液压直线往复密封软弹流润滑理论与实验研究
发布时间：2022-10-04 15:50
液压直线往复密封因其良好的追随性、补偿性和较低的摩擦阻力,广泛应用于航空、航天、船舶、汽车和工程机械等领域的液压缸设备中,用于防止油液的外漏以及外界污染物侵入液压系统。它的失效会直接影响液压系统的效率,导致巨大的经济损失,严重时甚至会带来人身安全事故。因此,理论分析结合实验研究,开展液压直线往复密封的机理揭示及性能预测研究,有助于高寿命、高可靠性密封的研制,有利于推动往复密封设计方法及理论体系的完善与发展,对保障我国关键液压设备的安全可靠性、实现我国高端密封产品的国产化具有重要的理论价值和实际意义。基于软弹流润滑理论,建立了多尺度多物理场耦合的等温软弹流混合润滑模型,采用有限单元法耦合求解并验证了数值仿真模型的正确性。模型耦合考虑了界面油膜的流体力学分析、密封圈表面粗糙峰与活塞杆之间的接触力学分析、密封圈的宏观固体力学分析以及接触区密封表面的微观变形分析。在等温条件下,对比分析了不同工况参数下橡胶O形圈和橡塑组合斯特封界面油膜压力和膜厚的分布,揭示了典型往复密封的混合润滑机理,获得了往复速度、介质压力和摩擦配副表面粗糙度等关键工况和表面形貌参数对典型往复密封性能的影响规律,指出斯特封唇...
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 课题背景与意义
1.2 液压往复密封结构及原理概述
1.2.1 液压往复密封典型结构
1.2.2 液压往复密封工作原理
1.3 液压往复密封软弹流研究现状
1.3.1 软弹流润滑理论现状
1.3.2 往复密封理论研究现状
1.3.3 往复密封实验研究现状
1.4 研究现状总结及存在问题
1.5 研究内容与方法
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究方法与技术路线
第二章 等温软弹流混合润滑模型与密封性能分析
2.1 引言
2.2 等温软弹流混合润滑模型
2.2.1 模型假设
2.2.2 流体力学分析
2.2.3 接触力学分析
2.2.4 固体力学分析
2.2.5 微观变形分析
2.2.6 软弹流模型的计算流程
2.3 数值计算方法及验证
2.4 典型往复密封结构稳态性能分析
2.4.1 橡胶O形往复密封件
2.4.2 橡塑组合斯特封密封件
2.5 本章小结
第三章 热弹流混合润滑模型与O形圈稳态性能分析
3.1 引言
3.2 热弹流混合润滑模型的建立
3.2.1 几何模型
3.2.2 数学模型
3.2.3 边界条件
3.3 数值计算方法及验证
3.4 牛顿流体润滑O形圈稳态性能分析
3.4.1 热效应对密封性能的影响机制分析
3.4.2 工况参数对热流体动力润滑特性的影响
3.5 非牛顿流体润滑O形圈稳态性能分析
3.5.1 非牛顿流体广义雷诺方程推导
3.5.2 流变属性对密封行为的影响机制分析
3.5.3 工况参数对热动力润滑特性的影响
3.6 本章小结
第四章 变速工况下O形圈瞬态混合热弹流润滑分析
4.1 引言
4.2 数学模型
4.2.1 瞬态广义雷诺方程
4.2.2 瞬态能量方程
4.2.3 瞬态热传导方程
4.2.4 数值计算方法
4.3 变速运动工况的确定
4.4 变速瞬时工况下密封性能分析
4.4.1 密封性能时变规律分析
4.4.2 工况参数对瞬态密封性能的影响
4.5 油膜水污染对瞬态密封性能的影响
4.5.1 油水两相流物性模型
4.5.2 油膜水污染对润滑特性的影响
4.6 本章小结
第五章 液压往复密封实验台架设计与O形圈性能实验研究
5.1 引言
5.2 实验方案及原理
5.3 液压往复密封实验装置
5.3.1 液压往复实验台架整体设计
5.3.2 滑台驱动系统设计
5.3.3 液压泵站设计
5.3.4 实验缸结构设计
5.3.5 测试系统设计
5.4 关键实验参数的测量与采集
5.4.1 摩擦力测量
5.4.2 泄漏量测量
5.4.3 界面温度测量
5.4.4 表面形貌测量
5.5 实验结果与分析
5.5.1 准恒速工况密封性能分析
5.5.2 变速工况密封性能分析
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
1 作者简历
2 攻读博士学位期间发表的学术论文
3 参与的科研项目及获奖情况
4 发明专利
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于幂律流体模型的非牛顿流体对斯特封密封行为影响的仿真研究（英文）[J]. Bing-qing WANG,Xu-dong PENG,Xiang-kai MENG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2018(11)
[2]高压星形密封圈的密封性能分析[J]. 王冰清,余三成,孟祥铠,李勇,李纪云. 流体机械. 2017(08)
[3]基于正交试验的高压X形密封圈结构优化[J]. 刘洪宇,王冰清,孟祥铠,陆旻,彭旭东. 润滑与密封. 2017(07)
[4]振动对格莱圈密封性能的影响[J]. 杨忠炯,包捷,周剑奇,李俊. 流体机械. 2017(06)
[5]航空作动器O形密封材料失效分析[J]. 欧阳小平,刘玉龙,薛志全,郭生荣,周清和,杨华勇. 浙江大学学报(工学版). 2017(07)
[6]轴向振动对格莱圈密封泄漏量的影响[J]. 周剑奇,杨忠炯,周立强. 计算机仿真. 2017(02)
[7]乏油环境下橡胶密封材料在粗糙表面上的摩擦磨损行为研究[J]. 董峰,沈明学,彭旭东,张兆想,孟祥铠,王玉明. 摩擦学学报. 2016(06)
[8]方形同轴组合密封的结构及运行参数优化研究[J]. 张付英,孙宇佳,姜向敏. 天津科技大学学报. 2016(04)
[9]油水两相流对轧机油膜轴承热弹流润滑的影响[J]. 王涛,王优强,王建,范晓梦. 润滑与密封. 2016(05)
[10]Al2O3颗粒对丁腈橡胶/316L不锈钢配副摩擦磨损行为的影响（英文）[J]. Ming-xue SHEN,Jin-peng ZHENG,Xiang-kai MENG,Xiao LI,Xu-dong PENG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2015(02)
博士论文
[1]粘弹性力学中的辛方法[D]. 张维祥.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]热油老化对丁腈橡胶力学性能及摩擦学特性的影响研究[D]. 阙刚.浙江工业大学 2017
[2]配副表面粗糙纹理对橡胶密封圈摩擦学性能影响研究[D]. 董峰.浙江工业大学 2017
[3]热氧老化对干摩状态下丁腈橡胶摩擦学特性影响的研究[D]. 李欣欣.浙江工业大学 2016
[4]高压航空作动器主密封性能研究[D]. 吴长贵.清华大学 2016
[5]Y型气动密封圈的可靠性建模与实验研究[D]. 迪力夏提·艾海提.清华大学 2015
[6]橡胶密封圈粘弹特性研究[D]. 陆婷婷.北京化工大学 2015
[7]冲压装备用往复密封特性的仿真研究[D]. 黄乐.清华大学 2015
[8]飞机作动筒动密封试验系统开发及仿真分析[D]. 刘奔.浙江大学 2014
[9]液压作动器的密封磨粒磨损及寿命预测若干问题研究[D]. 吴琼.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3685318
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 课题背景与意义
1.2 液压往复密封结构及原理概述
1.2.1 液压往复密封典型结构
1.2.2 液压往复密封工作原理
1.3 液压往复密封软弹流研究现状
1.3.1 软弹流润滑理论现状
1.3.2 往复密封理论研究现状
1.3.3 往复密封实验研究现状
1.4 研究现状总结及存在问题
1.5 研究内容与方法
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究方法与技术路线
第二章 等温软弹流混合润滑模型与密封性能分析
2.1 引言
2.2 等温软弹流混合润滑模型
2.2.1 模型假设
2.2.2 流体力学分析
2.2.3 接触力学分析
2.2.4 固体力学分析
2.2.5 微观变形分析
2.2.6 软弹流模型的计算流程
2.3 数值计算方法及验证
2.4 典型往复密封结构稳态性能分析
2.4.1 橡胶O形往复密封件
2.4.2 橡塑组合斯特封密封件
2.5 本章小结
第三章 热弹流混合润滑模型与O形圈稳态性能分析
3.1 引言
3.2 热弹流混合润滑模型的建立
3.2.1 几何模型
3.2.2 数学模型
3.2.3 边界条件
3.3 数值计算方法及验证
3.4 牛顿流体润滑O形圈稳态性能分析
3.4.1 热效应对密封性能的影响机制分析
3.4.2 工况参数对热流体动力润滑特性的影响
3.5 非牛顿流体润滑O形圈稳态性能分析
3.5.1 非牛顿流体广义雷诺方程推导
3.5.2 流变属性对密封行为的影响机制分析
3.5.3 工况参数对热动力润滑特性的影响
3.6 本章小结
第四章 变速工况下O形圈瞬态混合热弹流润滑分析
4.1 引言
4.2 数学模型
4.2.1 瞬态广义雷诺方程
4.2.2 瞬态能量方程
4.2.3 瞬态热传导方程
4.2.4 数值计算方法
4.3 变速运动工况的确定
4.4 变速瞬时工况下密封性能分析
4.4.1 密封性能时变规律分析
4.4.2 工况参数对瞬态密封性能的影响
4.5 油膜水污染对瞬态密封性能的影响
4.5.1 油水两相流物性模型
4.5.2 油膜水污染对润滑特性的影响
4.6 本章小结
第五章 液压往复密封实验台架设计与O形圈性能实验研究
5.1 引言
5.2 实验方案及原理
5.3 液压往复密封实验装置
5.3.1 液压往复实验台架整体设计
5.3.2 滑台驱动系统设计
5.3.3 液压泵站设计
5.3.4 实验缸结构设计
5.3.5 测试系统设计
5.4 关键实验参数的测量与采集
5.4.1 摩擦力测量
5.4.2 泄漏量测量
5.4.3 界面温度测量
5.4.4 表面形貌测量
5.5 实验结果与分析
5.5.1 准恒速工况密封性能分析
5.5.2 变速工况密封性能分析
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
1 作者简历
2 攻读博士学位期间发表的学术论文
3 参与的科研项目及获奖情况
4 发明专利
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于幂律流体模型的非牛顿流体对斯特封密封行为影响的仿真研究（英文）[J]. Bing-qing WANG,Xu-dong PENG,Xiang-kai MENG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2018(11)
[2]高压星形密封圈的密封性能分析[J]. 王冰清,余三成,孟祥铠,李勇,李纪云. 流体机械. 2017(08)
[3]基于正交试验的高压X形密封圈结构优化[J]. 刘洪宇,王冰清,孟祥铠,陆旻,彭旭东. 润滑与密封. 2017(07)
[4]振动对格莱圈密封性能的影响[J]. 杨忠炯,包捷,周剑奇,李俊. 流体机械. 2017(06)
[5]航空作动器O形密封材料失效分析[J]. 欧阳小平,刘玉龙,薛志全,郭生荣,周清和,杨华勇. 浙江大学学报(工学版). 2017(07)
[6]轴向振动对格莱圈密封泄漏量的影响[J]. 周剑奇,杨忠炯,周立强. 计算机仿真. 2017(02)
[7]乏油环境下橡胶密封材料在粗糙表面上的摩擦磨损行为研究[J]. 董峰,沈明学,彭旭东,张兆想,孟祥铠,王玉明. 摩擦学学报. 2016(06)
[8]方形同轴组合密封的结构及运行参数优化研究[J]. 张付英,孙宇佳,姜向敏. 天津科技大学学报. 2016(04)
[9]油水两相流对轧机油膜轴承热弹流润滑的影响[J]. 王涛,王优强,王建,范晓梦. 润滑与密封. 2016(05)
[10]Al2O3颗粒对丁腈橡胶/316L不锈钢配副摩擦磨损行为的影响（英文）[J]. Ming-xue SHEN,Jin-peng ZHENG,Xiang-kai MENG,Xiao LI,Xu-dong PENG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics ＆ Engineering）. 2015(02)
博士论文
[1]粘弹性力学中的辛方法[D]. 张维祥.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]热油老化对丁腈橡胶力学性能及摩擦学特性的影响研究[D]. 阙刚.浙江工业大学 2017
[2]配副表面粗糙纹理对橡胶密封圈摩擦学性能影响研究[D]. 董峰.浙江工业大学 2017
[3]热氧老化对干摩状态下丁腈橡胶摩擦学特性影响的研究[D]. 李欣欣.浙江工业大学 2016
[4]高压航空作动器主密封性能研究[D]. 吴长贵.清华大学 2016
[5]Y型气动密封圈的可靠性建模与实验研究[D]. 迪力夏提·艾海提.清华大学 2015
[6]橡胶密封圈粘弹特性研究[D]. 陆婷婷.北京化工大学 2015
[7]冲压装备用往复密封特性的仿真研究[D]. 黄乐.清华大学 2015
[8]飞机作动筒动密封试验系统开发及仿真分析[D]. 刘奔.浙江大学 2014
[9]液压作动器的密封磨粒磨损及寿命预测若干问题研究[D]. 吴琼.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3685318
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