液力偶合器作为一种液力传动元件，具有带载起动、隔离扭振、降低噪声等功能，广泛应用于冶金、矿山、发电、水泥、船舶等行业。液力偶合器的叶轮包括泵轮、涡轮、转动外壳，材料主要选用铸钢、铸造铝合金、钢材焊接件或整体锻钢等，传统的通过限制工作轮最大线速度来保证其强度及可靠性的方法已不能适应产品的大功率化发展需要，运用二维有限元计算法、三维有限元计算法进行偶合器工作轮的强度分析，由于过度简化载荷、只分析零件的一部分等，使计算结果的精确度受到影响。本研究应用三维软件对偶合器叶轮进行三维造型，对叶轮内液流按二元匀速流的流动模型进行解析计算，获得液流对叶轮的作用力后用有限元分析软件进行加载及强度分析，得到的结果与试验结果相对比，证明了载荷模型与有限元分析方法在实际应用中的可行性，为液力偶合器的设计、制造和结构优化提供了可行的分析方法。
      液力偶合器在额定工况下，所受的载荷是稳定的，可按静载荷考虑。叶轮受力主要由4部分组成：a.在高速旋转中叶轮自身质量构成的离心力。b.工作液体作用在叶轮内壁上的液体压力，由液体随叶轮旋转和在叶轮型腔内循环流动2种运动合成。C.工作液体作用在叶片上的圆周力。d.轴对叶轮的作用力。其中a部分对叶轮强度的影响最大，虽然零件形状复杂，但可以通过软件精确加载，d部分是对a、b、c部分合力的支反力，可以在软件静力分析过程中作为支承处理，b部分和c部分均为液流对叶轮的作用力，需要在建立叶轮液流模型的基础上进行解析计算获得。
      在液力偶合器叶轮中，液体的流态实质上是复杂的空间三元流动，为便于分析研究，通常将其简化如下：a.在泵轮一涡轮之间形成的型腔内为二元流动，既随叶轮做等速旋转，又沿着叶轮型腔内平均流线作匀速流动，b.在涡轮转动外壳之间的空腔内为一元流动，随叶轮做等速旋转，由于涡轮和转动外壳的转速不同，其流动为层流。工作液体随叶轮旋转产生的对叶轮的面载荷为为叶轮旋转角速度，P为已知点的油压，r为已知点的旋转半径，r为该计算点的旋转半径。工作液体在泵轮一涡轮型腔内循环流动产生的对叶轮的面载荷为，式中r为型腔曲率半径，工作液体在型腔内循环流动的流量，R为流道有效半径，R为最小油平面半径。由于工作液体在型腔内的流动是上述2种运动的合成，所以其对叶轮壳壁的合成作用力为：根据液流在偶合器型腔内匀速流动的假定，给出以下公式，传递的转矩，叶轮叶片数，R为叶片面心所处的回转半径，A为叶片面积，a为叶片倾角。叶片载荷系数P、用于修正假定工况与实际工况之间的差异，包括两个方面：一是实际工况下载荷的作用面积比叶片面积小，类似于一个圆环形，二是实际工况下，液流在循环流动过程中对叶片的作用力是变化的，即在泵轮中流动时作用力逐渐从最小增加到最大，在涡轮中流动时作用力逐渐从最大减少到最小。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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