调速型液力偶合器叶轮的有限元分析及优化设计

论文摘要

本课题是与大连创思福液力偶合器成套设备公司合作完成,为该公司设计的新产品YOCQ550液力偶合器的叶轮的强度和刚度提供理论数据。为保证其主要部件叶轮设计的科学性、合理性,对该型号的偶合器泵轮、涡轮进行了详细的有限元计算分析。具体完成如下工作:现场工况调研,了解工厂的概念设计,系统设计和功能设计分析,物理模型的建构,主要部件叶轮的加工工艺现场分析,叶轮的有限元模型建构,在流体力学和动力学理论基础上,利用I-DEAS、ANSYSY软件对该液力偶合器叶轮进行了三维有限元分析计算,最后得到叶轮的应力和位移分布情况,对分析结果评估和验证,对工厂设计人员提供设计的指导意见,向工厂提供有限元分析报告等书面材料。经过分析得出如下结论:1)通过有限元分析,叶轮在高转速情况下,金属材料在高速转动时产生的离心力是引起应力变化的主要原因。2)泵轮上应力最大发生在叶片上,这是因为壳体在离心力作用下产生变形将叶片拉伸造成的,在设计时,可以适当增大叶片与壳体内壁连接处的圆角过渡。3)叶片边缘应力比较大,最大值146.3MPa,发生在叶片与内壁相接外轮缘处,叶片材料为ZL114A,材料屈服极限为310MPa,最大应力值低于屈服极限,安全系数为2.0,泵轮结构有一定的强度储备,故泵轮不致失效,可以安全工作。通过本文的研究,对市场上存在的液力偶合器叶轮破裂的现象普遍认识有了相当大的改观,在提高叶轮铸造工艺的同时,更要提高传动轴的铸造,加工各个环节的质量控制,同时要重视传动轴的轴承的质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第一章 液力偶合器简介
• 1.1 液力偶合器简介及工作原理
• 1.2 液力偶合器的类型与应用领域
• 1.2.1 液力偶合器的类型
• 1.2.2 液力偶合器的应用领域
• 1.2.3 液力偶合器的节能原理
• 1.3 液力偶合器国内外研究现状
• 1.3.1 液力偶合器国内应用和研究现状
• 1.3.2 液力偶合器国外应用和研究现状
• 1.4 本文研究的内容、背景和意义
• 1.4.1 本论文的内容
• 1.4.2 本论文背景与意义
• 本章小结
• 第二章 调速型液力偶合器叶轮的生产
• 2.1 叶轮的成型工艺
• 2.2 叶轮的铸造工艺
• 2.2.1 叶轮的铸造工艺要求
• 2.2.2 叶轮材质的选择
• 2.2.3 叶轮铸造方法
• 2.2.4 叶轮的缺陷检验与修补
• 2.3 调速型液力偶合器试验
• 2.3.1 试验目的与分类
• 2.3.2 调速型偶合器出厂试验
• 2.3.3 调速型液力偶合器型式试验
• 2.3.4 调速型液力偶合器专项试验
• 本章小结
• 第三章 调速型液力偶合器的理论计算
• 3.1 调速型液力偶合器叶轮理论设计与计算
• 3.1.1 设计的原始参数及其分析
• 3.1.2 流道几何参数对液力偶合器的影响
• 3.1.3 变几何流道的特性计算
• 3.1.4 偶合器流道的相似计算
• 3.2 调速型液力偶合器综合理论计算
• 3.2.1 叶轮液力扭矩方程
• 3.2.2 YOCQ550 具体计算
• 本章小结
• 第四章 调速型液力偶合器叶轮的有限元分析
• 4.1 计算机辅助工程软件及有限元理论简介
• 4.1.1 建模软件及有限元分析软件介绍
• 4.1.2 有限元理论简介
• 4.2 调速型液力偶合器的有限元分析
• 4.2.1 三维模型建立过程
• 4.2.2 网格划分和约束条件添加
• 4.2.3 有限元分析结果
• 4.3 分析结果
• 本章小结
• 第五章 叶轮的优化
• 5.1 调速型液力偶合器叶轮叶片数量优化设计
• 5.2 调速型液力偶合器材料优化
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 优化分析云图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢