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液力缓速器的模态有限元分析

(2024-09-22 19:07:50)
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有限元分析

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强度分析

编辑:杭州那泰有限元分析公司    www.nataid.com

液力缓速器的模态有限元分析

杭州那泰有限元分析公司有限元模型按照强度分析的过程和步骤进行单元材料属性的设置、网格的划分、位移约束的施加,在0~100Hz的频率范围内对有限元模型进行6模态分析1阶振型为外环及叶片沿缓速器基准轴方向前后俯仰振动,振动固有频率为1.536Hz,最大变形量为0.957X10-4m,如图所示;2阶振型为外环及叶片沿叶片向两侧摆动,振动固有频率为3.289Hz,最大变形量为0.319X10-3m;阶振型为外环及叶片沿外环腰鼓内外摆振,振动固有频率为5.039Hz,最大变形量为0.213X10-3m4阶振型为外环及叶片沿叶片内外两侧摆振,振动固有频率为5.592Hz,最大变形量为0.284X10-3m5阶振型同三阶振型相似沿外环腰鼓内外摆振,振动固有频率为6.593Hz,最大变形量为0.366X10-3m6阶振型沿叶片上下摆振,振动固有频率为8.434Hz,最大变形量为0.334X10-3m,如图所示。液力缓速器作为高速制动辅助装置,其工作转速范围为600~3000r/min,对应的固有振动频率范围为10~50Hz,高于模态有限元各阶振型的固有频率,从而在工作状态下能够避免共振的发生。

1)该液力缓速器选用ZL104铝合金材料的强度极限为490MPa,屈服极限为350MPa,由有限元模型的强度分析可知,转子叶片在外环根部的等效应力已经超过该选用材料的屈服极限,所以在该部位最容易产生应力集中,存在安全隐患,长时间持续工作有可能导致叶片根部发生断裂,应当采用强度更高的铸钢材料。根据GB/T14408-1993,推荐采用ZGD410-620铸钢(弹性模量为175GPa,泊松比为0.30,密度为7850kg/m3,强度极限为620MPa,屈服极限为410MPa,强度安全系数hb=4.0,可得铸钢压力容器承压部件的强度许用应力为155MPa,远高于转子叶片压力面受到的最大液压(17.6MPa),保证缓速器在最高转速下的稳定可靠的力学性能。

2)对有限元模型施加载荷时,近似模拟叶片上的液压载荷为沿旋转半径方向的线性分布,而真实情况下,考虑到油液的粘性、油液与壁面的边界层的处理、工作腔内空气气流的影响以及油液在叶片非压力面形成的背压等因素的影响,液体总压在叶片压力面上的分布是无规律可循的,所以有限元模型的仿真载荷与真实情况还存在一定的误差,需要更加精确的载荷定位。

        3)在进行液力缓速器结构设计时,建议在工作叶轮与外环壳体交接处采用圆角过渡,提高叶片根部的抗疲劳强度,衰减应力集中。

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