旋转油封密封界面表面织构化研究
发布时间：2021-07-05 21:45
由于其结构简单,安装方便和密封可靠等优势,旋转油封被广泛应用于旋转机械中,起到防止密封介质泄漏,并隔绝外界杂质进入的作用。随着油封应用领域的拓宽,对其密封性能、摩擦学特性和使用寿命提出了更加苛刻的要求。为满足上述要求,本文针对旋转油封表界面的织构化开展理论模拟和试验研究,对比分析了不同粗糙表面形貌和椭圆形微织构对油封的润滑特性和密封性能的影响规律。首先,基于旋转油封的二维轴对称有限元模型,考虑唇口过盈量、弹簧抱紧力和介质压力等边界条件,获得了唇口接触区宽度和接触压力分布;采用油封三维有限元模型,计算了唇口径向变形和切向变形系数矩阵,通过矩阵描述了唇口的变形特性。综合考虑唇口的径向变形、粗糙峰的剪切变形和油膜厚度等之间的耦合关系,建立旋转油封的软弹流润滑模型,实现了润滑方程和变形方程的数值求解。其次,在上述软弹流润滑模型基础上,对比研究了不同粗糙度模型和不同几何参数下的椭圆形微织构对油封润滑特性和密封性能的影响规律,仿真结果表明:对织构化轴表面和未织构化轴表面,唇口的粗糙峰分布对油封性能都具有不可忽略的作用;轴表面倾斜椭圆织构的引入明显改善了油封的润滑和密封特性,且在带压和高速工况下,性...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
唇形密封系统
y，并在接触区产生接触压力。根据其密封机理，该静态下的接触压力也为液膜闭合力。如图2-2所示为唇形密封有限元模型和边界条件，图 2-2 唇形密封有限元模型和边界条件其中唇口与轴之间的过盈量为1=0.8mm，由于金属骨架的存在并忽略其变形故在油封的上边界和左边界施加全约束条件。通过商用有限元软件 ANSYS 建立其二维轴对称模型，其中轴设为绝对刚性体，旋转油封密封采用“plane183”单元，表 2-1 油封有限元计算参数参数 数值油腔压力 pi，MPa 0.1环境压力 po，MPa 0.1轴径 D，mm 60弹簧力 Fsp
浙江工业大学硕士学位论文（学术型）接触单元采用“targe169”单元和“conta172”单元。唇封材料为丁腈橡胶，由于橡胶材料属于超弹性材料，其应力-应变关系较为复杂，根据其不可压缩特性，本文的本构模型采用三参数的“Mooney-Rivlin”模型，取 C01=0.887MPa，C10=-0.4173 MPa，C11=0.0073 MPa，其余计算参数如表 2-1 所示。图 2-3 所示为旋转油封在 ANSYS 中获得的径向应力分布云图，由计算结果可知径向应力最大值出现在接触区域，且随着远离接触区，接触应力迅速减小故具有局部性，这是由于旋转油封在安装及工作过程中，唇口处发生的变形量最大，且随着远离接触区，其变形量也迅速减少。如图 2-4 示出接触区接触压力分布图，其中接触力则呈现非对称分布，其峰值的轴向位置出现在靠近介质侧，根据Kammüller 和 Müller 提出反向泵送理论，其能产生积极的反向泵送效应。且根据静态接触力曲线图易得，轴向接触区宽 Ly=0.112mm，最大接触压力 1.09MPa。
【参考文献】：
期刊论文
[1]旋转唇形油封密封性能的有限元分析[J]. 康帅,赵良举,杜长春,李云飞,许曼曼,唐陈. 机械科学与技术. 2015(09)
[2]唇形密封轴表面方向性微孔的润滑特性[J]. 江华生,孟祥铠,沈明学,彭旭东. 化工学报. 2015(02)
[3]旋转轴唇形密封泵吸率的有限元数值分析[J]. 江华生,彭旭东,孟祥铠,沈明学. 上海交通大学学报. 2014(08)
[4]基于快速傅里叶变换的三维非高斯粗糙表面数值仿真[J]. 张生光,王文中. 中国科技论文. 2014(08)
[5]不同形状方向性型孔液体润滑端面密封性能对比[J]. 佘宝瑛,彭旭东,孟祥铠,李纪云. 化工学报. 2014(06)
[6]旋转轴唇密封轴表面微螺旋槽的反向泵送特性[J]. 贾晓红,Richard F.Salant,Steffen Jung,Werner Haas,王玉明. 清华大学学报(自然科学版). 2013(10)
[7]旋转轴唇形密封混合润滑理论模型和试验验证[J]. 郭飞,贾晓红,黄乐,王玉明. 机械工程学报. 2014(03)
[8]旋转轴唇形密封圈的有限元分析与仿真[J]. 桑建兵,邢素芳,刘宝会,周婧,卢宸华. 液压与气动. 2013(05)
[9]基于Ansys的油封径向力分析[J]. 黄乐,郭飞,贾晓红,索双富,范清. 润滑与密封. 2013(04)
[10]结构参数对径向唇形密封圈密封性能的影响研究[J]. 吴庄俊,赵良举,杜长春,洪玉意,李云飞,赵向雷. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2012(11)
硕士论文
[1]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：3266882
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
唇形密封系统
y，并在接触区产生接触压力。根据其密封机理，该静态下的接触压力也为液膜闭合力。如图2-2所示为唇形密封有限元模型和边界条件，图 2-2 唇形密封有限元模型和边界条件其中唇口与轴之间的过盈量为1=0.8mm，由于金属骨架的存在并忽略其变形故在油封的上边界和左边界施加全约束条件。通过商用有限元软件 ANSYS 建立其二维轴对称模型，其中轴设为绝对刚性体，旋转油封密封采用“plane183”单元，表 2-1 油封有限元计算参数参数 数值油腔压力 pi，MPa 0.1环境压力 po，MPa 0.1轴径 D，mm 60弹簧力 Fsp
浙江工业大学硕士学位论文（学术型）接触单元采用“targe169”单元和“conta172”单元。唇封材料为丁腈橡胶，由于橡胶材料属于超弹性材料，其应力-应变关系较为复杂，根据其不可压缩特性，本文的本构模型采用三参数的“Mooney-Rivlin”模型，取 C01=0.887MPa，C10=-0.4173 MPa，C11=0.0073 MPa，其余计算参数如表 2-1 所示。图 2-3 所示为旋转油封在 ANSYS 中获得的径向应力分布云图，由计算结果可知径向应力最大值出现在接触区域，且随着远离接触区，接触应力迅速减小故具有局部性，这是由于旋转油封在安装及工作过程中，唇口处发生的变形量最大，且随着远离接触区，其变形量也迅速减少。如图 2-4 示出接触区接触压力分布图，其中接触力则呈现非对称分布，其峰值的轴向位置出现在靠近介质侧，根据Kammüller 和 Müller 提出反向泵送理论，其能产生积极的反向泵送效应。且根据静态接触力曲线图易得，轴向接触区宽 Ly=0.112mm，最大接触压力 1.09MPa。
【参考文献】：
期刊论文
[1]旋转唇形油封密封性能的有限元分析[J]. 康帅,赵良举,杜长春,李云飞,许曼曼,唐陈. 机械科学与技术. 2015(09)
[2]唇形密封轴表面方向性微孔的润滑特性[J]. 江华生,孟祥铠,沈明学,彭旭东. 化工学报. 2015(02)
[3]旋转轴唇形密封泵吸率的有限元数值分析[J]. 江华生,彭旭东,孟祥铠,沈明学. 上海交通大学学报. 2014(08)
[4]基于快速傅里叶变换的三维非高斯粗糙表面数值仿真[J]. 张生光,王文中. 中国科技论文. 2014(08)
[5]不同形状方向性型孔液体润滑端面密封性能对比[J]. 佘宝瑛,彭旭东,孟祥铠,李纪云. 化工学报. 2014(06)
[6]旋转轴唇密封轴表面微螺旋槽的反向泵送特性[J]. 贾晓红,Richard F.Salant,Steffen Jung,Werner Haas,王玉明. 清华大学学报(自然科学版). 2013(10)
[7]旋转轴唇形密封混合润滑理论模型和试验验证[J]. 郭飞,贾晓红,黄乐,王玉明. 机械工程学报. 2014(03)
[8]旋转轴唇形密封圈的有限元分析与仿真[J]. 桑建兵,邢素芳,刘宝会,周婧,卢宸华. 液压与气动. 2013(05)
[9]基于Ansys的油封径向力分析[J]. 黄乐,郭飞,贾晓红,索双富,范清. 润滑与密封. 2013(04)
[10]结构参数对径向唇形密封圈密封性能的影响研究[J]. 吴庄俊,赵良举,杜长春,洪玉意,李云飞,赵向雷. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2012(11)
硕士论文
[1]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：3266882
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