YOTCHP465调速型液力偶合器叶轮强度的有限元分析

　　调速型液力偶合器是靠偶合器泵论、涡轮组成的工作腔内的液体来传递动力,通过调节工作腔内的充液量来改变输出转速的一种无级调速装置.因其具有如下特点:①能使电机空载起动,而对载荷却可满载、平稳地起动和加速,降低起动电流的持续时间和减小起动电流的平均值,减少起动时对电网的冲击;②可以提高电机的起动能力,克服异步电机起动力矩低的缺点,利用电机的尖峰力矩去起动载荷,减少电机因起动而增加的功率裕度;③减缓冲击、隔离扭振,从而保护设备,延长使用寿命;④可实现远距离的自动控制,提高了系统的自动化程度等优良的传动品质,而被广泛应用于农业、水泥、化工、矿业采石业、纸浆造纸、能源生产、造船、运输、钢铁、废物处理、木材等行业[1-2].

　　液力偶合器的叶轮是传递动力的关键元件,一旦发生叶轮叶片碎裂,将直接导致轴承损坏,从而导致整机失效[3].YOTCHP465调速型偶合器叶轮是一种新型产品,传递功率和转数都比较大,为保证它们设计的科学性、合理性,本文在流体力学和动力学理论基础上,利用I-DEAS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,在满足强度要求的前提下为液力偶合器的设计、制造提供了可靠的依据.

　　1 调速型液力偶合器的特性

　　液体在偶合器腔内流动,为封闭管路的流动,具有流动的连续性,遵守液体在封闭管路中流动的能量守恒定律:

　　即柏努利方程.

　　式中,Z_A,Z_B表示各端面处单位重量液体的位能;P_A/C,P_B/C表示各端面处单位重量液体的压能;vA²/2g,vB²/2g表示各端面处单位重量液体的动能;Σ_H表示单位重量液体由A断面流至B断面时的能量总损失.

　　由于偶合器为叶片式水利机械,它又遵守能量守恒定律在叶片式水利机械上应用的欧拉方程,有下列假设:①在工作轮中的液流是无限多单元液流组合而成的;②工作轮内的叶片数目为无限多,叶片的厚度为无限薄;③流体流过工作轮时,叶流与叶片间的相互作用,可以用具有平均值的中间流线的流动状况来代表;④任一工作轮的入口处的液体流动状况,完全取决于前一工作轮的出口处的流动状况;⑤工作轮入口处的液体流动状况的变化,不影响工作轮出口处的流动状况.

　　由以上流体动力理论,得出偶合器的特性是:①泵轮力矩恒等于涡轮力矩即M_B=M_T;②力矩M_B=MT=KCD⁵n²B,K为力矩系数,K=k(1-i²)^-/2是传动比i=n_T/n_B的函数;C为传动液体的重度;D为偶合器的循环圆的有效直径;n_B为泵轮转速;n_T为涡轮转速;③力矩随偶合器工作腔内充油量的减少而降低.