波形唇油封精确建模及其密封性能研究

发布时间：2020-04-13 13:48

【摘要】：波形唇油封作为一种旋转流体动力油封,具有接触压力小、泵油能力强、散热效果好和使用寿命长等优点。波形唇油封和其他油封最主要的区别在于唇口形状不同,波形唇油封唇口是由几张沿圆周方向封闭的自由曲面组成,这导致波形唇油封设计制造比较困难,并且密封机理比其他旋转油封复杂,受技术条件的限制,上述问题一直未能得到有效解决,成为制约波形唇油封广泛应用的瓶颈问题。解决上述问题的关键是掌握波形唇油封的密封机理、建立其精确模型和分析其密封性能。波形唇油封的密封机理比较复杂,本文主要基于波形唇油封的结构和楔效应原理,从微观和宏观两个角度对波形唇油封的密封机理进行了研究,并对波形唇油封的性能参数和关键结构参数进行了介绍,为后续的波形唇油封的仿真分析和试验分析奠定了理论基础。本文针对波形唇油封的精确建模问题,提出了一种周向展卷变换原理,并在该原理的基础上研究了一种波形唇油封的三维建模方法。首先,基于周向展开原理建立波形唇油封的三维展开面模型;然后,基于周向回卷原理,对波形唇油封的展开面模型进行回卷;最后,将回卷面模型通过软件的实体生成功能生成波形唇油封的三维模型。通过对模型进行误差分析,其误差非常小,完全满足建模精度需求。对波形唇油封进行非线性静力学仿真分析,是研究油封静接触性能的一种研究方法。本文首先利用ANSYS软件计算了波形唇油封的静接触性能参数;其次,将波形唇油封的静接触性能参数与普通唇形油封进行对比,得出波形唇油封和普通唇形油封在静接触性能方面的差别;最后,通过仿真分析了关键结构参数波幅和周期对波形唇油封静接触性能参数的影响。考虑到波形唇油封的密封机理和油封材料的特殊性,本文借助流固耦合仿真分析,研究了油封和流体之间的相互作用,以及油封唇口结构对油封和流场之间相互作用的影响,对研究波形唇油封的密封性能具有重要作用。通过实验对波形唇油封的泵油量和径向接触力进行检测,并与普通唇形油封的检测结果进行对比。对比结果表明,波形唇油封的泵油能力比普通唇形油封强,波形唇油封的平均径向接触力小于普通唇形油封。
【图文】：

结构图,波形,结构图,油封

２．１波形唇油封密封机理逡逑２．１．１波形唇油封结构逡逑如图２－１所示，波形唇油封主要由弹簧、骨架、橡胶体、防尘唇口和主唇逡逑口组成，油封主唇口的油侧面和空气侧面均是由沿周向分布的波形曲线构成。逡逑其中，骨架主要起支撑作用，弹簧主要用来补偿油封的径向接触力。波形唇油逡逑封过盈的装配在旋转轴上，油封与轴形成具有一定宽度的波形接触区域，这是逡逑波形唇油封区别于其他种类油封最明确的特点。构成波形接触区域的波形曲线逡逑可以是任何形状的曲线，可以根据油封不同的工作环境进行设计。逡逑弹簧逦油侧曲面逡逑Ｙ／／／／／Ａ逦Ｕ－＾￣－逡逑橡胶体骨架逦防尘唇ｕ空ｎ侧曲面逡逑图２－１波形唇油封的结构图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｗａｖｙ邋ｌｉｐ邋ｓｅａｌ逡逑２．１．２楔形效应逡逑唇形油封作为现代工业中使用最广的密封之一，早在５０多年前，就有许多逡逑国内外学者开始对唇形油封的密封机理进行研宄。Ｊａｇｇｅｒ在１９５７年提出油封在逡逑稳定工作状态下，油封唇口与旋转轴之间存在一层很薄的连续流体润滑油膜，逡逑该油膜在流体动力润滑的作用下可以将油封唇口与旋转轴分开，以减少唇口的逡逑摩擦热量和避免唇口磨损［４］。流体动力润滑是当两个摩擦表面之间存在相对运逡逑动时

速度分布,油层,速度分布,压力分布

波形唇油封密封理论分析逡逑间存在从大端向小端的相对运动，并充满具有一定粘性的不可压缩液体［５４１。楔逡逑形间隙中的油层分布如图２－２所示。逡逑ｙｒＴｍＴｒｂ＾力分布逡逑ｆ＿＿．，ｆ邋１邋丨逦ｒ１－邋ＴｆＴｈｖ，，逡逑图２－２油层中的压力分布和速度分布逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｏｉｌ邋ｌａｙｅｒ逡逑图中，Ａ表面以速度ｖ从大端向小端运动，Ｂ表面固定，Ａ表面与Ｂ表面逡逑之间充满具有一定粘度、不可压缩的液体，由于液体的粘性以及与表面之间的逡逑吸附作用，与Ａ表面紧贴的油层速度ｗ等于Ａ表面的速度Ｖ，由于空间内油层逡逑受到剪切力的作用使得油层速度分布遵循直线规律。在楔形空间中，由于流入逡逑的流体量大于流出的流体量，且流体不可压缩，则空间内的剩余流体阻碍大端逡逑流体的流入，，帮助小端流体的流出，同时该部分流体会试图将上表面抬起，产逡逑生一种压力
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH136

【参考文献】