表面织构化旋转油封密封性能与摩擦特性研究
发布时间：2021-07-30 08:08
旋转油封以其结构简单、安装方便、密封性能稳定等特点广泛应用于旋转机械之中,起到对外防尘对内防漏的作用。装备制造业的发展要求脂润滑、油润滑等工况下的旋转油封具有更低的摩擦扭矩和摩擦温升。为满足上述要求,本文针对旋转油封开展了理论与试验研究,在旋转轴表面引入具有倾斜特征的矩形微孔织构,系统开展了织构化旋转油封密封性能与摩擦特性研究。基于旋转油封二维轴对称有限元模型,研究了油封过盈量、介质压力对唇口静态接触特性的影响规律,并对密封件温度场进行了数值模拟,结果表明:无压差时,过盈接触产生的接触压力为密封界面接触压力的主要来源,小过盈量下占比可达90%,其所占比例随过盈量增大而降低,弹簧箍紧力所占比例逐步上升;有压差时,介质压力为总接触压力的主要来源,其所占比例随介质压力增大而增大,过盈量及弹簧箍紧力所占比例则逐步下降;摩擦界面两侧温度相差不大,唇口接触区域温度梯度较大,距离唇口接触中心等距离轴向位置,空气侧轴温度大于介质侧轴温度。搭建了旋转油封密封性能测试平台,实现了油封摩擦扭矩、界面温度和反向泵送率的在线测量。针对普通型和耐压型两种油封,开展了表面织构化旋转油封在干摩擦、脂润滑和油润滑三种状...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
油封碳化及唇口裂纹[5]
表面织构化旋转油封密封性能与摩擦特性研究5图1-5密封界面表面张力作用[8]Figure1-5.Surfacetensionofsealinterface[8]1957年，Jagger对比干摩擦与油润滑工况下摩擦力，首次提出在旋转油封唇口与轴表面接触区域存在一层润滑油膜，并发现如果在密封界面空气侧引入另一种液体，由于另一种液体的存在，消除了气-液边界膜，密封界面外周曲液面消失，导致了严重的泄漏[9]。同年Jagger等人[10]利用电容测距法测量出油封在服役过程中密封界面的油膜厚度在1-2μm，油膜的存在使得唇口胶料的磨损及温升有所降低。1973年，Jagger和Wallance等人[11]利用实验手段研究了密封介质、空气与唇口之间接触角对密封泄漏的影响。Ogata和Poll等人[12-13]采用电阻测距和磁阻测距法测量了油封的电阻及磁阻获得了油膜厚度。这些早期的实验手段证实了在油封工作过程中，唇口与转轴之间存在一层稳定的油膜，但是油膜的形成机理当时并未获得解释。从Jagger的工作[9]开始，比起油封唇口的粗糙度而言，人们在研究时往往把轴作光滑处理，通常而言，转轴Ra值往往小于唇口10倍以上[14]。1974年，Iwasaki[15]研究发现油封的反向泵送效果与唇口表面微粗糙峰剪切变形有关，且接触区域的变形呈现不对称分布特点。1978年，Kawahara等人[16]通过反装油封试验，发现油封不仅没有密封住密封介质反而使得密封介质产生了显著的泄漏，同时发现油封泄漏速率受到密封介质粘度、轴表面粗糙度和轴转速的影响。Nakamura[17]利用空心玻璃轴测试各种类型的油封，通过光学手段得到的图像显示微粗糙峰的分布特征与油封的密封能力有着密切相关的关系。1986-1987年期间，Kammuller[18]和Muller[19]等人提出了一种现为广泛承认的―反向泵送‖密封机理：弹簧与唇口的?
切向变形及反向泵送[18]
【参考文献】：
期刊论文
[1]脂润滑条件下PTFE/GCr15激光织构表面滑动摩擦性能研究[J]. 解玄,尹必峰,华希俊,王皓,朱翊航,许晟,朱伟. 表面技术. 2019(08)
[2]润滑介质对织构化表面摩擦学性能影响的实验研究[J]. 何霞,李梦媛,江士凯,王国荣. 润滑与密封. 2018(04)
[3]中低压工况下几种典型油封的性能试验研究[J]. 王文强,彭旭东,梁杨杨,李纪云. 摩擦学学报. 2018(04)
[4]基于ABAQUS的旋转轴唇形油封温度场分析[J]. 张付英,陈建垒,宋娜娜,段晶莹. 润滑与密封. 2018(03)
[5]往复式骨架油封压力场的动态分析[J]. 杨化林,宋正朴,孙维威,冯闯. 润滑与密封. 2018(02)
[6]油封唇口静态接触特性的有限元分析[J]. 江华生,孟祥铠,沈明学,彭旭东. 润滑与密封. 2016(10)
[7]可脱开式油封脱开转速的有限元分析研究[J]. 李洪春,黄金平,张相盟,杨晓东. 液压气动与密封. 2016(10)
[8]油封密封性能的实验研究[J]. 唐陈,赵良举,杜长春,李云飞,侯激波. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2016(08)
[9]织构边缘凸起对压裂泵柱塞密封副摩擦性能的影响[J]. 何霞,廖文玲,王国荣,钟林,蒋龙. 润滑与密封. 2016(07)
[10]基于有限元模拟的油封磨耗分析[J]. 陈舒萍. 润滑与密封. 2016(05)
硕士论文
[1]激光织构表面对脂润滑向心关节轴承摩擦性能的影响[D]. 吴圆峰.合肥工业大学 2017
[2]油封唇口温度及其对工作性能影响的研究[D]. 赵向雷.重庆大学 2013
[3]液压密封圈有限元分析与研究[D]. 于润生.天津理工大学 2012
[4]基于ANSYS的油封唇口接触压力的有限元分析[D]. 王保森.北京化工大学 2006
本文编号：3311043
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
油封碳化及唇口裂纹[5]
表面织构化旋转油封密封性能与摩擦特性研究5图1-5密封界面表面张力作用[8]Figure1-5.Surfacetensionofsealinterface[8]1957年，Jagger对比干摩擦与油润滑工况下摩擦力，首次提出在旋转油封唇口与轴表面接触区域存在一层润滑油膜，并发现如果在密封界面空气侧引入另一种液体，由于另一种液体的存在，消除了气-液边界膜，密封界面外周曲液面消失，导致了严重的泄漏[9]。同年Jagger等人[10]利用电容测距法测量出油封在服役过程中密封界面的油膜厚度在1-2μm，油膜的存在使得唇口胶料的磨损及温升有所降低。1973年，Jagger和Wallance等人[11]利用实验手段研究了密封介质、空气与唇口之间接触角对密封泄漏的影响。Ogata和Poll等人[12-13]采用电阻测距和磁阻测距法测量了油封的电阻及磁阻获得了油膜厚度。这些早期的实验手段证实了在油封工作过程中，唇口与转轴之间存在一层稳定的油膜，但是油膜的形成机理当时并未获得解释。从Jagger的工作[9]开始，比起油封唇口的粗糙度而言，人们在研究时往往把轴作光滑处理，通常而言，转轴Ra值往往小于唇口10倍以上[14]。1974年，Iwasaki[15]研究发现油封的反向泵送效果与唇口表面微粗糙峰剪切变形有关，且接触区域的变形呈现不对称分布特点。1978年，Kawahara等人[16]通过反装油封试验，发现油封不仅没有密封住密封介质反而使得密封介质产生了显著的泄漏，同时发现油封泄漏速率受到密封介质粘度、轴表面粗糙度和轴转速的影响。Nakamura[17]利用空心玻璃轴测试各种类型的油封，通过光学手段得到的图像显示微粗糙峰的分布特征与油封的密封能力有着密切相关的关系。1986-1987年期间，Kammuller[18]和Muller[19]等人提出了一种现为广泛承认的―反向泵送‖密封机理：弹簧与唇口的?
切向变形及反向泵送[18]
【参考文献】：
期刊论文
[1]脂润滑条件下PTFE/GCr15激光织构表面滑动摩擦性能研究[J]. 解玄,尹必峰,华希俊,王皓,朱翊航,许晟,朱伟. 表面技术. 2019(08)
[2]润滑介质对织构化表面摩擦学性能影响的实验研究[J]. 何霞,李梦媛,江士凯,王国荣. 润滑与密封. 2018(04)
[3]中低压工况下几种典型油封的性能试验研究[J]. 王文强,彭旭东,梁杨杨,李纪云. 摩擦学学报. 2018(04)
[4]基于ABAQUS的旋转轴唇形油封温度场分析[J]. 张付英,陈建垒,宋娜娜,段晶莹. 润滑与密封. 2018(03)
[5]往复式骨架油封压力场的动态分析[J]. 杨化林,宋正朴,孙维威,冯闯. 润滑与密封. 2018(02)
[6]油封唇口静态接触特性的有限元分析[J]. 江华生,孟祥铠,沈明学,彭旭东. 润滑与密封. 2016(10)
[7]可脱开式油封脱开转速的有限元分析研究[J]. 李洪春,黄金平,张相盟,杨晓东. 液压气动与密封. 2016(10)
[8]油封密封性能的实验研究[J]. 唐陈,赵良举,杜长春,李云飞,侯激波. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2016(08)
[9]织构边缘凸起对压裂泵柱塞密封副摩擦性能的影响[J]. 何霞,廖文玲,王国荣,钟林,蒋龙. 润滑与密封. 2016(07)
[10]基于有限元模拟的油封磨耗分析[J]. 陈舒萍. 润滑与密封. 2016(05)
硕士论文
[1]激光织构表面对脂润滑向心关节轴承摩擦性能的影响[D]. 吴圆峰.合肥工业大学 2017
[2]油封唇口温度及其对工作性能影响的研究[D]. 赵向雷.重庆大学 2013
[3]液压密封圈有限元分析与研究[D]. 于润生.天津理工大学 2012
[4]基于ANSYS的油封唇口接触压力的有限元分析[D]. 王保森.北京化工大学 2006
本文编号：3311043
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