是各参数具有不同的取值，在具体参数化时用不同的字母符号表示。

导轮叶片内外环厚度轮廓参数化完成后进行连接设计，连接距离由导轮叶片轴面投影轮廓参数确定，之后对导轮叶片进行倾斜，引入设计参数倾斜角A02,最终导轮叶片的参数化设计模型如图35所示。

9)将参数化的导轮无叶片流道模型与参数化的导轮叶片三维模型进行合并处理即为参数化的导轮全流道模型，其中涉及到的参数为导轮叶片数Z3,导轮全流道模型如图36所示。

10)泵轮、涡轮和导轮的参数化完成后按坐标装配即可得到参数化设计的液力变矩器全流道模型，如图37所示。

11)液力变矩器内流场计算时为了减少计算时间，提高计算效率，利用模型结构周期性特点将液力变矩器全流道模型切割为单流道模型进行仿真计算。单流道模型参数化主要涉及到的参数为工作轮叶片数，不需要引入其它的参数，单流道模型的参数化模型如图38所示。

以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液力变矩器流道模型的参数化方法，包括以下的步骤：

1)、对液力变矩器实际循环圆的内外环参数化；

2)、对泵轮无叶片流道和涡轮无叶片流道参数化，形成参数化的泵轮无叶片流道模型和参数化的涡轮无叶片流道模型；

3)、对泵轮叶片和涡轮叶片参数化，形成参数化的泵轮叶片三维模型和参数化的涡轮叶片三维模型；

4)、将参数化的泵轮无叶片流道模型和参数化的泵轮叶片三维模型合并处理得到参数化的泵轮全流道模型，将参数化的涡轮无叶片流道模型和参数化的涡轮叶片三维模型合并处理得到参数化的涡轮全流道模型；

5)、对导轮无叶片流道参数化，形成参数化的导轮无叶片流道模型；

6)、对导轮叶片参数化，形成参数化的导轮叶片三维模型；

7)、将参数化的导轮无叶片流道模型和参数化的导轮叶片三维模型合并处理得到参数化的导轮全流道模型；

8)、将参数化的泵轮全流道模型、参数化的涡轮全流道模型和参数化的导轮全流道模型按坐标装配得到参数化的液力变矩器全流道模型；

9)、将参数化的液力变矩器全流道模型切割为参数化的液力变矩器单流道模型，为液力变矩器的开发提供了仿真计算。

2.根据权利要求1所述的液力变矩器流道模型的参数化方法，其特征在于：所述第1)步中的对液力变矩器实际循环圆的内外环参数化，是包括对液力变矩器实际循环圆的外环参数化和内环参数化，为液力变矩器泵轮、涡轮和导轮的参数化提供基础。

3.根据权利要求1所述的液力变矩器流道模型的参数化方法，其特征在于：所述第2)步中的泵轮无叶片流道参数化，是指泵轮流道入口边的参数化，确定泵轮流道入口边所在线的两个点，从而确定泵轮流道入口边线，所述入口边线分别与实际循环圆内环、外环和出口边形成泵轮流道截面，泵轮流道轴面投影截面沿旋转轴旋转形成泵轮无叶片全流道模型。

4.根据权利要求1所述的液力变矩器流道模型的参数化方法，其特征在于：所述第3)步中泵轮叶片参数化，是先对泵轮叶片内环和泵轮叶片外环二维曲线参数化，再将二维曲线离散化，通过等角射影法转化为泵轮叶片内环和外环三维空间曲线，得到泵轮叶片三维模型。

5.根据权利要求1所述的液力变矩器流道模型的参数化方法，其特征在于：所述第2)步中的涡轮无叶片流道参数化，是指涡轮流道入口边的参数化，确定涡轮流道入口边所在线的两个点，从而确定涡轮流道入口边线，所述入口边线分别与实际循环圆内环、外环和出口边形成泵轮流道截面，涡轮流道轴面投影截面沿旋转轴旋转形成涡轮无叶片全流道模型。

6.根据权利要求1所述的液力变矩器流道模型的参数化方法，其特征在于：所述第3)步中涡轮叶片参数化，是先对涡轮叶片内环和泵轮叶片外环二维曲线参数化，再将二维曲线离散化，通过等角射影法转化为涡轮叶片内环和外环三维空间曲线，得到涡轮叶片三维模型。

7.根据权利要求1所述的液力变矩器流道模型的参数化方法，其特征在于：所述第6)步中导轮叶片参数化，包括导轮叶片的轴面投影轮廓线的参数化，导轮叶片外环厚度轮廓的参数化和导轮叶片内环厚度轮廓的参数化。