活塞式气泵往复密封技术研究

发布时间：2017-08-18 16:18

  本文关键词：活塞式气泵往复密封技术研究

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【摘要】：低压、低速、干摩擦是往复密封中应用比较少的一种工作状态。对于此种工况下的密封形式目前研究相对较少，缺乏成熟的理论基础和可靠的实验数据。本文根据空间站环控系统中活塞式气泵的实际工况和工作要求，对活塞处的密封结构进行重新设计，力求在满足密封要求的前提下，提高其使用寿命。 空间站用活塞式气泵工作时，对活塞处的密封性能要求相对不高，但是考虑到密封设备更换的难度，，对密封系统的使用寿命要求很高。本文通过研究实验确定密封圈结构为双三角组合密封圈结构，并配以工程上长用的矩形沟槽。双三角组合密封圈结构紧凑、安装简单、耐磨损、耐挤出、双向密封，特别适用于轻型、小直径、往复式动密封。 根据设计确定的密封结构建立三维模型。使用MSC.Patran与Nastran有限元仿真软件对密封圈在不同压缩率、不同气体压力下的变形与受力情况进行了分析，得出了相应情况下的范·米塞斯(Von Mises)应力分布云图，以及最大范·米塞斯应力变化表；绘制了密封圈在不同压缩率、不同气体压力情况下的接触压力曲线图。从范·米塞斯应力分布云图可以看出：在0~0.25Mp范围内，随着气体压力的增加，密封元件O形圈部分的最大范·米塞斯应力变化不大，双三角部分范·米塞斯应力变化较大，峰值出现在主密封区边界处；主密封区的接触压力相应变大，最大接触应力的位置也发生变化，并始终满足密封要求。 对不同配合副材料的活塞式气泵在不同气体压力和不同压缩率条件下进行摩擦力对比实验。实验表明：随着压缩率的增加，摩擦力会相应增加；在0～0.2Mp范围内，气体压力对摩擦力影响较小；在相同压缩率、相同气体压力情况下，密封圈与氧化锆陶瓷衬套配合的摩擦力要略小于与喷涂DLC薄膜的316L不锈钢配合的摩擦力。 最后，进行气泵不同配合副材料寿命对比实验，测试改善后不同配合副密封结构的密封性能和密封寿命，选择相对可行的配合副材料。
【关键词】：干摩擦 低压低速 双三角组合密封圈 往复密封 有限元分析
【学位授予单位】：北华航天工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH321;TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 往复密封技术国内外研究现状11-14
• 1.2.1 往复密封技术发展历程11-12
• 1.2.2 往复密封技术国外研究现状12-13
• 1.2.3 往复密封技术国内研究现状13-14
• 1.3 往复运动密封概述14-17
• 1.3.1 往复密封的典型结构14-15
• 1.3.2 常用往复运动密封件15-16
• 1.3.3 常用往复运动密封件材料16-17
• 1.4 密封效果的影响因素17-19
• 1.4.1 润滑状态17
• 1.4.2 接触压力与相对滑动速度17-18
• 1.4.3 表面粗糙度和微观形态18
• 1.4.4 密封间隙18
• 1.4.5 配合副材料18-19
• 1.5 课题来源和研究意义19
• 1.6 本文的主要研究内容和研究方法19-21
• 第2章 气泵活塞处密封结构的研究与设计21-32
• 2.1 工况条件和性能要求21
• 2.1.1 工况条件21
• 2.1.2 性能要求21
• 2.2 密封圈结构的设计及密封原理21-23
• 2.2.1 密封圈结构的设计21-22
• 2.2.2 双三角组合密封圈的密封原理22-23
• 2.3 密封结构材料的优化选择23-27
• 2.3.1 双三角组合密封圈材料的分析与选择23-24
• 2.3.2 活塞杆和缸体材料的分析与选择24
• 2.3.3 橡胶材料的特性分析24-27
• 2.4 往复密封结构的设计步骤27-31
• 2.4.1 双三角组合密封圈的设计27-29
• 2.4.2 双三角组合密封圈的沟槽设计29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 往复密封结构有限元分析32-45
• 3.1 往复密封结构有限元分析方法32-33
• 3.2 材料常数的确定33
• 3.3 Patran 建模33-36
• 3.3.1 双三角组合密封圈和沟槽尺寸33-34
• 3.3.2 活塞处有限元建模34-35
• 3.3.3 添加边界条件和载荷35-36
• 3.4 双三角组合密封圈受力分析36-44
• 3.5 本章小节44-45
• 第4章 不同配合副材料性能对比实验与分析45-55
• 4.1 摩擦力对比测试实验45-48
• 4.1.1 实验目的45
• 4.1.2 实验平台的设计与搭建45-46
• 4.1.3 实验内容与方法46
• 4.1.4 实验结果与对比分析46-48
• 4.2 不同配合副材料密封寿命对比试验48-54
• 4.2.1 实验目的48
• 4.2.2 实验平台的设计与搭建48-51
• 4.2.3 实验内容和实验方法51-52
• 4.2.4 实验结果与对比分析52-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第5章 总结与展望55-57
• 5.1 总结55
• 5.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61

【参考文献】

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本文编号：695521