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近年来，液力耦合器广泛应用于冶金、矿山、发电、水泥、化工、纺织、船舶等行业，取得了显著的经济效益，并有大型化的趋势。我们最近设计的某液力耦合器传递的功率为5702kW，转速为1084r/min，其外缘的线速度高达81.73m/s，工作轮承受很大的离心力和油压力，因此强度问题是大功率高转速液力耦合器的关键问题。
以前受到软硬件条件的限制，对耦合器叶轮的强度有限元分析长期停留在二维有限元的层次上，三维分析仅尝试过四分之一轮，边界条件设置困难，分析结果的准确性不高。本文在流体力学和动力学理论基础上，对液力耦合器叶轮进行了三维整体有限元分析计算，最后得到叶轮的应力分布情况，在满足强度要求的前提下为液力耦合器的设计、制造和结构优化提供了可靠的依据。
(1)几何模型耦合器的叶轮包括泵轮和涡轮，他们在工作时，泵轮负荷始终大于涡轮(泵轮转速、功率均大于涡轮)，而且涡轮由于轮壁内外工作液体产生的压力互相抵消，受力较小，因此，在材质和结构尺寸相同的情况下，可只对泵轮进行强度计算。泵轮的三维实体模型如图1所示。
(2)主要参数泵轮有效直径：1287mm泵轮叶片数：23片斜叶片。
(3)有限元模型。
为了对泵轮进行比较精确的强度计算，取整个泵轮作为研究对象，采用10节点的四面体单元SOLID92进行网格划分，每个节点上有三个自由度(x，y，z方向上的位移)，利用ANSYS提供的自由网格划分工具，对实体模型进行自由网格划分，生成可靠的高质量的实体单元，如图2所示。
对边界约束条件的处理如下：如图3所示，对面1、面3分别施加X两个方向的位移约束，对面2施加YZ两个方向的位移约束，这样整个的边界条件处理可大致相当于实际情况下的工况。
耦合器在高速转动工作时，在泵轮上主要是承受四个方面的作用力。如图4所示，一是金属材料在高速转动时产生的离心力Pv，二是工作液体对型腔内壁的压力Px，三是工作液体对叶片的作用力Py，四是转动外壳对泵轮的作用力Pz，这些由传统的动力计算得到。
1)软件中的加载选项可以施加惯性载荷Pv，我们可以通过定义材料密度和旋转加速度来加载惯性载荷Pv；
2)工作液体对型腔内壁的压力Px；
3)工作液体对叶片的作用力Py；
4)转动外壳对泵轮的作用力Pz首先对转动外壳进行有限元分析计算，得到转动外壳与泵轮连接处的应力数值，此数值即为转动外壳对泵轮的压力Pz。在软件中对有限元模型可以施加面载荷、惯性载荷和约束。
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