
目前,汽车发动机广泛采用离心式水泵作为其冷却系统强制循环的主要部件,它的最基本结构是由水泵壳体、连接盘或皮带轮、水泵轴及轴承、水泵的叶轮和水封系统等结构组成。汽车水泵有别于其他类型的离心泵,一般转速比较高,运行工况变化大,冷却液温度高(90℃左右,极限情况下超过110℃ )。离心泵应用于汽车冷却系统的早期阶段,使用者最为关心水泵的基本性能:效率、吸入特性、单调的H-Q曲线等。然而随着汽车的不断向前发展,同时也是对现代水泵提出了更高的性能要求,需要对其进行详细的强度分析。
目前,国外对汽车水泵的生产加工、试验、机理以及故障原因等方面的研究等达到了较高的水平,特别是近些年来在叶轮外力特性、水力设计、汽蚀机理以及水泵的振动特性方面的研究取得较大的进展。国内在水泵方面的研究,以CAD为主的新技术得到了广泛的应用:泵的模具、叶片和重要零件开始用数控机床加工,泵水力设计与绘软件逐渐推广,大量采用CFD软件计算泵内流场等。但是在水泵的机理探索、装配加工、实验设备以及减振降噪方面与国外先进水平有着较大的差距。当前国内的生产汽车水泵的厂商大多为大型汽车企业的零部件提供商,对于汽车水泵的研究主要是水力设计方面,但是随着汽车行业的发展,发动机性能的逐渐提高,对于汽车水泵的稳定性、可靠性的要求更高。本研究通过有限元分析软件研究了汽车水泵叶轮的装配应力,以及在过盈配合、离心力和表面压力共同作用下的应力分布,为汽车水泵叶轮结构的优化设计和可靠运行提供了依据。
由于汽车水泵叶轮的结构比较复杂,叶片、轮盖、轮盘有较多的复杂曲面,所以采用建模能力较强的三维软件CATIA来建立叶轮的实体模型,然后将几何模型导入到ANSYS中,进行相应的网格划分操作。
有限元法(FEM)是处理连续力学和物理问题的一种普遍方法。有限元法以其计算精度高、解决方法过程一般都简单、解决问题广泛、计算成本相对较低等特点,能够为工程实际中的许多问题提供准确的计算分析结果,成为在工程中有效的计算分析方法。
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