大功率液力变矩器叶轮强度有限元分析
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液力变矩器叶轮不同铸造成型工艺充型过程对比研究闫秋实【摘要】铸造工艺的特点是高温、密闭,铸造过程难以实时观察,传统的工艺设计是建立在“试错”基础上,很难体现出科学性.本文以液力变矩器导轮为例,采用数值模拟的方法对导轮重力铸造、离心铸造过程进行仿真,实时观察、分析了两种不同铸造成型工艺熔融金属液进入铸型型腔后速度场分布,并对铸造结果和缺陷进行预测.【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P61-62)【关键词】导轮;铸造成型;数值模拟【作者】闫秋实【作者单位】北华大学汽车与建筑工程学院,吉林吉林132013【正文语种】中文【中图分类】TH137.332液力变矩器工作叶轮的制造精度直接影响其传动性能,其成型方法主要有焊接成型和铸造成型两种[1,2]。
铸造成型是将熔融金属液注入变矩器叶轮铸型型腔、冷却整体成型的工艺。
铸造型液力变矩器叶轮结构连续性好,能够有效减小其内部工作介质流动恶化,增大变矩系数、拓宽高效范围、提高传动效率。
特别是对于空间扭曲、不等厚的流线型叶片,其它成型工艺很难实现,只能通过整体铸造成型。
本文以液力变矩器导轮为例,研究重力铸造、离心铸造过程中,熔融金属液在铸型腔内速度场分布,并依据金属液充型状态和特点,对导轮铸件成型质量进行分析预测。
随着液力变矩器的应用领域不断扩展,对其叶轮铸造的精密性、质量与可靠性等要求也越来越高,因此有必要采用数值分析方法对变矩器铸造工艺过程进行系统、深入研究,以优化铸造工艺,提高变矩器叶轮铸件质量[3]。
本文以循环圆直径D=345mm某型液力变矩器导轮(铸铝件,铸造材料为ZL104)为研究对象,依据导轮铸件实际尺寸,如表1所示,利用三维造型软件UG构建其三维结构模型,应用Hypermesh划分网格模型,如图1所示。
导轮铸件材料为ZL104。
分析其结构特点可知,液力变矩器导轮由内环、外环和若干不等厚叶片构成,空间结构相对复杂,不同曲面结构交连,叶片厚度变化大,铸造难度较大。
液力变矩器叶片强度的分析研究作者:陶焜,王颖来源:《科技创新与生产力》 2014年第11期陶焜1,2,王颖1,2(1.太原重工矫直机研究所,山西太原030024;2.太原华煤工程设计有限公司,山西太原030024)摘要:为了研究液力变矩器叶片的强度,笔者抽取了某型液力变矩器全流道模型和叶片模型,利用ANSYS13.0软件对全流道模型进行仿真计算,把仿真得到的叶片压力加载到叶片模型上,通过流固耦合技术分析叶片上的应力分布和变形量,很好地解释了叶片失效的原因,为叶片的改型设计提供参考。
关键词:液力变矩器;内流场仿真;压力分布;流固耦合中图分类号:TH137文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1674-9146.2014.11.078收稿日期:2014-07-18;修回日期:2014-10-18作者简介:陶焜(1983-),男,江西九江人,助理工程师,主要从事矫正机研究,E-mail:410409689@。
近年来,许多现代化的设计方法、计算手段及制造设备都被应用到了液力变矩器的研究领域。
工作轮是液力变矩器中传递和变换能量的主要零件,其质量直接影响变矩器的工作性能和可靠性。
叶片是工作轮的重要组成部分,由于液力变矩器的结构形式及应用场合不同,对其进行具体分析对叶片的设计很有必要。
1液力变矩器叶片流固分析ANSYSWorkbench是ANSYS开发的协同仿真平台。
ANSYS仿真协同环境的目标是,通过对产品研发流程中仿真环境的开发与实施,搭建一个具有自主知识产权、集成多学科异构CAE技术的仿真系统。
以产品数据管理PDM为核心,组建一个基于网络的产品研制虚拟仿真团队,基于产品数字虚拟样机,实现产品研制的并行仿真和异地仿真。
所有与仿真工作相关的人、技术、数据在这个统一环境中协同工作,各类数据之间的交流、通信和共享皆可在这个环境中完成。
文中利用ANSYS13.0中的Workbench平台进行变矩器叶片的流固耦合计算,以求正确计算叶片变形和等效应力,找到叶片在工作时的薄弱处,指导叶片的改型设计,避免由于叶片的变形导致变矩器工作效率下降,甚至发生故障。
资料范本本资料为word版本,可以直接编辑和打印,感谢您的下载叶轮有限元分析地点:__________________时间:__________________说明:本资料适用于约定双方经过谈判,协商而共同承认,共同遵守的责任与义务,仅供参考,文档可直接下载或修改,不需要的部分可直接删除,使用时请详细阅读内容有限元法分析与建模课程设计报告报告题目:基于ANSYS Workbench的叶轮结构强度和振动模态分析学院:机械电子工程学院指导教师:学生及学号:摘要涡轮增压器是一种高速回转的叶片机械,一旦出现故障,特别是运动部分发生故障,将导致整个增压器在极短时间内损坏。
随着涡轮增压器压比及转速的不断提高,增压器转子叶轮部分的结构可靠性分析变得愈为重要。
对某型号增压器叶轮系统使用Catia建立简化的模型,并使用ANSYS Workbench有限元分析软件对叶轮系统进行静强度分析,得到最大应力与转速的曲线。
以及对叶轮预应力振动模态分析,得到叶轮的自振频率和振型。
为涡轮增压器叶轮系统的优化设计和动力学分析提供依据。
关键词:涡轮增压器叶轮有限元法静强度分析模态分析ABSTRACTThe turbocharger is a high-speed rotating blade mechanic, once a failure, especially moving parts failure will cause the entire turbocharger damage in a very short time. With the continuous improvement of the turbocharger pressure ratio and rotational speed, turbocharger impeller rotor structure reliability analysis become more important. The use of a certain type of turbocharger impeller system by Catia establish a simplified model, and the use of finite element analysis software ANSYS Workbench analysis the impeller system static strength , get a correlative curve with maximum stress and speed. And the impeller prestressed Modal analysis, get the impeller natural frequencies and mode shapes. Provide the basis foroptimizing the design and dynamics analysis turbocharger impeller system.Keywords:Turbocharger, Impeller, FEM, Static strengthanalysis,Modal analysis目录TOC \o "1-3" \h \u HYPERLINK \l _Toc12137 第1章引言PAGEREF _Toc12137 1HYPERLINK \l _Toc23436 1.1 有限元法及其优越性 PAGEREF_Toc23436 1HYPERLINK \l _Toc15599 1.2 ANSYS Workbench及其优点 PAGEREF _Toc15599 1HYPERLINK \l _Toc6672 1.3 问题的工程背景 PAGEREF _Toc66721HYPERLINK \l _Toc9922 第2章叶轮强度计算 PAGEREF_Toc9922 2HYPERLINK \l _Toc23709 2.1 静强度分析 PAGEREF _Toc23709 2HYPERLINK \l _Toc3748 2.2 静强度分析步骤 PAGEREF _Toc37482HYPERLINK \l _Toc1916 2.3 材料特性定义 PAGEREF _Toc19164HYPERLINK \l _Toc4894 2.4 网格划分 PAGEREF _Toc4894 5HYPERLINK \l _Toc25828 2.5 载荷和约束施加 PAGEREF_Toc25828 8HYPERLINK \l _Toc4630 2.6 计算结果及分析 PAGEREF _Toc46309HYPERLINK \l _Toc23426 2.6.1 叶轮应力分析 PAGEREF_Toc23426 9HYPERLINK \l _Toc16992 2.6.2 叶轮应变与变形 PAGEREF_Toc16992 14HYPERLINK \l _Toc16853 第3章叶轮振动模态计算 PAGEREF_Toc16853 16HYPERLINK \l _Toc28410 3.1 叶轮的振动与模态 PAGEREF_Toc28410 16HYPERLINK \l _Toc19949 3.2 带预应力模态分析步骤 PAGEREF _Toc19949 16HYPERLINK \l _Toc804 3.3 计算结果与分析 PAGEREF _Toc80418HYPERLINK \l _Toc7609 第4章总结 PAGEREF _Toc7609 20 HYPERLINK \l _Toc19959 参考文献 PAGEREF _Toc19959 21第1章引言1.1 有限元法及其优越性有限元法将连续的求解域离散为一组单元的组合体,用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数,近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。
车用液力缓速器关键部件设计与有限元分析王奎洋,陈炯,唐金花(江苏理工学院汽车与交通工程学院,江苏常州213001)摘要:基于液力缓速器样机与选配车型,利用相似设计法对液力缓速器关键部件进行参数设计,包括动轮、定轮的循环圆内径、外径、叶片数、叶片厚度及叶片倾角等;运用CATIA 软件对液力缓速器关键部件进行三维建模与虚拟装配,并运用ANSYS 软件对叶片进行强度分析和模态分析。
结果表明:所设计的叶片能满足强度要求和避免共振,所设计的液力缓速器满足匹配车辆性能与安装要求,为液力缓速器的相关设计研究提供了参考依据。
关键词:液力缓速器;参数设计;应力分析;模态分析中图分类号:U463.212;TG115.22+2;TB301;O241.82文献标志码:A文章编号:1674-5124(2014)06-0141-04Design and finite element analysis of automotive hydraulic retarder ’s key componentsWANG Kui-yang ,CHEN Jiong ,TANG Jin-hua(School of Automobile and Traffic Engineering ,Jiangsu University of Technology ,Changzhou 213001,China )Abstract:The parameters of hydraulic retarder ’s key components ,including the inner diameter andouter diameter of driving wheel and fixed wheel ,the number of blades ,the thickness of blade ,the angle of blade and so on ,were designed based on the prototype of hydraulic retarder and matching vehicle ,using the design method on similarity theory.3D modeling and virtual assembly of hydraulic retarder ’s key components were done with CATIA software ,and the stress analysis andmode analysis of hydraulic retarder ’s blade were carried out based on ANSYS software.The results show that the hydraulic retarder ’s blade designed can meet the requirements of strength and avoid resonance.The hydraulic retarder designed can meet the requirements on performance and installation of the matching vehicle ,which may provide reference for related design research of hydraulic retarder.Keywords:hydraulic retarder ;parameter design ;stress analysis ;modal analysis收稿日期:2014-04-02;收到修改稿日期:2014-05-21基金项目:江苏省汽车工程重点实验室开放基金项目(QC201207)作者简介:王奎洋(1979-),男,江苏滨海县人,讲师,硕士,研究方向为车辆电子控制技术。
液力变矩器研究现状及发展趋势一.液力变矩器简介液力变矩器以液体为工作介质的一种非刚性扭矩变换器,是液力传动的形式之一。
液力变矩器,它有一个密闭工作腔,液体在腔内循环流动,其中泵轮、涡轮和导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相连。
动力机(内燃机、电动机等)带动输入轴旋转时,液体从离心式泵轮流出,顺次经过涡轮、导轮再返回泵轮,周而复始地循环流动。
泵轮将输入轴的机械能传递给液体。
高速液体推动涡轮旋转,将能量传给输出轴。
液力变矩器靠液体与叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。
液力变矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的导轮。
导轮对液体的导流作用使液力变矩器的输出扭矩可高于或低于输入扭矩,因而称为变矩器。
输出扭矩与输入扭矩的比值称变矩系数,输出转速为零时的零速变矩系数通常约2~6。
变矩系数随输出转速的上升而下降。
液力变矩器的输入轴与输出轴间靠液体联系,工作构件间没有刚性联接。
液力变矩器的特点是:能消除冲击和振动,过载保护性能和起动性能好;输出轴的转速可大于或小于输入轴的转速,两轴的转速差随传递扭矩的大小而不同;有良好的自动变速性能,载荷增大时输出转速自动下降,反之自动上升;保证动力机有稳定的工作区,载荷的瞬态变化基本不会反映到动力机上。
液力变矩器在额定工况附近效率较高,最高效率为85%~92%。
叶轮是液力变矩器的核心。
它的型式和布置位置以及叶片的形状,对变矩器的性能有决定作用。
有的液力变矩器有两个以上的涡轮、导轮或泵轮,借以获得不同的性能。
最常见的是正转(输出轴和输入轴转向一致)、单级(只有一个涡轮)液力变矩器。
兼有变矩器和耦合器性能特点的称为综合式液力变矩器,例如导轮可以固定、也可以随泵轮一起转动的液力变矩器。
为使液力变矩器正常工作,避免产生气蚀和保证散热,需要有一定供油压力的辅助供油系统和冷却系统二.液力变矩器的研究进展液力变矩器的设计主要是指变矩器的循环圆设计、叶片设计、特性计算、整体结构设计以及一些关键零部件的设计,由于叶片参数直接影响到变矩器的性能,因而是液力变矩器的设计的关键是叶片设计。
叶轮有限元分析有限元法分析与建模课程设计报告报告题目:基于ANSYS Workbench的叶轮结构强度和振动模态分析学院:机械电子工程学院指导教师:学生及学号:摘要涡轮增压器是一种高速回转的叶片机械,一旦出现故障,特别是运动部分发生故障,将导致整个增压器在极短时间内损坏。
随着涡轮增压器压比及转速的不断提高,增压器转子叶轮部分的结构可靠性分析变得愈为重要。
对某型号增压器叶轮系统使用Catia建立简化的模型,并使用ANSYS Workbench有限元分析软件对叶轮系统进行静强度分析,得到最大应力与转速的曲线。
以及对叶轮预应力振动模态分析,得到叶轮的自振频率和振型。
为涡轮增压器叶轮系统的优化设计和动力学分析提供依据。
关键词:涡轮增压器叶轮有限元法静强度分析模态分析ABSTRACTThe turbocharger is a high-speed rotating blade mechanic, once a failure, especially moving parts failure will cause the entire turbocharger damage in a very short time. With the continuous improvement of the turbocharger pressure ratio and rotational speed, turbocharger impeller rotor structure reliability analysis become more important. The use of a certain type of turbocharger impeller system by Catia establish a simplified model, and the use of finite element analysis software ANSYS Workbench analysis the impeller system static strength , get a correlative curve with maximum stress and speed. And the impeller prestressed Modal analysis, get the impeller natural frequencies and mode shapes. Provide the basis for optimizing the design and dynamics analysis turbocharger impeller system.Keywords:Turbocharger, Impeller, FEM, Static strength analysis,Modal analysis目录第1章引言 01.1 有限元法及其优越性 01.2 ANSYS Workbench及其优点 01.3 问题的工程背景 0第2章叶轮强度计算 (1)2.1 静强度分析 (1)2.2 静强度分析步骤 (1)2.3 材料特性定义 (3)2.4 网格划分 (4)2.5 载荷和约束施加 (6)2.6 计算结果及分析 (8)2.6.1 叶轮应力分析 (8)2.6.2 叶轮应变与变形 (12)第3章叶轮振动模态计算 (14)3.1 叶轮的振动与模态 (14)3.2 带预应力模态分析步骤 (15)3.3 计算结果与分析 (16)第4章总结 (18)参考文献 (19)第1章引言1.1 有限元法及其优越性有限元法将连续的求解域离散为一组单元的组合体,用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数,近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。
液力变矩器的设计方法根据原始资料、设计要求和达到目标的不同,设计方法可分为三种。
1.相似设计法2.经验设计法3.理论设计法液力变矩器设计主要只变矩器循环圆设计、叶片设计以及一些关键部件的设计。
(1)传统设计方法主要步骤● 1.循环圆设计● 2.叶片角度设计● 3.叶型设计● 4.改进设计(2)理论设计方法类型分为两大类型:相对参数法;优化设计法(3)液力变矩器的优化设计● 目标函数与设计变量1.计算工况*i 对应的效率*y η 2.高效区宽度p d3.高效区内效率曲线iy η与高效效率py η包围的面积S4.计算工况*i 对应的能容系数*BY λ5.起动变矩系数oy k以上五种均为单目标函数。
● 约束条件目标函数取决于变量设计,但实际问题中,变量的取值范围是有限制的,这就是约束条件。
在这里有显约束与隐约束两种。
1、显约束显约束是对设计变量的直接限制1)叶片角n β2)导轮出口相对半径DZ r3)涡轮出口相对半径TZ r2、隐约束隐约束是对设计变量的间接限制1)oy k2)*BY λ3)*ByT4)* i综上可见,正确的约束不仅可以对多目标函数优化中的次要目标函数,给予其适当的最优化值估计,将其转化为约束处理,从而将多目标函数优化,变为单目标函数处理,得出整个设计可以接受的相对最优解;而且由约束条件规定的可行域,大大缩小了对变量盲目搜索的范围,一最快的运算速度获得最优解。
液力变矩器参数对性能的影响1 内部参数*q对性能的影响2 几何参数对性能的影响几何尺寸在这里指各工作轮进、出口半径、相对面积s和循环圆形状、进、出口半径对转矩、流量和流速的影响,从相应的公式均有直接反应。
涡轮进、出口半径位置变化,对流量特性有重大影响。
泵轮的出口半径应尽可能大,进口半径应尽可能小,这样不仅使工作轮获得较大的转矩,还可以提高泵轮的工作能力,减小泵轮进口处的相对速度,降低叶道扩散度,提高泵轮效率。
3 叶片角对性能的影响这里指各工作轮最佳的进出口参数1、导轮出口角2Dβ图1 性能参数随2Dβ变化关系2、泵轮出口角表1向心涡轮液力变矩器参数对性能的影响和选择范围表1 向心涡轮液力变矩器参数对性能的影响和选择范围循环圆设计1、液力变矩器循环圆定义过液力变短器轴心线作截面,在截面上与液体相接的界线形成的形状,称为循环圆。
基于ABAQUS离心叶轮应力的有限元分析徐诗辉,彭友余,田小燕,买靖东,匡晋安【摘要】通过对叶轮自然频率的提取可以得到结构的基本周期。
将叶轮载荷的施加周期与基本周期作出对比,可确定叶轮的分析类型为瞬态动力响应或稳态静力分析。
作为叶轮的稳态静力分析,需要考虑三个问题:起始阶段旋转加速度引起的应力;起始阶段之后恒定旋转速度引起的向心力;上述两项引起应力效应的叠加。
通过这些分析能为叶轮选择材料与减重。
【期刊名称】汽车实用技术【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4【关键词】叶轮;基本周期;稳态静力;应力叠加CLC NO.:TH452 Documentcode:A ArticleID:1671-7988(2014)04-19-1、转子动力学概述带有旋转部件的结构,它们的动力学行为分析需要一种特殊的模型,此模型包括旋转部件、静子部件和不同的连接部件。
转子动力学的基本假设[1]有两条:一是假设转子与静子是线弹性的;二是假设有足够的能量区获得需要的旋转速度。
转子动力学问题的基本方程如下:时域系统方程:式中:M-质量矩阵;B(t)-广义阻尼矩阵;K(t)-广义刚度矩阵;f(q,t)-非线性力矢量;g(t)-载荷向量;H-迟滞阻尼矩阵。
为了评估系统的整体力学性能,在对系统的主频域系统方程:要方程进行表述后可以对其进行各种类型的分析,这些分析类型主要如下:● 转子系统的临界转速分析。
● 线性频率(谐波)响应分析:载荷可以是同步的不平衡量及非同步的载荷(如重力、旋转流体力和压力等)。
● 非线性频率(谐波)响应分析:考虑非线性支承、轴承间隙等非线性因素。
●非线性瞬态响应分析:考虑加速与减速过程、叶片断裂瞬态冲击力和非线性影响因素,如气隙力、挤压油膜、液压轴承、摩擦力。
2、离心叶轮应力分析问题叶轮在整个转子系统中属于集中质量的部分,其对整个转子系统的临界转速等影响。
其本身的应力分析对材料的选取与结构优化也是很有必要的。
液力变矩器叶片参数的正交试验优化设计
罗虹;李英强;李兴泉;王腾腾;孙新龙
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2012(033)007
【摘要】在计算流体动力学中,采用正交试验方法对液力变矩器的叶片参数进行优化.研究了优化变量的选择方法.根据一维设计理论并结合计算流场的分布特征,选取对变矩器性能影响显著的叶片参数作为优化变量.采用正交试验方法分别以起动变矩比、最高效率为单目标进行优化,得到最优目标值.在此基础上构建综合目标函数进行优化.对某变矩器优化后起动变矩比和最高效率分别提升了1.5%、7.3%,表明该方法效果较好,具有工程实用价值.
【总页数】6页(P782-787)
【作者】罗虹;李英强;李兴泉;王腾腾;孙新龙
【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.332
【相关文献】
1.基于Bezier和正交试验的涡轮叶片参数优化设计 [J], 李增亮;徐朝政;康前前;张乐;孙召成
2.基于反求技术下的液力变矩器泵轮叶片参数的研究 [J], 刘海林;尹道俊
3.液力变矩器导轮叶片造型及优化设计 [J], 刘城;闫清东;魏巍
4.基于响应面的液力变矩器叶片优化设计 [J], 李兴泉;邓兆祥;章竟成;李英强;王腾腾
5.液力变矩器基本参数的优化设计 [J], 饶鸿材;陶曾鲁
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