多种载荷作用下汽车水泵叶轮的强度分析.pdf

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1、14FLUIDMACHINERYVo1．40No．5，2012，文章编号：1005—0329(2012)05—0014—07多种载荷作用下汽车水泵叶轮的强度分析陈建飞。杨波(上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室，上海200240)摘要：汽车水泵是内燃机冷却系统的重要部件，通过有限元分析软件对水泵叶轮进行了应力分析。利用该软件多工况组合的功能，计算叶轮在多种载荷共同作用下的应力分布，为汽车水泵叶轮结构的优化设计和可靠运行提供了依据。关键词：汽车水泵；叶轮；强度分析；有限元分析中图分类号：TH3文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2012．05．004

2、StrengthAnalysisofImpellerinAutomobileWaterPumpundertheCombinedLoadsCHENJian-fei，YANGBo(KeyLaboratoryforPowerMachineryandEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Automobilewaterpumpisoneofthemostimportantpartsforacoolingsystemintheinternalcombustionengine．Inthispaper，th

3、estrengthanalysisofanimpellerhasbeencarriedoutbymeansofafiniteelementanalysissoftware．Thedetailedstressdistributionoftheimpellerisobtainedunderthecombinedloads．Theresultsandconclusionsareconsideredtobeausefulreferencefortheoptimaldesignandreliableoperationofanautomobilewaterpumpimpeller．Keywords：a

4、utomobilewaterpump；impeller；strengthanalysis；finiteelementanalysisl前言平，尤其是近年来在叶轮外力特性、水力设计、汽蚀机理以及水泵的振动特性方面的研究取得较大目前，汽车发动机广泛采用离心式水泵作为的进展。国内在水泵研究方面，以CAD为主的其冷却系统强制循环的主要部件，其基本结构由新技术得到了广泛的应用：泵的模具、叶片和重要水泵壳体、连接盘或皮带轮、水泵轴及轴承、水泵零件开始用数控机床加工，泵水力设计与绘图软叶轮和水封装置等零件构成⋯。汽车水泵有别件逐渐推广，大量采用CFD软件计算泵内流场于其他类型的离心泵，一般转速比较高，运

5、行工况等。但是在水泵的机理探索、装配加工、实验设备变化大，冷却液温度高(9O℃左右，极限情况下超以及减振降噪方面与国外先进水平有着较大的差过1IO~C)。离心泵应用于汽车冷却系统的早期距。当前国内的生产汽车水泵的厂商大多为大型阶段，用户主要关心水泵的基本性能：效率、吸入汽车企业的零部件提供商，对于汽车水泵的研究特性、单调的H—Q曲线等J。然而随着汽车的主要是水力设计方面，但是随着汽车行业的发展，不断向前发展，同时对现代水泵也提出了更高的发动机性能的逐渐提高，对于汽车水泵的稳定性、要求。可靠性的要求更高。本文通过有限元分析软件研目前，国外对汽车水泵的生产加工、试验、机究了汽车水泵叶轮的装配应

6、力，以及在过盈配合、理以及故障原因等方面的研究等达到了较高的水离心力和表面压力共同作用下的应力分布，为汽收稿日期：201l—O8—3O修稿日期：2011—12—30基金项目：国家自然科学基金资助项目(51176112)2012年第40卷第5期流体机械15车水泵叶轮结构的优化设计和可靠运行提供了依的平动自由度，该单元具有塑性，蠕变，膨胀，应据。力强化，大变形和大应变的特性，属于线性单元。2有限元模型的建立2．1实体建模由于汽车水泵叶轮的结构比较复杂，叶片、轮盖、轮盘有较多的复杂曲面，所以采用建模能力较强的三维软件CATIA来建立叶轮的实体模型，然后将模型导入ANSYS中，进行相应的网格划分操

7、作。汽车水泵叶轮的实体模型如图1所示。图2SOLIIM5单兀几何形状2．3网格划分一般来说，网格划分有2种方式：自由网格划分和映射网格划分。在对实体模型进行网格划分之前，甚至在建立模型之前，就应当考虑采用自由网格还是映射网格进行划分。自由网格对单元形状没有限制，并且没有特定的准则。主要用于划分边界形状不规则的区域，它所生成的网格相互之间是呈不规则排列的，它的缺点是分析精度不如映射网格高。与之相比，映射网格对单元形状有限制