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基于FEA的缓速器叶片强度分析

发布于:2016-03-25 18:40
强度分析

      液力缓速器作为一种安全可靠的高速辅助制动装置而被广泛应用。液力缓速器是以液体为介质的液力传动机械,它依靠工作轮内液流的作用将设备的机械能转换成液体的热能,再通过冷却器散热的方式实现设备制动。在长坡道下行时,它能够准确而可靠地连续提供控制下行速度的阻力,保证行车安全,在平路制动时,它能够平稳地、无磨损地提供车辆所需约10%的制动力,最后靠摩擦制动使车辆驻车。在整个制动过程中速度均匀变化,不会出现冲击现象,同时由于车辆的平稳制动,减少对地面的损伤,因而可减少路面维修工作量。
      液力缓速器结构如图所示。当液力缓速器高速制动时,转子(泵轮)叶片随传动主轴高速旋转并带动工作腔内的工作油液对固定于箱体的定子(涡轮)叶片产生表面冲击,如果作用于工作轮的液压载荷超出工作轮叶片所选用材料的强度极限,液力缓速器高速制动时容易导致叶片断裂,存在安全隐患,所以对叶片进行强度分析是液力缓速器选材制造的前提。同时,油液在工作腔流道中的流动是粘性、不可压缩的三维不稳定的复杂流动,其内部能量转换和工作油的流动状态极其复杂,流动规律难以准确侧量,而且还承受来自于路面激励、发动机以及传动系统的高频振动,所以有必要对液力缓速器进行模态分析,求得各阶振型的固有频率,使液力缓速器工作时避免共振。单一减速制动型车用液力缓速器制动力矩和制动功率的计算公式如下:由上述两式可知,液力缓速器的制动力矩和制动功率分别与转子转速的平方成正比,与循环通道圆有效直径的五次方成正比,如果将液力缓速器安装在车辆传动链的高速环节上,就可以用较小的结构尺寸实现理想的制动效能。
      以某型液力缓速器为研究对象,基于平台建立液力缓速器三维几何模型,动轮叶片数为2Q,定轮叶片数为24,叶片倾角均为40°,动轮叶片有直叶片和曲面叶片两种形式,定轮叶片均为直叶片,其中间隔均匀分布的四个叶片上有便于安装传感器的突起,如图所示。根据液力缓速器的三维模型抽取全充液时的流道模型。动轮和定轮的接触面必须在同一个平面上,以保证工作介质在流道中的连续性。将流道模型导人专业流体网格划分软件、采用映射法对流道模型进行网格划分、映射法生成网格的优点:计算效率高,网格分布均匀,排列整齐,便于直接生成高质量、高精度的六面体单元。由于液力缓速器内部油液流动紊乱复杂,在将流道网格导人到CFD软件Fluent中进行数值模拟时,选用计算精度高、稳定性好、收敛速度快的标准湍流模型模拟内流场。


                                                                                  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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