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        液力偶合器葉輪的強度分析

        發布于:2016-02-24 22:46
        強度分析

              液力偶合器作為一種液力傳動元件,具有帶載起動、隔離扭振、降低噪聲等功能,廣泛應用于冶金、礦山、發電、水泥、船舶等行業。液力偶合器的葉輪包括泵輪、渦輪、轉動外殼,材料主要選用鑄鋼、鑄造鋁合金、鋼材焊接件或整體鍛鋼等,傳統的通過限制工作輪最大線速度來保證其強度及可靠性的方法已不能適應產品的大功率化發展需要,運用二維有限元計算法、三維有限元計算法進行偶合器工作輪的強度分析,由于過度簡化載荷、只分析零件的一部分等,使計算結果的精確度受到影響。本研究應用三維軟件對偶合器葉輪進行三維造型,對葉輪內液流按二元勻速流的流動模型進行解析計算,獲得液流對葉輪的作用力后用有限元分析軟件進行加載及強度分析,得到的結果與試驗結果相對比,證明了載荷模型與有限元分析方法在實際應用中的可行性,為液力偶合器的設計、制造和結構優化提供了可行的分析方法。
              液力偶合器在額定工況下,所受的載荷是穩定的,可按靜載荷考慮。葉輪受力主要由4部分組成:a.在高速旋轉中葉輪自身質量構成的離心力。b.工作液體作用在葉輪內壁上的液體壓力,由液體隨葉輪旋轉和在葉輪型腔內循環流動2種運動合成。C.工作液體作用在葉片上的圓周力。d.軸對葉輪的作用力。其中a部分對葉輪強度的影響最大,雖然零件形狀復雜,但可以通過軟件精確加載,d部分是對a、b、c部分合力的支反力,可以在軟件靜力分析過程中作為支承處理,b部分和c部分均為液流對葉輪的作用力,需要在建立葉輪液流模型的基礎上進行解析計算獲得。
              在液力偶合器葉輪中,液體的流態實質上是復雜的空間三元流動,為便于分析研究,通常將其簡化如下:a.在泵輪一渦輪之間形成的型腔內為二元流動,既隨葉輪做等速旋轉,又沿著葉輪型腔內平均流線作勻速流動,b.在渦輪轉動外殼之間的空腔內為一元流動,隨葉輪做等速旋轉,由于渦輪和轉動外殼的轉速不同,其流動為層流。工作液體隨葉輪旋轉產生的對葉輪的面載荷為為葉輪旋轉角速度,P為已知點的油壓,r為已知點的旋轉半徑,r為該計算點的旋轉半徑。工作液體在泵輪一渦輪型腔內循環流動產生的對葉輪的面載荷為,式中r為型腔曲率半徑,工作液體在型腔內循環流動的流量,R為流道有效半徑,R為最小油平面半徑。由于工作液體在型腔內的流動是上述2種運動的合成,所以其對葉輪殼壁的合成作用力為:根據液流在偶合器型腔內勻速流動的假定,給出以下公式,傳遞的轉矩,葉輪葉片數,R為葉片面心所處的回轉半徑,A為葉片面積,a為葉片傾角。葉片載荷系數P、用于修正假定工況與實際工況之間的差異,包括兩個方面:一是實際工況下載荷的作用面積比葉片面積小,類似于一個圓環形,二是實際工況下,液流在循環流動過程中對葉片的作用力是變化的,即在泵輪中流動時作用力逐漸從最小增加到最大,在渦輪中流動時作用力逐漸從最大減少到最小。


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