不同温度下主轴复合密封结构静动态数值模拟研究

发布时间：2019-07-20 11:45

【摘要】：航天器中密封结构形式多样，且多工作于苛刻环境、用于关键部位，其密封性能直接影响航天器的发射和运转。本文对某型号航天器中两种运动形式的主轴（往复轴、旋转轴）橡塑复合密封结构进行数值模拟，分别研究其常温20℃、低温-40℃和高温120℃三种温度下，复合密封件安装、压力下轴静态、压力下轴动态时的密封性能。两种复合密封件均由橡胶材料辅助密封件和填充聚四氟乙烯材料主密封件组成。对不同温度下各种工况进行数值模拟研究，可以全面掌握两种结构的密封性能，预测易损部位，提高密封可靠性。 本文首先分析了流体静、动态密封原理，介绍了聚四氟乙烯和橡胶材料的性能特点。由于橡胶材料的特殊性，其力学特性不能简单用弹性模量和泊松比来表征，故本文对其本构模型及试验建立方法进行了讨论，同时在不同温度下进行力学性能试验获取材料应力应变数据，，利用MARC软件拟合得到不同温度下橡胶材料的本构方程。 分别建立了往复轴和旋转轴复合密封结构静、动态下的非线性有限元模型，对该两种复合密封件在不同温度下的静、动态密封性能进行数值模拟研究，在获得各自的位移、变形、应力场分布的基础上，分别全面探究了温度变化和轴运动对两种结构静、动态工作性能的影响及规律，确定了系统薄弱环节。并对往复轴复合密封件常温安装下的接触应力进行了实验验证。 分别分析了两种复合密封结构决定动密封性能的关键因素；并通过逆解雷诺方程，获得了往复轴复合密封结构中动密封区上决定泄漏量的关键点上油膜厚度，从理论上计算了泄漏量。 最后，分别模拟研究了工况条件(如工作介质压力P和预压缩率W)和结构参数对两种复合密封结构密封性能的影响，找到了工况条件P、W，结构参数如L环唇口厚度、圆角半径等，方环总宽、环下部中间宽度等，对各自静、动态密封性能的主要影响及影响规律，并分别给出了适用于本文工况的综合密封性能较优的结构参数推荐参考值，为此类复合密封结构的设计提供了参考依据和借鉴。
【图文】：

往复主轴复合密封结构形式

往复主轴复合密封结构三种状态
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH136

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈宏,左正兴,廖日东;橡胶密封圈三维接触问题的有限元分析[J];兵工学报(坦克装甲车与发动机分册);1999年04期

2 常新龙;刘万雷;程建良;姜帆;赖建伟;;固体火箭发动机密封件湿热老化性能研究[J];弹箭与制导学报;2012年04期

3 任全彬,陈汝训,杨卫国;橡胶O形密封圈的变形及应力分析[J];航空动力学报;1995年03期

4 杨建勇;张赞牢;谌彪;储著专;;有限元分析法在Y_X形橡胶密封圈设计中的应用[J];后勤工程学院学报;2009年03期

5 常洁;陈同祥;;航天器中一种典型O形密封圈的有限元分析[J];航天器工程;2008年04期

6 喻新发;闫荣鑫;邵容平;孟冬辉;郭欣;;空间站在轨密封检漏技术研究[J];航天器环境工程;2008年02期

7 张继华;任灵;赵云峰;王立峰;;空间环境用耐低温硅橡胶密封材料研究[J];航天器环境工程;2011年02期

8 贺庆平;张付英;沈晓斌;;基于有限元分析的液压往复密封优化设计[J];机械设计与制造;2008年07期

9 陈国定,Haiser H,Haas W,Lechner G;O形密封圈的有限元力学分析[J];机械科学与技术;2000年05期

10 陈占清;詹永麒;朱昌明;;压缩率对O形橡胶密封圈密封性能的影响[J];流体传动与控制;2007年02期

本文编号：2516704