液体粘性调速离合器关键部件有限元及其密封特性分析

摘要

液体粘性调速离合器，由于在重载、低速工况下具有良好的速度可控性以及软启动等特点，近年来在工矿、港口物料输送等行业获得广泛的应用。液粘调速离合器的主、被动轴是其关键部件，其基本功能是传递转矩，并对输入与输出速度进行调节；由于其功能要求，主动轴、被动轴上开设了多处径向油孔、轴向油孔、油槽，用于通过摩擦片润滑油、加载液压油，因此主动轴、被动轴的结构表现出一定程度上的复杂性。液体粘性调速离合器目前在实际使用中存在摩擦片寿命不理想；润滑油温升偏高；加载油压控制存在一定程度上的波动性；及动压密封性能下降等不足，这些影响了HVD工作过程中的动态性能。
　　随着计算机技术的发展，用有限元技术对重要关键机械零件进行计算机辅助计算与性能分析，是现代设计方法发展的必然趋势，并已得到科技界的普遍认可。液体粘性调速装置的主动轴、被动轴承受载荷状况复杂，可靠性要求高，用有限元方法进行综合分析，对提高装置综合性能，具有理论指导与工程实践意义；对于流体力学、传热传质流场等问题的计算，计算机数值模拟计算与分析是与实验研究相互补充的另一重要研究手段之一，具有理论分析和实验方法不可及的优越性。
　　本文基于有限元理论，利用ANSYS软件对液粘调速离合器的主动轴、被动轴进行力学结构分析与强度计算。在对主动轴、被动轴的结构特点和载荷分布分析的基础上，建立了主动轴、被动轴的力学模型，并对二者的最大弯矩、扭矩和危险截面进行了分析与认定。
　　建立了研究对象的有限元模型，选定了有限元分析的单元类型、材料属性、网格划分，施加自由度约束和载荷后求解。通过计算与分析，对主动轴、被动轴上的应力及应变、轴上的危险剖面及其危险点有更加完整、准确的把握，为后续的流体分析奠定了基础。
　　基于有限体积法，对被动轴上可能引起泄漏的密封薄弱环节进行了流体动力学分析，用Fluent软件进行了数值模拟，得到了速度场、压力场的分布规律，及其引起的泄漏量；从密封端面的结构参数入手，着重分析了参数变化对泄漏量与密封性能的影响，获得了一些具有理论设计参考价值的结论。
　　本文以液体粘性调速离合器的主动轴、被动轴为研究对象，运用有限元和有限体积法的基本理论，采用理论分析与计算机模拟相结合的方法，进行了结构强度分析和密封性能与泄漏方面的研究。获得了主动轴、被动轴应力与应变、危险截面与泄漏量变化的一系列规律，为液体粘性调速离合器的结构分析及优化设计奠定了理论基础。

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Contents

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本课题的研究方法和内容

2 液体粘性调速离合器主动轴、被动轴的力学分析

2.1 液体粘性调速离合器的结构特点

2.2 主动轴的结构特点及力学分析

2.3 被动轴的结构特点及力学分析

2.4 本章小结

3 液体粘性调速离合器主动轴、被动轴的有限元分析

3.1 有限元法的原理

3.2 ANSYS软件

3.3 主动轴的静力分析

3.4 被动轴的静力分析

3.5 本章小结

4 液体粘性调速离合器被动轴密封流场的数值模拟

4.1 有限体积法

4.2 CFD-Fluent软件

4.3 流体的理论基础

4.4 密封流场的数值模拟

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

研究生期间主要发表的论文

致谢