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液力偶合器作為一種液力傳動(dòng)元件，具有帶載起動(dòng)、隔離扭振、降低噪聲等功能，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、發(fā)電、水泥、船舶等行業(yè)。液力偶合器的葉輪包括泵輪、渦輪、轉(zhuǎn)動(dòng)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(tǒng)的通過(guò)限制工作輪最大線速度來(lái)保證其強(qiáng)度及可靠性的方法已不能適應(yīng)產(chǎn)品的大功率化發(fā)展需要，運(yùn)用二維有限元計(jì)算法、三維有限元計(jì)算法進(jìn)行偶合器工作輪的強(qiáng)度分析，由于過(guò)度簡(jiǎn)化載荷、只分析零件的一部分等，使計(jì)算結(jié)果的精確度受到影響。本研究應(yīng)用三維軟件對(duì)偶合器葉輪進(jìn)行三維造型，對(duì)葉輪內(nèi)液流按二元?jiǎng)蛩倭鞯牧鲃?dòng)模型進(jìn)行解析計(jì)算，獲得液流對(duì)葉輪的作用力后用有限元分析軟件進(jìn)行加載及強(qiáng)度分析，得到的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，證明了載荷模型與有限元分析方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，為液力偶合器的設(shè)計(jì)、制造和結(jié)構(gòu)優(yōu)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(wěn)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(zhuǎn)中葉輪自身質(zhì)量構(gòu)成的離心力。b.工作液體作用在葉輪內(nèi)壁上的液體壓力，由液體隨葉輪旋轉(zhuǎn)和在葉輪型腔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)2種運(yùn)動(dòng)合成。C.工作液體作用在葉片上的圓周力。d.軸對(duì)葉輪的作用力。其中a部分對(duì)葉輪強(qiáng)度的影響最大，雖然零件形狀復(fù)雜，但可以通過(guò)軟件精確加載，d部分是對(duì)a、b、c部分合力的支反力，可以在軟件靜力分析過(guò)程中作為支承處理，b部分和c部分均為液流對(duì)葉輪的作用力，需要在建立葉輪液流模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行解析計(jì)算獲得。
在液力偶合器葉輪中，液體的流態(tài)實(shí)質(zhì)上是復(fù)雜的空間三元流動(dòng)，為便于分析研究，通常將其簡(jiǎn)化如下：a.在泵輪一渦輪之間形成的型腔內(nèi)為二元流動(dòng)，既隨葉輪做等速旋轉(zhuǎn)，又沿著葉輪型腔內(nèi)平均流線作勻速流動(dòng)，b.在渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)外殼之間的空腔內(nèi)為一元流動(dòng)，隨葉輪做等速旋轉(zhuǎn)，由于渦輪和轉(zhuǎn)動(dòng)外殼的轉(zhuǎn)速不同，其流動(dòng)為層流。工作液體隨葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的對(duì)葉輪的面載荷為為葉輪旋轉(zhuǎn)角速度，P為已知點(diǎn)的油壓，r為已知點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑，r為該計(jì)算點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑。工作液體在泵輪一渦輪型腔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)產(chǎn)生的對(duì)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(nèi)循環(huán)流動(dòng)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(nèi)的流動(dòng)是上述2種運(yùn)動(dòng)的合成，所以其對(duì)葉輪殼壁的合成作用力為：根據(jù)液流在偶合器型腔內(nèi)勻速流動(dòng)的假定，給出以下公式，傳遞的轉(zhuǎn)矩，葉輪葉片數(shù)，R為葉片面心所處的回轉(zhuǎn)半徑，A為葉片面積，a為葉片傾角。葉片載荷系數(shù)P、用于修正假定工況與實(shí)際工況之間的差異，包括兩個(gè)方面：一是實(shí)際工況下載荷的作用面積比葉片面積小，類(lèi)似于一個(gè)圓環(huán)形，二是實(shí)際工況下，液流在循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中對(duì)葉片的作用力是變化的，即在泵輪中流動(dòng)時(shí)作用力逐漸從最小增加到最大，在渦輪中流動(dòng)時(shí)作用力逐漸從最大減少到最小。
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