旋转轴唇形密封混合润滑理论模型和试验验证

基于旋转轴唇形密封的反向泵送机理,采用流量因子统计学方法同时考虑密封唇表面粗糙峰接触的影响进行唇封性能的理论分析,建立唇封的混合润滑模型,模型耦合考虑流体力学分析,粗糙峰接触力学分析以及变形分析。求解雷诺方程得出油膜压力和切应力,利用GREENWOOD-WILLIAMSON接触模型计算粗糙峰与轴之间的接触压力,采用影响系数法进行变形分析。基于所建立的混合润滑模型,结合一种典型的唇封结构,对评价唇封性能的泵送率和摩擦扭矩进行数值计算,并通过自主研制的台架试验验证了唇封混合润滑模型的正确性。由于表面粗糙峰是导致旋转轴唇形密封产生泵送效果的原因,利用验证的理论模型对粗糙度对泵送率、摩擦扭矩和接触面积的影响进行分析。     

双唇Y形拉杆密封的密封性能研究*

建立双唇Y形拉杆封的混合润滑模型,并进行流体力学、接触力学、变形力学分析。利用MatLab软件实现对模型的求解,得到密封区域的流量、膜厚和接触压力分布,并分析不同密封件粗糙度对轴向往复双唇Y形密封圈的摩擦力矩、泄漏量的影响。结果表明:在双唇Y形往复密封中,两唇在密封过程中均处于混合润滑状态,且第一内唇处的膜厚大于第二内唇处;第二内唇静态接触压力近似于对称分布,且第二内唇最大接触压力大于第一内唇最大接触压力,表明第二内唇作为密封的第二道防线可以保证良好的密封效果;密封件粗糙度是影响矩形密封性能的重要因素,随表面粗糙度的增加,直线往复密封的摩擦力和泄漏量增大,存在一个临界粗糙度使泄漏方向改变。     

盾构机主驱动密封结构优化研究

盾构机主驱动密封系统是盾构机的关键系统之一，主驱动密封圈性能直接影响盾构机的性能。对影响盾构机主驱动密封性能的唇形密封圈主要结构参数建立正交试验方案，利用有限元分析软件ABAQUS建立盾构机主驱动密封圈工作过程中开启压力差及接触宽度的计算方法，并按照正交试验方案对开启压力差及接触宽度进行仿真计算，然后对计算结果进行方差分析。分析结果表明：唇形密封圈的唇高度和唇厚度对开启压力差有显著影响，唇曲度和唇高度对接触宽度有显著影响。根据密封要求与分析结果，选取唇曲度为17 mm,唇高度为22.35 mm,压缩量为7.1 mm,唇厚度为5 mm的密封圈结构为最适结构，结构优化后开启压力差降低33%,接触宽度降低23%。     

盾构机唇形密封流固热耦合仿真研究

盾构机主驱动唇形密封性能直接影响整台盾构机的施工效率。盾构机主驱动唇封密封介质为润滑脂,工作时唇口温度可达50～60℃,为更好地预测唇封的密封性能,考虑润滑脂流变特性、唇口温度对流场分析、密封材料的影响,建立盾构机唇形密封流固热耦合仿真模型。利用流速分离法推导润滑脂二维雷诺方程,采用赫兹接触模型计算粗糙峰接触压力,结合有限元软件开展热力耦合分析,实现唇封温度场及摩擦力矩、泄漏率等关键性能参数的定量预测。结果表明：考虑温度场后唇封最大接触压力减小,接触宽度增大,摩擦力矩减小。温度对唇封应力应变状态及密封性能产生较大影响,这对盾构机主驱动唇形密封设计具有一定指导作用。     

基于ANSYS的Y形密封圈密封性能研究

利用有限元分析软件ANSYS研究Y形密封圈的密封性能,分析不同工作压力下密封偶合面间的压力分布与变形,得到密封偶合面间的接触应力分布规律及接触应力与工作介质压力之间的关系。模拟不同工况时Y形圈与相对运动表面间的摩擦力大小及Y形圈的挤出状况,给出不同间隙和不同工作压力下的挤入临界曲线。结果表明:Y形密封圈接触压力的最大值发生在密封圈与缸体接触的唇部区域;摩擦力最大值发生在Y形圈与活塞及缸体接触的2个唇形区域;Y形密封圈上下唇的最大接触压力随着工作压力的增加而增大,且总是大于工作压力,并且外行程时受到的摩擦力总是大于内行程时受到的摩擦力,因而具有良好的耐压性和密封性能。     

基于田口法和响应曲面法的旋转唇密封可靠性分析

基于有限元分析软件Abaqus建立旋转唇密封模型,计算得到其静态接触压力和径向变形影响系数矩阵,然后通过油封数值计算模型计算得到其泵吸率;在工况一定的情况下,分析理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚结构参数对密封性能的影响,并应用田口实验法进行正交试验设计,以信噪比作为衡量泵吸率稳定性的指标,得到影响密封可靠性的最佳参数组合;应用响应曲面分析,得到油封的极限状态方程,并通过蒙特卡洛法计算基于结构参数的油封可靠度。结果表明：各结构参数对泵吸率的影响排序依次是理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚;所研究油封的密封可靠度为0.999 87。     

旋转式唇型圈停车密封开启全过程密封特性研究

为探究旋转式密封圈脱开全过程的密封性能参数变化,借助非线性有限元软件ANSYS,建立三维的"超弹性体"的两参数Mooney-Rivlin橡胶模型、弹簧和"刚体"的静止轴模型,研究传统唇型密封圈和2种新型唇形密封圈(G形与S形)在脱开过程中接触压力、接触宽度、摩擦力的变化规律,分析入口压力、过盈量、弹簧力、橡胶密度对脱开...     

安装过盈量和水压对唇形密封圈密封性能的影响研究

针对密封圈存在因接触压力过小和温度过高产生的失效问题,利用有限元软件,建立带V型板弹簧的唇形密封三维轴对称有限元模型,分析水压与安装过盈量对唇形密封圈密封性能的影响。结果表明：唇口接触宽度、最大接触压力和唇口温度都随安装过盈量的增大而增大,在相同的安装条件下,有弹簧比无弹簧的条件下唇口接触宽度、最大接触压力和最高温度更大;随着水压的增大,最大接触压力增大,受压侧比非受压侧受水压影响更大,接触压力的最大值出现在唇口尖端处。     

混合润滑状态下旋转唇形密封的失效机制模型

为探究旋转唇形密封的失效机制,综合考虑流体、微凸体、弹性变形和温度对旋转唇形密封的影响,构建旋转唇形密封多场耦合模型,并基于多场耦合模型与关键点更新策略提出混合润滑状态下旋转唇形密封的磨损退化模型仿真方法。通过设计故障模拟试验,将试验结果与仿真结果进行对比,验证了仿真方法的有效性。结果表明：唇形密封件在初期磨损速率较大,之后趋于平缓;唇尖处接触压力最大,磨损速率最大。     

转速对旋转式唇形密封接触性能参数的影响

为研究转速对旋转式唇形密封圈接触性能参数的影响规律,采用ANSYS软件建立唇形密封圈在旋转离心力作用下的有限元模型,求解唇形密封圈的应力应变和接触性能参数.结果 表明,在研究的密封圈转速范围内,密封圈的应力应变集中作用在其腰部结构和唇口部位;随着转速的增加,密封圈接触宽度、接触压力最大值和径向力等接触性能参数呈现非线性...     

表面微织构的组合设计及其对油封性能的影响

对油封表面微织构的形状进行组合设计,应用Abaqus仿真分析不同组合微织构油封的静态接触压力和变形影响矩阵;基于二维平均雷诺方程,建立考虑表面粗糙度以及唇口油膜空化现象影响的流体润滑模型,分析不同形状微织构对旋转油封密封性能的影响规律。结果表明：在相同工况下,相较于无织构油封,微织构对油封泵吸率以及油膜厚度提升较为显著,且组合型织构的提升效果优于单一三角形织构;三角形与半圆形组合织构对油封泵吸率的提升效果最佳,半圆形与方形组合织构对油封油膜厚度的提升为最佳。     

A Transient Mixed Lubrication Model of a Rotary Lip Seal with a Rough Shaft

A rotary lip seal, widely used in machines containing rotating shafts, is usually protected from mechanical and thermal damage by a thin film of lubricant under the lip, separating the lip and the shaft surfaces. However, under some transient conditions such as those during startup and shutdown, the fluid film is not fully established or it breaks down, and the seal operates in the mixed lubrication regime. To simulate such cases, a transient mixed lubrication analysis has been developed. It generates predictions of such seal operating characteristics as load support sharing between hydrodynamic and contact pressure, contact and cavitation area ratio, the reverse pumping rate, and the average film thickness. In most previous numerical simulations of the rotary lip seal, the shaft surface is modeled as perfectly smooth. In the present study, a more realistic shaft surface with asperities is used, and the effect of the shaft surface roughness on the behavior of the seal is investigated.     

船舶艉轴密封环机械变形有限元分析

对于船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形,传统采用的分析方法隔离体法和整体粘接都假定密封端面必须始终完全接触,忽略了动、静环密封端面变形的差异,不能反映高介质压力下密封端面的局部接触问题。本文基于接触理论提出了整体接触法,对船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形进行了有限元分析,保证了端面受力与变形的协调,实现了端面接触力的自动求解和静密封环的平衡。有限元分析结果表明,密封端面在力和力矩作用下产生锥形变形,形成接触闭合区和锥形开口区,且在接触区有应力集中。     

汽车水泵轴承密封圈接触应力有限元分析

基于ANSYS构建了汽车水泵轴承密封圈的二维轴对称有限元模型,对不同初始过盈量下密封圈的变形、Von-mises应力分布和主唇口接触应力变化规律进行了研究。结果表明,密封圈主唇口轴向接触宽度上的应力分布为三角形分布,密封圈与轴接触面间的最大接触应力与初始过盈量之间呈近似线性关系。     

轴用VL形组合密封件装配工艺仿真研究及验证

橡塑组合密封是由橡胶圈和塑料密封环组成,安装过程中塑料环的变形对密封性能有重要影响。以轴用VL形组合密封为例,基于三维有限元仿真模型和可视化密封装配台架针对不同流程的装配工艺开展研究。利用有限元仿真还原密封圈装配过程,搭建可视化密封件装配台架,开展密封件装配试验,验证有限元仿真装配过程的准确性;提取密封界面接触压力、接触宽度等关键参数,评判密封性能;建立密封性能与装配工艺之间的关系,优化密封件安装、矫正工艺流程,解决装配过程随机化、经验化问题。试验结果表明：常温安装时密封面接触宽度要小于加温安装;对于轴用VL形组合密封,在相同介质压力条件下接触宽度越小则密封面接触压力越大,从而密封性能越好。因此可以得出常温装配时密封性能更优。     

双唇型油封的密封性能及其结构优化

利用有限元分析软件模拟分析双唇油封主唇区域的静态接触压力分布,并与单唇油封的静态接触压力进行比较;同时分析双唇油封安装后副唇的位移和变形。结果表明:油封的腰部结构不同导致双唇油封主唇区域密封效果低于单唇油封;副唇的位移和变形导致在实际运行中副唇与旋转轴存在空隙,影响防尘效果。为改善双唇油封的性能,提出采用渐进式腰部结构代替原弓形腰部结构和采用较长的防尘唇的双唇型油封结构优化方案。结果表明:采用渐进式腰部结构的双唇油封的主唇口接触压力曲线更接近单唇油封,密封效果优于普通双唇油封;采用较长的防尘唇,且安装时使防尘唇与旋转轴之间具有一定的过盈量,可以使防尘唇在油封装配变形后仍保持与旋转轴接触,减少了防尘唇唇尖与旋转轴之间的空隙,能够有效地提升防尘效果。     

旋转轴唇型密封圈的寿命预测研究

提出基于ABAQUS软件和疲劳分析软件FE-SAFE预测旋转轴唇形密封圈寿命的方法.以某型号减速器中的输入轴与轴承端盖间的旋转轴唇形密封圈为研究对象,通过构建预紧状态下旋转轴唇形密封圈的有限元模型,获得旋转轴唇形密封圈的过盈量和理论接触宽度与唇口最大接触压力之间的关系曲线;根据ABAQUS获得的应力,并结合材料应力-循...     

温度对组合型织构油封密封性能的影响

耦合流体力学、变形分析、接触力学、能量守恒方程和黏温黏压方程,建立具有表面组合型织构油封的密封区域混合润滑数值模型,研究温度对表面组合型织构油封密封性能的影响;通过有限差分法对数值方程离散求解,得到不同表面织构油封唇口的温度分布及不同转速下油封唇口的最高温度,对比分析温升对油封泵吸率、油膜厚度、摩擦扭矩等密封性能的影响。结果表明：油封最高温度位于唇尖处,无织构油封最高温度略高于织构油封,随着转速的增加,油封最高温度也都随之增加;织构的存在会引起油封泵吸率的增加和平均油膜厚度变大;随着温度的升高,油封泵吸率、摩擦扭矩、油膜厚度都会逐渐减小,油封密封性能明显下降,温度升高至一定程度,油封泵吸率会变为负值。     

密封环圆台型织构化粗糙表面对润滑性能的影响

针对密封环接触面之间的润滑问题,基于Reynolds方程,考虑粗糙度的影响,建立在流体动压润滑状态下圆台型表面织构的数学模型,对密封环接触表面在不同织构参数、不同粗糙度参数下润滑膜压力大小及分布情况进行研究。采用有限差分法、牛顿迭代法研究不同润滑介质下,圆台型微凹坑的几何参数及粗糙度参数对润滑膜平均压力的影响,并与理论数值结果进行对比验证。结果表明:密封环端面的平均膜压随圆台型织构间距、小径的增大而减小,随织构大径的增大而增大;存在最佳织构深度使平均膜压最大;润滑介质黏度越大,密封环端面平均膜压越大;粗糙峰峰高越大,端面平均膜压越小,而粗糙峰波长对端面平均膜压的影响较小,因此粗糙峰应尽可能小;存在织构参数、粗糙度参数的最优组合使润滑膜平均压力值达到最大。