耦合仿生双涡轮液力变矩器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种双涡轮液力变矩器，具体涉及YJSW335型耦合仿生双涡轮液 力变矩器。
【背景技术】
[0002] 液力变矩器是以液体为工作介质，利用动能的变化来实现转矩、转速转换和传递 的传动装置，具有载荷自适应、无级变速、减振隔振及稳定的低速性能等优点，目前，在各种 工程机械中，液力传动已经占绝对的优势地位，广泛应用于工程机械、汽车、军工及石油机 械等，是车辆传动系统的关键部件。其运行的效率对整车的经济性和排放有着重要和直接 的影响。然而，现有工程机械液力变矩器效率较低，基本在80%左右、甚至更低。这不仅仅 是资源与能源的浪费，并且更多的排放导致环境恶化。
[0003] 自然界的生物进行着不断地进化，己经形成了最优化的形态结构及最精确的控制 协调过程，成为了人类研究与学习的资源宝库。生物体表的各种结构、组织及优异特性，经 过科学家的研究发现，其体表按一定规律，有序分布或排列，简化形成各种仿生形体，在气 体、流体和固体系统中己经的得到广泛的应用。例如，鱼类在摆尾加速游动、转弯等状态下， 躯体呈现一定的弓形，这时往往具有极大的动力加速度和迅速灵活的反应能力。几何非光 滑也是形体减阻的重要内容之一。生活在陆地上的生物，在潮湿土壤中而又不易粘附土壤 的生物体表表现为非光滑表面形态；生活在海洋中的生物，尤其是行动敏捷的水生生物，其 体表很多也都是不光滑的，而是由鳞片或皮下结缔组织构成的非光滑。因此，借用具有优良 减阻机理的仿生结构，开展流体机械的叶片仿生设计，具有很高的应用价值。
【发明内容】
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种耦合仿生双涡轮液力变矩器，该变矩器 在不改变原有液力变矩器结构的基础上，采用仿生耦合技术达到节能增效的目的，提高双 涡轮液力变矩器的效率。
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型的耦合仿生双涡轮液力变矩器包括栗轮，栗 轮外环，栗轮内环，第一涡轮，导轮，第二涡轮；所述第一涡轮的叶片采用仿生叶片，其环量 分配函数的多项式为：y = ax4+bx3+cx2+dx+e，其中X为中弧线上各等分点的横坐标，y为相 应的环量分配值，参数a，b，c，d，e的取值范围为如下：
[0006]
[0007]所述参数 a，b，c，d，e 优选 a = 4. 1141，b = -5. 08, c = _0· 1494, d = 0· 1369, e =0·9918。
[0008] 本实用新型第一涡轮叶片采用仿生叶片，与原始常规双涡轮液力变矩器相比，提 高了启动扭矩比和效率，并且栗轮容量系数大于采用常规叶片的液力变矩器。
[0009] 所述栗轮的叶片采用仿生叶片，其环量分配函数的多项式为：y = ax3+bx2+cx+d， 其中X为中弧线上各等分点的横坐标，y为相应的环量分配值，参a，b，c，d的取值范围如 下：
[0010]
[0011] 所述参数 a，b，c，d 优选 a = -L 1129, b = -L 3475, C = 0· 7683, d = -0· 0009。
[0012] 本实用新型栗轮的叶片采用仿生叶片，进一步提高了启动扭矩比和效率，并且栗 轮容量系数大于采用常规叶片的液力变矩器。
[0013] 本实用新型导轮的叶片采用仿生叶片，其环量分配函数的多项式为：y = ax3+bx2+cx+d，其中X为中弧线上各等分点的横坐标，y为相应的环量分配值，参数a，b，c， d的取值范围如下：
[0014]
[0015] 所述参数 a，b，c，d 优选 a = 0· 992, b = -0· 192, c = 0· 1936, d = -0· 0058。
[0016] 本实用新型导轮的叶片采用仿生叶片，更进一步提高了启动扭矩比和效率，并且 栗轮容量系数大于采用常规叶片的液力变矩器。
[0017] 所述导轮的叶片吸力面上靠近叶片入口的前部布置U型仿生沟槽，该仿生沟槽的 高度h和间距s的无量纲尺寸h+和s +的取值范围分别为0 < h X 25,0 < s S 30。
[0018] 所述仿生沟槽的高度h和间距s的尺寸取值范围为0 < s < 0. 83mm，0 < h < 1mm。
[0019] 所述仿生沟槽的高度h和间距s的尺寸优选h = 0. 5mm，s = 0. 5mm。
[0020] 所述仿生沟槽区域起始部位距离叶片入口的距离SL1= 7. 43mm，仿生沟槽区域的 末尾部位离叶片出口的距离为L2= 11.52mm。
[0021] 在液力变矩器的内流场中，分离流动对其性能产生重要影响，不仅会使流动损失 急剧增加，而且分离流动形成的压力脉动还将导致变矩器工作过程中产生机械振动。本实 用新型在液力变矩器的导轮叶片吸力面上加工一定数量和尺寸的横向沟槽，以减少液体的 粘附与阻力，以便更好的控制附面层的流动，湍流减阻作用明显，提高了液力变矩器性能。
[0022] 所述第二涡轮的叶片采用仿生叶片，其环量分配函数多项式为：y = ax2+bx+c，其 中X为中弧线上各等分点的横坐标，y为相应的环量分配值；参数a，b，c的取值范围如下：
[0023]
[0024] 所述参数 a，b，c 优选 a = -0· 7374, b = -0· 2919, c = 1. 0108。
[0025] 本实用新型中第二涡轮叶片采用仿生叶片，进一步提高了启动扭矩比和效率，并 且栗轮容量系数CF也大于常规双涡轮液力变矩器。
[0026] 所述栗轮内环和栗轮外环上分布有球形凹坑，凹坑深度S的取值范围为0. 64mm~ I. 24mm，直径D取值范围为I. 28mm~2. 48mm。
[0027] 所述凹坑呈矩阵排列，凹坑的深度S、直径D、横向间距W和纵向间距L优选S = 1mm, D = 2mm, ff = 3mm, L = 5mm〇
[0028] 本实用新型在液力变矩器栗轮外环上内表面及内环的外表面上加工凹坑型的非 光滑仿生结构，由于凹坑型非光滑表面摩擦力、剪应力及其附近的湍流粘性均可以变小，同 时凹坑内保持有低速度流动的流体使得切向力变小，从而达到了减小绕轴转动的力矩的作 用。另外，凹坑内低速流动的流体像滚动的轴承，避免了上面高速流动的流体与叶轮壁面直 接接触，避免速度梯度的迅速增大，从而避免了涡的大量生成，防止能量的耗散，达到了增 效节能的目的。
[0029] 所述导轮叶片的压力面出口区域均匀分布乳突单元体形成仿生乳突结构，乳突单 元体半径R的取值范围为〇· 〇4mm~0· 1mm，高度H的取值范围为0· 06mm~0· 16mm，乳突单 元体之间的间距Wr的取值范围为0· Imm~0· 25mm〇
[0030] 所述乳突单元体的高度H、半径R、单元体间距高度H的取值优选为HXRXR = 0. 16mmX0.1 mmX 0· 1mm，间距 Wr = 100 μ m。
[0031] 在实际的液流流动过程中，液力变矩器导轮叶片的压力面出口区域容易产生非周 期性的流动分离，尤其是在压力面的尾部区域（出口区域），液流通常具有较高的湍流度， 叶片近壁面的液流速度相对较大，导致壁面摩擦阻力和速度梯度也会相应变大，能量损失 较为严重，因此本实用新型在其压力面出口区域设置了仿生乳突结构，此时的仿生叶片表 面为超疏水表面，能够减小壁面摩擦阻力，改善流动状态。
[0032] 本实用新型着眼于液力变矩器与流体介质之间的相互作用力学与运动学关系，采 用现代仿生学原理、仿生耦合理论，将鱼类形体仿生、U型仿生沟槽、非光滑表面、疏水表面 四种因素融入到双涡轮液力变矩器的设计中，通过改善内部的流动状态，减少黏性应力和 部分区域的压差阻力，在排除进出口角度、中间流线半径、叶片数目等参数对于变矩器性能 影响的情况下，通过改变叶片的环量分配函数以及在叶轮叶片表面部分区域加工凹坑、沟 槽、乳突仿生结构提升了液力变矩器性能，达到了节能增效的目的，起到了很好的减阻效 果。
【附图说明】
[0033] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0034] 图1是双涡轮液力变矩器结构示意图。
[0035] 图2是叶片测量参数示意图。
[0036] 图3a、图3b分别为现有技术第二涡轮的叶片示意图和本实用新型的第二涡轮叶 片示意图。图3c、图3d、图3e是原始常规变矩器与本实用新型中第二涡轮采用仿生叶片时 的启动扭矩、效率、容量系数对比图。
[0037] 图4a、图4b分别为现有技术第一涡轮的叶片示意图和本实用新型的第一涡轮叶 片示意图。图4c、图4d、图4e是原始常规变矩器与本实用新型中第一涡轮采用仿生叶片时 的启动扭矩、效率、容量系数对比图。
[0038] 图5a、图5b分别为现有技术栗轮的叶片示意图和本实用新型的栗轮叶片示意图。 图5c、图5d、图5e是原始常规变矩器与本实用新型中栗轮采用仿生叶片时的启动扭矩、效 率、容量系数对比图。
[0039] 图6a、图6b分别为现有技术导轮的叶片示意图和本实用新型的导轮叶片示意图。 图6c、图6d、图6e是原始常规变矩器与本实用新型中导轮采用仿生叶片时的启动扭矩、效 率、容量系数对比图。
[0040] 图7是U型仿生沟槽微观示意图。
[0041] 图8是具有U型仿生沟槽的导轮叶片示意图。
[0042] 图9a、图9b分别是栗轮外环、栗轮内环放大图。
[0043] 图l〇a、图IOb分别是凹坑矩阵部分的剖视图和俯视图。
[0044] 图11a、图11b、图11c、图Ild分别是凹坑矩阵的矩形排列、等差排列、菱形排列和 随机排列方式示意图。
[0045] 图12是凹坑矩阵的四种排列方式下的减阻效果示意图。
[0046] 图13具有乳突仿生结构的导轮叶片结构示意图。
[0047] 图14a、图14b是乳突单元体示意图、乳突仿生结