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1、2004年6月DRIVESYSTEMTECHNIQUEJune2004文章编号:100628244(2004)02215203液力偶合器叶轮三维整体有限元强度分析方法AThree-DimensionIntegralFEMStrengthAnalysisMethodFortheImpelleroftheHydralicCoupling宋光辉SONGGuanghui中国船舶重工集团公司第七一一研究所,上海200051MDRIC711thResearchInstitute,Shanghai200051[摘要]用有限元法,对某调速
2、液力偶合器叶轮建立了三维实体模型,利用该实体模型,在有限元分析系统中对叶轮强度进行了分析计算,验证了叶轮强度的可靠性,为液力偶合器的设计、计算和结构优化提供了可靠的数据和方法。[Abstract]Athree2dimensionalintegralmoduleissetupfortheimpellerofthehydraliccoupliingwithFEMinthepaper.Theintegralmoduleisalsoused,theanalysiscalculationonimpellerstrengthwithF
3、EM.Theimpellerstrengthreliabilityareproved.Itsprovidesreliabledatumandmethodinhydraliccouplingde2sign,calculationandconstructionoptimum.关键词:有限元方法泵轮转动外壳强度分析Keywords:FEMImpellerRotatingshellStrengthanalysis中图分类号:TH137.331文献标识码:B近年来,液力偶合器广泛应用于冶金、矿山、发体模型如图1所示。电、水泥、化工、
4、纺织、船舶等行业,取得了显著的经济效益,并有大型化的趋势。我们最近设计的某液力偶合器传递的功率为5702kW,转速为1084römin,其外缘的线速度高达81.73mös,工作轮承受很大的离心力和油压力,因此强度问题是大功率高转速液力偶合器的关键问题。以前受到软硬件条件的限制,对偶合器叶轮的强度分析长期停留在二维有限元的层次上,三维分图1泵轮三维实体模型析仅尝试过四分之一轮,边界条件设置困难,分析结Fig.1Impeller32Dintegralmodule果的准确性不高。本文在流体力学和动力学理论基础上,对液力偶合器叶轮
5、进行了三维整体有限元分(2)主要参数析计算,最后得到叶轮的应力分布情况,在满足强度泵轮有效直径:1287mm要求的前提下为液力偶合器的设计、制造和结构优泵轮叶片数:23片斜叶片化提供了可靠的依据。泵轮材料:铸铝ZL114A弹性模量:70GPa1有限元模型的建立泊松比:0.3(1)几何模型转速:1084römin3偶合器的叶轮包括泵轮和涡轮,他们在工作时,额定功率:5702kgöm3泵轮负荷始终大于涡轮(泵轮转速、功率均大于涡工作油密度:870kgöm3轮),而且涡轮由于轮壁内外工作液体产生的压力互金属材料的密度:2700k
6、göm相抵消,受力较小,因此,在材质和结构尺寸相同的(3)有限元模型情况下,可只对泵轮进行强度计算。泵轮的三维实为了对泵轮进行比较精确的强度计算,取整个—15—第18卷第2期传动技术Vol.18No.2宋光辉:液力偶合器叶轮三维整体有限元强度分析方法泵轮作为研究对象,采用10节点的四面体单元受四个方面的作用力。如图4所示,一是金属材料在SOLID92进行网格划分,每个节点上有三个自由度高速转动时产生的离心力Pv,二是工作液体对型腔(x,y,z方向上的位移),利用ANSYS5.7提供的自内壁的压力Px,三是工作液体对叶片的作
7、用力Py,由网格划分工具,对实体模型进行自由网格划分,生四是转动外壳对泵轮的作用力Pz。这些由传统的动成可靠的高质量的实体单元,如图2所示。力计算得到。1)软件中的加载选项可以施加惯性载荷Pv,我们可以通过定义材料密度和旋转加速度来加载惯性载荷Pv。图2泵轮有限元模型Fig.2ImpellerFEMmodule泵轮有限元模型参数如下:节点(Node)数:214215单元(Element)数:132238图4泵轮的受力分析单元种类:SOLID92(10节点四面体单元)Fig.4Impellerforcedanalysis计算
8、中采用线弹性材料,其基本参数如下:2)工作液体对型腔内壁的压力Px弹性模量;70GPa222Px=P0+XQ(rA-r0)ö2泊松比:0.30其中P0—偶合器供油压力,屈服极限:190MPa当取r0=0时P0=0强度极限:250MPa3Q—油的比重870kgöm计算过程中,根据经验选择计算类型为静态线循
