[发明专利]基于贝塞尔曲线的液力变矩器二维叶片型线构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆传动系统领域，具体涉及一种基于贝塞尔曲线的液力变矩器二维叶片型线构造方法。

背景技术

叶栅系统设计是液力变矩器设计的核心，直接影响液力变矩器的性能。

传统液力变矩器叶栅设计方法为基于一维束流理论的环量分配法或等角变换法。环量分配法的基本设计思想是循环圆中间流线上两元线间每增加相同的弧长，液流沿叶片中间流线应增加相同的环量，以此保证流道内流动状态良好。使用此方法设计叶片与骨线角度有关，而与厚度无关，且当叶片曲率变化较大时，易出现较大扭曲，使设计出来的叶片制造困难。等角变换法是在束流理论确定叶片入、出口角的基础上，使用直线-抛物线-直线的方式构造叶片中弧线，再给定加厚规律对其进行加厚得到叶片展开图。传统的二维叶片造型方法，适应性及灵活性较差，且叶片型线二阶导数和曲率均不连续，导致叶片水力特性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于贝塞尔曲线的液力变矩器二维叶片型线构造方法。采用该方法在对二维叶片型线进行构造，该方法设计灵活性及适应性高，全叶型二阶导数连续、曲率连续无突变，可直接通过定义关键几何参数进行叶片型线构造，有利于后续液力变矩器的性能优化。

为解决上述技术问题，本发明包括以下步骤：

步骤1：给定液力变矩器的循环圆，该循环圆包括叶片入口边、叶片出口边；

步骤2：由给定的单元骨线关键几何参数求得单元叶片骨线首尾两段三次贝塞尔曲线控制点矩阵，将获得的首尾两段三次贝塞尔曲线控制点矩阵经旋转、缩放获得实际叶片骨线控制点矩阵，构造实际叶片骨线；

步骤3：单元叶片厚度分布由两段三次贝塞尔曲线及入、出口圆弧过渡构成，由给定的厚度分布关键几何参数求得首尾两段三次贝塞尔曲线控制点矩阵以及入、出口圆弧圆心和半径坐标，经缩放获得实际叶片厚度控制点矩阵和实际入、出口边圆心、半径坐标，进而构造实际叶片厚度。

步骤4：将叶片厚度分布叠加到叶片骨线上，获得叶片二维型线。

所述步骤2具体包括：

单元叶片骨线首段贝塞尔曲线控制点矩阵P_gs为：

单元叶片骨线尾段贝塞尔曲线控制点矩阵P_gw为：

其中，α_e和α_o为单元叶片骨线入口角、出口角，单元叶片骨线峰值坐标为单元叶片骨线首段贝塞尔曲线终点曲率，y_gs1为单元叶片骨线首段贝塞尔曲线第二个控制点y轴的值；

直接对单元叶片骨线首尾贝塞尔曲线控制点进行旋转，得到旋转后单元叶片骨线首尾两段贝塞尔曲线控制点矩阵P_gs_rot、P_gw_rot：

其中，为给定的叶片旋转角；

通过放大倍数，接对旋转后贝塞尔曲线控制点矩阵进行放大，实现对叶片骨线贝塞尔曲线的放大，得到叶片骨线实际首尾两段贝塞尔曲线控制点矩阵P_gs_real、P_gw_real：

其中，τ_g为放大倍数，L为叶片内环由入口到出口循环圆长度；

获得实际叶片贝塞尔曲线控制点后，构造实际叶片骨线。

所述步骤3具体包括：

单元叶片厚度首段贝塞尔曲线控制点矩阵为：

单元叶片厚度尾段贝塞尔曲线控制点矩阵为：

其中，β_e和β_o为单元叶片厚度分布入口处楔角、出口处楔角，单元叶片厚度峰值坐标为厚度峰值处曲率半径，r_e为单元厚度分布入口半径，r_o为单元厚度分布出口半径；τ_hs2为首段曲线第二个控制点横坐标占首段曲线x方向长度的比例，τ_hw3为尾段曲线第三个控制点横坐标占尾段曲线x方向长度的比例：

其中，x_hs1表示首段曲线第二个控制点横坐标，x_hw2表示尾段曲线第三个控制点横坐标；

单元叶片厚度分布由贝塞尔曲线及入、出口处的圆弧过渡构成；入口、出口圆弧过渡圆心及半径坐标：