第一章 前言
随着科技的飞速发展、计算机技术的广泛应用及经济全球化的到来，全球市场竞争日益激烈，加快产品开发速度已成为竞争的主要手段之一，快速将多样化的产品推向市场是制造商把握市场先机而求生存的重要保障。企业为了提高竞争力，满足市场变化的需要，使产品迅捷的投放进市场，并获得良好的经济效益，企业就必须缩短产品的研制开发周期，提高产品的设计质量，降低产品的设计开发成本，促进产品设计的创新。这就对传统的装配设计提出了巨大的挑战，很明显，传统的基于物理样机的产品设计难以满足时代发展的需求。传统的装配设计，耗时久，可靠性差，并消耗相当大的人力物力资源，往往还不能够取得所期望的结果。为了克服传统装配设计中的这些不足之处，虚拟装配技术伴随科技的发展应时而生。在虚拟装配中，由于没有制造真实的产品，大大减少了产品开发的成本，而且可以尽可能的解决大部分装配问题，使得新产品的开发周期大为缩短，使企业尽早占领市场。
YOTCHP1150液力耦合器是东北某液压机械厂开发生产的主要产品，该产品在在实际运用过程中，因工作环境比较恶劣，经常出现故障。为对变化的市场需求快速作出反应，顺应数字时代进步科技发展的潮流，本次设计利用三维设计软件I-DEAS NX 对YOTCHP1150 液力耦合器进行三维造型，实现装配;并充分考虑实际工作时存在液体离心力作用的情况下，对主要部件进行了有限元分析。
因合作双方处于不同地域，而产品仿真的过程，是产品的数字模型由幼稚到成熟的过程。这一过程的完成需要产品模型在原始方案的创建者及专家间经多次交互传递、多次演变才能形成。而传统的CAE模型，尤其是复杂产品的虚拟装配体，因含有大量的矢量（场）及标量（场）信息，不适合在网络上发布，因此，设计中通过引入VRML语言，使装配过程被厂方人员远程可视。实现方案为：用I-DEAS NX中实现三维造型、定义装配，进行装配的干涉检验后，以VRML格式导出（Exprot），并导入（Import）到Cosmo Worlds软件中，定义动画和指针、添加视点，最后实现了三维虚拟液力耦合器的基于互联网浏览器中的自动装配。分析流程如下图所示：
第二章 软件及语言简介
2.1 软件简介
2.1.1 I-DEAS软件简介
I-DEAS是Integrated Design Engineering Analysis Software 首字母的缩写,是美国SDRC(Structural Dynamics Research Corporation)公司出品的一套集成了三维实体造型、绘图、仿真、试验、制造和工程管理等多种功能的高端CAD/CAE/CAM软件。该软件以其变量化技术和强大的实体及曲面设计功能著称。它可以运行于Windows NT/2000和UNIX等多种平台上，共有以下7大主模块：
1、Design（工程设计）模块
工程设计模块主要用于对产品进行几何设计，它包括Master Modeler（实体建模）、Master Assembly（装配）、Mechanism（机构设计）等几个子模块。
2、Drafting（工程制图）模块
3、Manufacturing（制造）模块
4、Simulation（有限元仿真）模块
5、Test（测试数据分析）模块
6、Data Management（数据管理）模块
7、Open Data/PCB（电路板设计）模块
2.1.2 Cosmo Worlds软件简介
Cosmo Worlds 软件是SGI公司推出的VRML场景生成软件，也是可视化的编辑器。该软件能够利用球、立方体、圆柱、圆锥等VRML基本形体生成场景，并可以方便的拖动场景中的物体，借助于Cosmo Worlds的这些功能，可以提高装配设计的效率。由于本身只能进行基本造型，所以Cosmo Worlds软件借助于VRML接口，可以导入其他三维造型软件生成的复杂形体造型，以实现复杂装配体的装配动态演示。文件软件的界面如图2-1所示：
图2-1 Cosmo worlds 软件界面图
2.2 VRML语言简介
VRML（Virtual Reality Modeling Language,虚拟现实建模语言）是最近才兴起的一种新型语言，是一种三维造型和渲染的图形描述语言， 通过创建一个虚拟场景以达到现实中的效果。VRML支持三维动画，它把虚拟世界看作一个场景，而场景中的一切都被看作对象，对每一个对象的描述就构成了.wrl文件。
第三章 YOTCHP1150液压旋转组件（液力耦合器）三维设计
3.1 YOTCHP1150液压旋转组件（液力耦合器）简介
YOTCHP1150液压旋转组件是某液压机械厂开发生产的主要产品，该产品在在实际运用过程中，因工作环境比较恶劣，经常出现故障。液压旋转组件通过输入轴旋转带动泵轮的旋转,由于泵轮的旋转,泵轮内部的油液也随同其一起旋转,同时使与其紧靠着的涡轮内的油压升高,从而带动涡轮旋转,涡轮再带动与它连接的输出轴旋转,从而驱动设备工作。
3.2实体三维造型
Master Modeler是I-DEAS NX 软件的核心，在除绘图（Drafting）以外的所有应用中都包含Master Modeler任务，主要用来零部件的三维造型，手制动装置的三维建模就是在此模块下完成的。在使用I-DEAS NX创建零件时，无论是由草图生成一个新的零件还是在已有的零件上增加新的实体特征，都要按照下列三个步骤进行：
(1)建立一个用来绘制二维线框的工作平面，可以选择工作平面或零件的适当位置。
(2)绘制并约束线框。
(3)使用三维实体造型操作（例如拉伸、旋转等）创建新零件或新特征。
3.2.1 定义有效截面
I-DEAS NX实体建模首先就是由线框定义截面，然后利用三维造型命令创建实体，根据零件的实际结构，利用布尔运算相结合，形成零件的特征。
截面由线框组合而成，在生成实体之前，必须确定建立的界面是有效的。截面可以是一条封闭的曲线，可以包含多个封闭曲线，也可以包含多个分开的封闭曲线，但不允许出现自交曲线。
3.2.2创建实体
I-DEAS NX提供了多种实体成形方法，可以用截面来创建不同的三维实体，包括Extrude(拉伸)、Revolve(旋转)、Sweep(扫括)等，在本次设计所涉及到的三维造型主要用到拉伸和旋转命令。
下面对YOTCHP1150液压旋转组件的涡轮的三维造型过程的简单介绍一下（过程流程如图3-1所示）：
图3-1 涡轮的三维造型的过程
1、对涡轮体的三维造型：画出线框图，选用绕转（Revolve）命令,选好旋转轴，得到如图（a）的造型。
2、对涡轮体螺纹孔的三维造型：选好工作面，在其上画出一个圆形线框图，选用拉伸(Extrude)命令,选择cut,再选择cut的方向，给出要cut的长度，即可得到一个螺纹孔，然后选用震裂(Circular Pattern)命令，将刚做的螺纹孔绕一圆周震裂为12个，如图(b)所示。
3、对涡轮叶片的三维造型：选好工作面，画出线框图，选用拉伸(Extrude)命令，向垂直于工作面的两边拉伸一定的长度，得到一个涡轮叶片的造型，然后使用连接(Join)命令，将这个涡轮叶片与刚做的涡轮体连接为一体，然后使用倒角(Fillet)命令,对涡轮叶片进行倒角，最后使用震裂(Circular Pattern)命令,将刚才所做的涡轮叶片绕一圆周震裂为53个，即得到要求的涡轮的三维造型如图(c)所示。
由于其他零件的三维造型与以上涡轮的造型相似，所以只给出几个主要零件的三维造型，如图3-2所示。   
泵盖 输入轴 输出轴 驱动齿轮
  
轴承 外壳 泵轮
图3-2 其他零件的三维造型
3.3 装配
在所有的零件造型完毕后，就要使用Master Assembly(装配任务)模块来实现机构的装配。在I-DEAS NX装配中，装配部件是由零件的Instance(虚拟件)而不是零件本身构成的，装配部件定义了零件虚拟件在空间和逻辑上的继承关系。虚拟件不是零件和组件的复制件，而是它们的图形，仅存有相对位置信息。
3.3.1 建立装配体系
装配体系的建立一共9个命令，功能分别如下：
1．Add Parent:增加上一层。建立上一层的装配部件，并将该装配件放在工作台上。
2．Add To: 增加下一层，为所选择装配部件增加零件或组件的虚拟件。
3．Remove: 从装配体系中删除零件或组件的虚拟件。
4．Replace: 使用其他零件或组件的虚拟件替换装配体中的零件虚拟件。
5．Duplicate: 复制一个或多个零件的虚拟件。在装配部件中复制虚拟件，复制件是独立的零件或组件虚拟件，可以放在装配体系的任何一层。
6．Add Empty Assembly: 在所选择装配部件上增加一个空的子装配，在这个空的子装配可以增加空的零件或组件的虚拟件。
7．Change Parent: 改变所选零件或组件虚拟件的父装配。
8．Make Unique: 剪断虚拟件与原有零件或虚拟件的关系，该命令会创建一个新的零件或组件并使用其虚拟件，与原来的零件或虚拟件不再有继承关系。
9．Add Empty Part: 在所选择装配部件上增加一个空的零件虚拟件。
此次设计，机构总装配主要有3个子装配组成，分别是输入轴连接部分（图3-3）、输出轴连接部分（图3-4）和泵轮部分（图3-5）子装配。利用Hierarchy（装配体系）命令来建立一个新的装配体系，起名为装配，在装配名称下利用添加空的装配（Add Empty Assembly）命令生成4个子装配，分别定义为输入轴连接部分、输出轴连接部分、泵轮部分和箱体部分，然后将属于各个子装配的零件添加到子装配中去。这就构成了一个二级装配层，父装配为“装配”。
图3-3 输入轴连接部分
图3-4 输出轴连接部分
图3-5 泵轮部分
与零件管理类似，I-DEAS NX将当前的装配部件及其装配体系保存在抽屉中，使用Manage Bins（管理抽屉）命令可以对其进行管理，在Manage Bins对话框中选择Assembly（装配件）视图，在列表中就显示了当前抽屉中保存的装配件，依次单击父装配件，就可以看到已定义好的装配体系（如图3-6）。在此装配体系中可以针对不同的目的实行命令操作，比如添加输出轴连接部分的下一级子装配---涡轮装配，就点击输出轴连接部分装配，然后选择Add To命令从Manage Bins（管理抽屉）中选取涡轮件添加为下一层，这样作为输出轴连接部分的子装配---涡轮装配就生成了。
图3-6 装配体系
由于篇幅的关系，此处没有将装配体系的全部表示出来，所以在论文中详细列出，如下：
装配
1、输入轴连接部分：输入轴，轴承1，压套，油泵驱动齿轮，齿轮键，垫圈（输入轴），螺柱（输入轴），泵盖，内圆柱销，箱体螺柱
2、输出轴连接部分：输出轴，轴承2，轴承3，压套（输出轴轴承），压盖，螺钉（压盖），润滑油管，轴承座，涡轮，螺柱（输出轴），垫圈（涡轮），螺母（输出轴），轴承5
3、泵轮部分：泵轮，导流板，轴承座，轴承，螺钉，螺柱
4、箱体部分：外壳，螺母
3.3.2 实现零部件之间的定位约束
装配体系创建之后，需要定义零件和组件虚拟件之间的相对位置关系和约束关系，这样才能完成整个装配部件设计的过程.基本的装配关系有接触关系、联接关系、装配尺寸关系和对齐关系。
1、定位装配部件
使用定位命令可以精确的定位虚拟件，或者简单地组织装配部件以便随后施加约束。使用定位命令可以直接改变虚拟件的部分或者全部自由度，移动零件的位置时该零件虚拟件的位置不会改变，但是虚拟件的集合状态会改变，看起来好像虚拟件在移动，移动虚拟件的位置只会影响虚拟件本身的位置，并不影响零件的位置。在定位装配部件的虚拟件后，可以使用Undo（撤销）命令可以使零件和组件回到原来的位置，这时只能撤销上一次的移动。
2、约束装配部件
定位虚拟件可以将虚拟件放在正确的位置，但是当设计条件发生变化时就不能保证零件虚拟件间的相对位置，这时就需要使用约束命令来定义装配部件中虚拟件间的永久关系。
图3-7约束装配命令框
第四章 装配的三维动画演示实现
4.1 I-DEAS NX输出VRML文件
输出之前，将装配体中每一个实体件定位在一起，组成实体装配体，首先保证每个零件而非其虚拟件处于自己在整个装配体中所应处的位置，只有此工作完成之后才可以进行后来的工作。因为，在I-DEAS NX中将零件定位好，在以后的动态装配中，等于对零件提前做好了定位关系，节省大量的工作时间。I-DEAS NX造型生成的零件，颜色默认值过于繁多艳丽，为了保证动画时零件的逼真性，最好对零件的颜色作以修改，使主色调统一，尽显柔和搭配之美。
1)、在I-DEAS NX窗口，将定位好的装配体实体件逐一输出为VRML文件。输出过程及操作如下：
点击I-DEAS NX工具栏中Display命令，选中Part选项,并将其他的所有参数都关闭，打开Part对话框，选取参考线（Reference Line）一项，关闭其他的参数，如图5-1。这样操作使得输出的几何体不带中心线、参考点等一些影响视觉的外在因素，而且这种输出方式输出的文件容量相对小的多，不附带一些无关的信息，并且使为后面的动画定义节省相当大的容量空间。
图4-1 I-DEAS NX输出参数选择
2)、点击菜单栏文件（File）项,选取输出（Export）命令,弹出输出文件类型对话框，选中VRML选项,点击OK。命令如图4-2：
图4-2 输出VRML文件操作图
然后选择要输出的几何体（part）,弹出关于输出几何的对话框（如图4-3），选择只输出几何（Geometry Only）选项，这种选择项下生成的文件要比其他选项生成的文件节省一定的内存空间，也为以后的动画演示操作便利打好基础；然后选择你要将文件输送到的文件夹，为文件命名，这样，一个几何的VRML文件就生成了。
图4-3 选择输出类型
3)、在输出之前，对于在装配体中处于对称位置，并起到相同作用的零件，比如两个大部件之间的连接螺栓和垫片，在装配中除移动之外不需要自身旋转，如果在装配时作为一个几何体来装配而不与其他零件发生干涉，那么就把这些零件作为一个几何体（part）输出。这样可以减少文件的输出次数和后来动画中定义指针的次数，为以后的工作带来方便。分析整个装配体的构成，将此步工作完成之后，便可以对每个几何（part）输出VRML文件了，这也是一个繁琐的过程，建议在文件输出时要仔细，以免重复输出同一几何或漏输出几何。
4.2 Cosmo Worlds导入VRML文件
打开菜单中文件（File）选项,在此，有两种导入方法可供选择，导入（Import）和内联结点（Import As Inline）导入,选取其中任何一个都可以将输出的VRML文件导入进来，待所有文件导入进来后，便在Cosmo Worlds界面上显示出等待虚拟装配动画演示前的状态。
对于文件的两种不同的输入方法，采取不同的输入方式，也可以得到不同动画效果。
1)、导入（Import）方式输入文件
这种输入方法覆盖了CAD软件生成几何体的所有信息，包括零件的材料、颜色、背景、多方位视点等外在信息，以及在造型过程中出现的错误信息，而这些信息对于我们的动画过程是不需要的，所以造成了文件太大，占据电脑内存空间太多，在普通的机器上难以实现多个件的动画演示。
但是这种输入方法能够使得导入件的笛卡尔坐标原点恰好位于零件的中心点，即在组节点Transform中的位移偏移量Translation与零件相对笛卡尔坐标的偏移量的默认值都是[0 0 0],这样，不需要修改零件Bboxcenter的数值就可以直接对零件添加旋转或其他复杂的动画。所以，在零件较少的装配中，可以优先采取这种输入方法，这样装配可以节省一定的时间并获得相对较好的动画效果。
2)、内联结点（Import As Inline）方式导入文件
当导入的零件造型过于复杂或者零件个数较多，并组成复杂的装配体的时候，Import方式导入的源文件程序过大，给程序的调试和定义动画带来很大的不便，而且一般的机器难以支持。因此需要将一个很大的源程序拆成几个小程序，这也是软件工程的设计思想，采用结构化、模块化、层次化，来提高软件的设计质量。Inline内联节点可以使VRML程序设计模块化。
同（Import）导入方法一样，内联节点导入的零件VRML文件中组节点Transform的坐标偏移量translation默认值为0。使用内联节点导入方法首先要保证在I-DEAS NX输出几何的时候，采取前面5.1的输出步骤。如（图4-4）采用内联节点方法导入的文件右边的参数说明栏中只有一个Inline文件，只包含了零件的三维造型数据，文件占据的空间相对就要小很多。对于零件数目过多的装配易采取这种方法，在Cosmo Worlds中将零件装配成最低级的子装配，即拖动零件到适当位置。在这一步，采用Inline方法引入零件的VRML文件。采用Inline 方法的好处是可以大大节省空间，减小文件的长度。这一级子装配完成之后，采用同样的方法进行上一级子装配的VRML实现，即上一级子装配由下级子装配Inline组成，以此类推，直到最高级装配体。这样，实际上只存储了零件的三维造型数据，子装配文件只是一些“Inline”，文件很小。
图4-4 Import As Inline导入文件界面图
4.3定义动画和指针
待需要装配的零件的都导入进来之后，便可以生成动画了，首先就是定义指针。
在Cosmo Worlds 界面菜单栏里，选择Editors选项，选中其中的动画指针（Key frame Animator）选项，界面的下部便出现动画指针栏，选取下部的新的动画（New Animation）命令,点击弹出一对话框（如图4-5），在此对话框中可以定义动画的长度和每秒走过的指针数。动画的时间表示方式可以选择秒（seconds）和指针(frames)两种中的一个。在指针长度（Length）处可以修改动画的长度，指针速度（Frames per Seconds）修改动画的速度。
图4-5 生成新动画
图4-6 生成指针动画
4.4 生成动画
估计动画需要的时间，定义完指针的长度之后，便可以生成动画了。选择一个零件，点击添加动画（Add Actor）命令，在下面的动画指针行便出现所添加零件的动画指针(图4-6)。这里可以拖动零件到任一位置，点击指针栏上的Master Record 命令，一个零件单步动画就生成了。需要进行多步动画时，将指针首先拖到下步动画的结束时间处，给出第二步动画的路径，以此类推，多步动画就完成了。由于我们导入进来的零件恰好处于装配的位置，所以直观上来看已经是一个装配体。因为每个零件或子装配的偏移量（Translation）都是[0 0 0]所以我们只要使拆散开的零件最后都回到同一偏移量的位置，便组成一个装配体。重要的是怎么实现每个零件或子装配的动画的路径和顺序装配的实现。在分析机构的基础上，遵照装配的顺序，考虑在装配时零件之间不发生直接的路径干涉，就可以确定一个零件的动画路径。一个装配往往有多个零部件和子装配，如何实现零部件间的顺序装配，对Cosmo Worlds软件实现动画是非常关键的一步。因为每一个零部件或子装配的动画指针都是从第0针开始的。例如：第一个零件输出轴在前25桢完成其装配动画，第二个零件涡轮从第25桢开始装配,怎样实现前25桢保证第二个零件不动,是首要解决的问题。这个问题可以在参数列表中修改，假设在0针时的位置偏移量为[-3 0 0]，在第20针处定义一个位置偏移量[-4 0 0]，然后再修改为和第0针时的位移偏量一样，这样第二个零件在前20针就保持在原地不动，从而实现了动画顺序装配。
4.5实现零件的旋转
在装配的过程中，有时对于某些零件，在动画中应体现出其全方位的构造，这时就需要定义零件的旋转。
采取内联节点导入文件，往往导入的非规则零件笛卡尔相对坐标原点并不位于你所需要的零部件的中心，因此可以在图中手动完成旋转，例如：涡轮的旋转，在从25-35桢中，偏移量从（-3 0 0）到（-2 0 0），涡轮旋转180度，再从35-45桢，偏移量从（-2 0 0）到（-1 0 0），涡轮旋转180到原位，必须沿一个方向旋转。再从45-50桢，偏移量从（-1 0 0）到（0 0 0），即完成涡轮的旋转装配。
如果采取Import方式导入文件，可以直接在Transform组节点中修改转动（Rotation）参数来实现物体的转动。因为转动动画和移动动画都是单独的动画指针，所以，定义一个转动参数，其开始的指针都是上一个动作的结束，而一个零件我们往往只需要其在某一段时间内转动，在其他的时间段内只是发生位移的改变，所以我们必须给转动动画一个开始的指针。
4.6 添加视点
装配是一个自底向上、从里到外的过程，对于结构复杂零件繁多的装配体，要看清某局部装配，必须添加一个视点，并给视点定义一个动画，这样就可以实现在不同的位置装配的时候能清楚地看见零件局部装配。
定义视点动画和零部件的动画不同，因为视点在什么位置合适无法预知。在定义视点动画的时候，在界面的右下方有视点的操作信息，选择Lock To Camera For Animation选项，这样在移动界面的时候，其实就是视点的移动。比如，想看清楚旋转组件的输入轴连接部分的装配，就要把视点转到输入轴的方向，直接利用旋转、放大缩小和平移命令挪动实体到适当的位置，其实就是移动视点到你所需的位置。其实，视点的转换是一个短暂的过程，可能仅仅需要几秒的时间就可以完成一个方位到另一个方位的切换。
在视点不需要切换时保证其不动与保证零件的不同有些差异。假设一个子装配在前40针已经完成，从第50 针开始进入下一个子装配，视点在这期间需要转换，你就将视点在第50针处调整到需要的位置，然后修改第40针处的视点位移和转动参数，使其与第一个子装配开始时的视点参数一致。这样，就实现了在40针之前视点处在第一个子装配的位置，在40-50针时实现视点到第二子装配的转换。
4.7 修改原程序
在定义完动画之后，你会发现，零件并不按照你的预定路线行走，而是有一定的路径改变，甚至发生碰撞干涉。这是因为在定义指针的时候，Cosmo Worlds软件本身给予零件一装配路径，这种情况下零件之间的装配将显得过于紊乱。为了消除动画过程中的这种缓冲影响，就需要在源程序中作以修改，把Cosmo Worlds软件自动生成的缓冲路径给删除。
首先用写字板打开所需要修改的VRML文件，对于小于64K的文件可以用VRML Pad打开文件，这样在另存的时候保存的直接就是VRML文件，但是VRML Pad只能支持低于64K的文件，超过64 K的文件，修改后就无法保存。因为我们导入的文件一般较大，所以用写字板打开文件，最后另存为（.Wrl）文件。
第五章 三维设计中遇到的问题及解决方法
在本次设计过程中，确实遇到了很多困难，但在老师的指点下和自己的不断尝试中，终于得以解决。现例举一些加以说明：
1)、由于本次设计的旋转组件结构较为复杂，零件较多，尤其是在设计箱体螺栓时，由于螺栓的数目较多，计算机内存较小的缘故，不可能在Cosmo Worlds实现每个螺栓的转动装配，所以在I-DEAS NX中将螺栓Join为一个Part以减小对内存的占用。
2)、在Cosmo Worlds中，由于用内联接点导入零件，所以在导入之前，应先在I-DEAS NX中将零件装配完后再导入，而且，装配时应在Part中装配，而不是在Assemble中装配，因为Assemble中装配的零件是虚拟件，而导入的零件是实体件。
3)、在I-DEAS NX造型中不小心删掉零件的一个面，发现零件的操作变得很奇怪，因为零件已不是实体了。要恢复这个面要进行以下的操作：
① 选History Access，
② 删除Surface Delete这个次要操作,
③ 按 Dismiss 然后执行Update.
执行完上面的三步操作，被删除的面就被恢复了。
4)、Cosmo Worlds外部浏览难以实现。在Cosmo Worlds定义完动画之后，发现在外部浏览器无法观看演示过程，经过尝试，将动画时间触发器中的起始时间（Start time）和循环(Loop)两参数分别修改一下：将起始时间参数修改为0，循环参数修改为TRUE,这样就实现了外部浏览器的循环播放。
5)、对于零件过多的装配，如何看清各部分的装配动画，在做动画之初是个大问题。添加视点，并对视点定义指针，让视点随装配的需要进行移动、旋转，可以清清楚楚地看见各局部的装配过程了。
第六章 泵轮的有限元分析
6.1 模型简化，有限元网格的划分
（1）模型简化
有了上面所建立的三维实体模型，就可以进行有限元分析。泵轮为其主要构件，对产品的使用寿命影响很大。在计算过程中，考虑到泵体为盘状体，为了减少计算量，取整个泵轮的四分之一进行有限元分析。泵轮结构复杂，多圆角多孔，有叶片，倒角等一些工艺结构，为了使计算结果精确、效率高，划网格时，可对一些不重要的倒角、圆孔等结构进行简化。 
图6-1 泵轮的实体模型
（2）网格划分
本文采用I-DEAS NX软件对泵轮进行划分。划分单元时应注意：
所用单元取决于结构的情况及受力特点。泵体为实体结构，故采用四面体单元，它的四个结点与相邻的四面体单元相连接并传力，单元内任何一点有三个自由度。叶片是用壳做出，故用壳单元进行划分。
单元的多少取决于计算精度的要求和计算机的容量及运算速度。从有限单元法的原理来看，单元划分的愈多，计算结果愈精确。但是，单元愈多，结构刚度矩阵的阶数愈大，要求计算的容量愈大，计算时间愈长。
图6-2 泵轮的有限元网格模型
本文取四面体单元和壳单元的单元长度均为6mm，划分完成的单元总数为62394个，节点总数为16466个。划分完成的四分之一模型网格如图6-2所示：
6.2 计算载荷及位移边界条件
耦合器在高速转动工作时, 在泵轮上主要是承受三个方面的作用力：一是金属材料在高速转动时产生的离心力, 二是工作液体对型腔内壁的压力, 三是工作液体对叶片的作用力。耦合器额定工况：传递功率N=3800KW，转数n=5500r/min，过载系数均为：1.2。
（1）金属材料在高速转动时产生的离心力
壳体自身离心力作用，通过定义材料密度和旋转加速度来对所有单元施加离心力作用。
（2）工作液体对型腔内壁的压力
工作液体对叶轮壳体内壁压力是指在工作液体处于稳定满负荷循环状态下的叶轮壳体内壁压力。通过工作液体在高速旋转下的离心力，作用在叶轮壳体上，其离心力为 ，加载时作用在内壁节点上。
（3）工作液体对叶片的作用力
在工作液体稳定循环下，工作液体的动量在泵轮和蜗轮之间传递，实现偶合器的扭矩输出。因此，叶片承受液体牵连运动所产生的动量冲击。
将工作液体对叶片的作用简化为垂向均布载荷
其中，T----为传递扭矩
T=9550×Pmax/n=9550×3800/5500=6598（Nm）
S----为叶片受力面积。泵轮叶片受力面积指的是靠近叶轮壳体外缘的2/3叶片面积S＝4410mm2 。
n----为叶片数。泵轮叶片数n＝46 。
L----为叶片载荷中心处半径（m）。泵轮L＝0.1925m 。
泵轮：
（4）合成力作用
对于叶轮壳体自身离心力、工作液体对叶轮内壁压力和工作液体对叶片的作用力三个力合成，综合决定叶轮壳体的强度。
约束：在叶轮壳体中心平面上约束三个方向的位移R、θ、Z。
6.3 计算结果
图6-3、图6-4、图6-5、图6-6为泵轮在各种力的作用下的变形图；图6-7、图6-8、图6-9、图6-10为泵轮在各种力的作用下的应力云图。表6-1为各力作用下泵轮最大应力发生位置对照。 
图6-3 在离心力作用下变形图 图6-4 在液体离心力作用下变形图
 
图6-5 液体对叶片作用力下变形图 图6-6 合成力作用下变形图
 
图6-7 在离心力作用下应力云图 图6-8 在液体离心力作用下应力云图
 
图6-9 液体对叶片作用力下应力云图 图6-10 合成力作用下应力云图
表6-1泵轮在各种载荷作用下应力最大值及发生的位置（MPa）
 6.4 分析计算结论
液力偶合器泵轮所用到的材料为：ZL114A （ =310MPa）。
泵轮铸铝应力最大值为183MPa，发生在叶片边缘中心处，叶片材料为ZL114A，远小于其许用应力，安全系数3.5。
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