YOXD650型液力耦合器叶片的强度分析

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随着传统能源的日益枯竭，液力耦合器作为国家大力推广的节能产品，其在刮板输送机上得到了广泛的应用。由于煤矿井下环境特殊，用水作为介质代替传统的矿物油，必将在煤机领域有很广的市场前 。

水介质限矩型液力耦合器主要依靠泵轮和涡轮在旋转时带动水旋转，进而传递动力，因此它能够安全可靠的运行主要依赖于泵轮和涡轮结构的合理l生，而其结构的合理性主要表现为其抵抗振动和强度的能力 。作为液力耦合器传递动力的关键元件，涡轮和泵轮担任着液体动能与机械能转换的重要角色。对涡轮和泵轮的应力状态分析是设计叶轮过程中必不可少的环节，因此叶片的应力计算准确与否对叶轮的应力分析有十分重要的影响 。

1 叶片的网格划分有限元模型包括节点、单元、材料属性、约束和载荷，其中网格划分是比较重要的环节之-，它决定着求解结果的精确性。在有限元程序中，有限元的网格是由程序 自动完成的。ANSYS软件对网格的划分有两种：1)自由划分网格 (FreeMeshing)自由网格划分法对于单元形状无限制，内部节点位置比较随意。其在体上可自动生成四面体网格。因为涡轮和泵轮模型均不规则，故在此选用自由网格划分法。

2)映射网格划分 (MappedMeshing)。映射网格划分法生成的单元形状比较规则，它必须包含六面体、五面体或四面体单元，在相对的面和边上所定义的单元划分数必须相等。该方法对于复杂边界模拟能力较自由划分网格差，如果要采用循环对称法计算，则采用六面体单元，必须采用映射分网。

由于耦合器涡轮和泵轮叶片的形状均比较简单，因此可以对叶片进行映射网格划分，在有限元分析软件ANSYS的前处理拈中，直接读人叶片实体。由于叶片与叶轮内缘相连接处容易发生断裂，因此对叶片进行网格划分时，也用六面体实体单元划分，这样可以保证计算结果的可靠性，选用8节点SOLD45号实体单元对叶片进行网格划分，形成叶片的有限元模型，从List下查看到涡轮叶片模型共有单元8963个，节点37 060个；泵轮叶片模型共有单元8 963个，节点37 060个，划分好网格的叶片模型如图1所示。

(a)涡轮叶片(b1泵轮叶片图 1 叶片的有限元模型2 施加载荷与求解2.1 载荷类型1)自由度约束(DOF constraint)--将给定某-面来限制其相对运动。如结构分析中约束被指定位移和对称边界条件。

2)表面载荷(Surface loads)--作用在物体表面的分布载荷 ♂构分析中为压力。

3)力(Force)--为施加于模型节点或关键点的集中载荷。在结构分析中被指定为力和力矩。

4)惯性载荷 (Inertia loads1--物体惯性引起的载荷♂构分析中为重力加速度、角速度和角加速度等。

5)体积载荷(Body l0ads)--为体载荷或场载荷，结构分析中为温度。

6)耦合场载荷(coupled-Field loads)--指从-种分析得到的结果用作另-种分析的载荷。

2.2 施加载荷的方式载荷可以施加到几何实体模型或者有限元模型上，其优缺点如表l所示。

对于上述两种加载方式，考虑到叶片模型简单，本文采用的是将载荷施加在液力耦合器叶片的有限元模收稿日期：2012-09-03作者简介：李坤哲(1982-)，男，河北保定人，助理工程师，专科，从事煤矿机电相关的工作。E-mail：308769214###qq.corn· 44 ·