单螺杆泵密封性能的有限元分析

通过理论分析,得出了单螺杆泵压力的产生和传递规律.采用有限元方法,建立了单螺杆泵的二维模型,分析了螺杆泵定子橡胶与转子间腔体压差、腔体压力以及过盈量对接触压力的影响,得出了压差与接触压力、腔体内压力与接触压力和最大密封压力及过盈量与最大压力的关系.结果表明:压差的增大使接触压力增大;腔体内压力的增大使接触压力减小,最大密封压力降低;过盈量的增加使螺杆泵的最大压力增大.     

橡胶材料力学参数对螺杆泵密封性能的影响

运用Mooney-Rivlin模型,利用有限元方法对螺杆泵定子和转子进行了接触分析,得到了不同橡胶材料的临界接触压力曲线.根据临界接触压力曲线分析了橡胶材料对螺杆泵密封性能的影响.结果表明:随着橡胶材料硬度和泊松比的增加,螺杆泵的密封性能提高.因此,为提高螺杆泵的压力,在橡胶材料的力学参数选择时尽可能选择高硬度、高泊松比.     

等壁厚螺杆泵定子的有限元分析

重点研究了等壁厚螺杆泵定子橡胶衬垫内轮廓线的变形规律,对其应力和应变分布情况作了辅助性分析;研究均匀内压作用情况下,考虑工作压差以及定子与转子的装配等所引起定子橡胶的变形和受力的变化.利用有限元分析软件Abaqus,对等壁厚螺杆泵定子进行研究,得出了螺杆泵定子在不同工况下的受力状态和变形规律,以及定子材料参数对变形规律的影响.利用此规律可对等壁厚螺杆泵进行优化设计,提高其工作效率.     

基于响应曲面法的双Y形密封圈接触压力分析及优化设计

为改善双Y形密封圈在井底高温、高压工况下的密封性能,建立双Y形密封圈的二维轴对称模型,采用有限元分析软件ANSYS分析初始压缩量、润滑油压力以及润滑油与泥浆压差对双Y形密封圈密封面处接触压力的影响。结果表明:密封面处的最大接触压力随着润滑油压力的增加而增加,在不同润滑油压力下,最大接触压力始终大于润滑油压力,能够形成良好密封;随着初始压缩量的增加,最大接触压力逐渐减小,因此在保证形成良好密封的前提下,适当减小初始压缩量可以提高密封性能;随着压差的增加,最大接触应力先增加后减小最后趋于平缓。基于响应曲面法,以获得接触面最大接触压力为优化目标,对双Y形密封圈进行优化设计,得到其最佳优化组合方案。     

基于ANSYS的螺杆泵内部压力分布有限元分析

对于螺杆泵的单级密封压力,目前广泛采用取平均值法,导致泵内压力分布呈线性变化,不能正确反映其实际分布规律.本文借助ANSYS有限元分析软件建立螺杆泵定转子二维有限元接触模型,模拟不同过盈量下的临界密封压力;分析不同温度、压力下定子衬套橡胶的变形量,利用“有效过盈量”计算不同温度、压力下的临界密封压力,并根据临界密封压力确定螺杆泵内部压力分布.结果表明:泵内压力分布是由泵排出口压力和泵各级容腔的单级密封能力决定的,压力分布在排出口处集中,随着排出口压力增加向吸入口传递;当压力传到吸入口且前两级容腔之间的压差大于其密封能力时,泵被“击穿”,此时应更换更大型号的泵.     

螺杆泵漏失机理研究

讨论了腔室内压力、压差和液压作用对螺杆泵橡胶衬套的影响,提出一种新的解释螺杆泵漏失的机理。结果表明:腔室内压力会使橡胶衬套产生压缩变形,导致漏失;压差会使橡胶从高压区向低压区挤动,在一定范围内,反而增强了密封性能;腔室液压力对转子产生的力和力矩会导致转子产生一定的偏移,这也会间接产生橡胶衬套的变形,从而导致漏失。螺杆泵是在上述三者的共同作用下产生漏失的。同时提出一种改进方法,还比较了等壁厚螺杆泵和常规螺杆泵的密封性能。     

潜油螺杆泵密封特性与举升性能分析

为了充分认识螺杆泵的密封特性与举升性能，采用数值仿真软件对平面螺杆泵进行接触非线性分析，研究不同腔室压力下压差与接触应力的关系，并结合密封准则求出不同腔室压力下的临界密封压力，绘制出两者间的关系曲线，然后，研究了过盈量和橡胶硬度与临界密封压力之间的关系，给出了不同过盈量和橡胶硬度下的临界密封压力曲线，并采用多项式拟合方法给出临界密封压力与腔室压力之间的关系式。紧接着根据螺杆泵压力传递规律，分析了过盈量和橡胶硬度与螺杆泵扬程之间的定量关系，并研究了举升压力随密封腔数的变化规律。研究结果表明：接触应力随压差的增大而增大，随腔室压力的增大而减小；腔室之间的临界密封压力随腔室压力的增大而较小，且减小的速度逐渐变快，但此规律不受过盈量和橡胶硬度大小的影响；在相同腔室压力下，过盈量和橡胶硬度越大，临界密封压力就越大，螺杆泵的密封性能就越好；螺杆泵的扬程随过盈量的增大而呈线性增大，随橡胶硬度的增大而呈非线性增大；螺杆泵的举升压力随密封腔数的增加而增大，但增速逐渐变缓，最终达到一个最大值，这个最大值就是螺杆泵所能达到的最大举升压力，然后通过螺杆泵水力特性试验验证了结果的合理性。研究结果可为螺杆泵的研发...     

不同过盈量和工作压力下螺杆泵定子与转子接触压力的有限元分析

螺杆泵定子与转子间接触压力对其使用寿命至关重要，而定子与转子间过盈量和工作压力对螺杆泵定子与转子间接触压力有重要影响。建立螺杆泵的三维模型，采用有限元方法研究螺杆泵装配条件下不同过盈量(0.4～0.7 mm)和工作压力(0.03、0.06、0.09 MPa)对螺杆泵定子与转子接触压力的影响。结果表明：随着过盈量的增大，定子与转子的接触压力增大，定子与转子的接触面积也随之增大，且接触压力的最大值出现在密封线吸入端的螺旋段部分；但随着过盈量的增加，接触压力的增大趋势变缓；定子与转子的接触压力随着工作压力的提高而增大，工作压力导致螺杆泵的最大接触压力向排出端偏移，接触压力的最大值出现在靠近介质排出端的螺旋段上。     

单螺杆泵定子橡胶温度场分析

应用传热学原理,采用有限元方法建立了常规单螺杆泵和等壁厚定子单螺杆泵定子橡胶温度场的计算模型,分析了定子温度分布特点;比较了2种泵定子温升对橡胶工作性能的影响;研究了不同工作压差和转速条件下,定子温升的规律,并给出了相应的表达式.结果表明:常规泵定子温度场呈对称椭圆形分布,温度梯度大,最高温度位于橡胶厚度最厚的中心部位;等壁厚泵定子温度分布较均匀,温升很小.相同工况下,常规泵定子橡胶温升为等壁厚泵的7倍,橡胶容易损坏.对于相同的橡胶材料,定子温升随工作压差的增加而非线性增加,随转子转速的增加而线性增加;常规泵定子温升受二者变化的影响远大于等壁厚定子泵.     

筒形件充液拉深预胀作用仿真分析研究

利用有限元对不同预胀压力下的筒形件充液拉深过程进行仿真,指导该类筒形零件预胀压力的选取。结果表明:初始预胀形能够提高零件的成形质量,有效降低壁厚减薄;预胀压力过大导致零件壁厚分布不均匀,减薄率增加;最小壁厚随着预胀压力的增大,先增大后减小。     

螺杆泵定子温胀溶胀耦合变形及密封特性

采油螺杆泵工作时,定子在高温介质作用下发生温胀和溶胀,使定子脆化、膨胀等,降低螺杆泵密封性能。通过试验测得橡胶材料体积热膨胀系数及水浸和油浸时的溶胀参数,推导橡胶定子自由膨胀变形量表达式;对定子温胀变形进行有限元计算,使用温度当量法分析定子溶胀特性,耦合温胀与溶胀载荷进行有限元计算,得到型线的温胀与溶胀耦合作用变形规律。结果表明：定子发生温胀与溶胀变形时,定子型腔内表面变形量与壁厚成比例,最大变形出现在定转子接触位置;溶胀产生的变形量远高于温胀变形量。对螺杆泵密封特性进行有限元分析,得到定转子间密封带接触应力随温度与过盈量变化规律。结果表明：接触应力随温度和过盈量的增大而增大,油浸时最大接触应力高于水浸。     

船用发动机重载工况下凸轮-滚轮副混合热弹流润滑分析

凸轮-滚轮副是大功率船用发动机配气机构的关键摩擦副,除受到弹簧力和自身的惯性力之外,还受到来自喷油器的极高燃油压力,工作条件极为苛刻。为了分析该摩擦副的性能,建立船用发动机重载工况下凸轮-滚轮副的混合热弹流润滑模型,计算燃油压力作用下的摩擦副油膜润滑、摩擦温升和磨损性能。结果表明：喷油器的燃油压力会显著降低凸轮-滚轮摩擦副之间的油膜厚度,同时产生较为严重的微凸体接触;随着环境温度的提高,凸轮-滚轮副的油膜厚度以及油膜温升会有所下降,而微凸体接触压力、摩擦力以及摩擦功率均会显著增加;滚轮打滑会造成凸轮-滚轮摩擦副的油膜厚度下降,同时导致油膜温升以及微凸体接触压力增大和并且致使表面磨损显著加剧。     

表面纹理对旋转轴唇形密封性能的影响

在唇形密封圈唇端两侧设置整齐排列的圆形、正方形和等边三角形3种凹坑纹理形式,建立具有表面纹理的旋转轴唇形密封圈的有限元模型,并分析获得密封面静态接触压力和变形系数矩阵;建立综合考虑混合润滑和空化及表面纹理形状影响、耦合流体场和弹性变形场的唇形密封圈接触区域密封数值计算模型,并建立集有限元分析与数值计算于一体的唇形密封圈接触区域泵吸率计算流程。计算结果表明:表面纹理结构使得密封唇与轴的接触压力相对下降,且有效地增大唇形密封圈的膜厚并改善泵吸效果;相较于圆形和正方形纹理,三角形纹理对唇形密封圈的改善效果最佳。但表面纹理结构在改善密封区域润滑状态的同时,也造成密封动态压力的波动,且三角形纹理的影响更显著。     

Experimental and Analytical Investigation of Floating Valve Plate Motion in an Axial Piston Pump

The purpose of this investigation was to experimentally measure the motion of the floating valve plate in an axial piston pump under various operating conditions and to develop a model to determine how the floating valve plate motion affected the lubricating pressures between the valve plate and cylinder block. In order to achieve the objectives, a hydraulic circuit was designed and developed to incorporate and operate a floating valve plate axial piston pump. The hydraulic circuit integrating the axial piston pump (axial piston pump apparatus, APPA) consists of a series of valves, pressure sensors, a charge pump, flow meters, temperature sensors, a heat exchanger, and proximity probes. The floating valve plate axial piston pump housing was modified to incorporate three proximity probes to measure the valve plate position and motion relative to the cylinder block, thus allowing for determination of the film thickness within this contact. The results illustrate that as the pump starts up the valve plate experiences vibrations and begins to lift relative to the cylinder block. Then as the pump reaches steady-state operation the valve plate achieves a fixed position and tilt. The results also demonstrate that under steady-state operation, the valve plate vibrates and this vibration correlates well with the speed and the number of pistons in the pump. The measured film thickness results were then used in a lubrication model to determine the pressures generated between the floating valve plate and the cylinder block. The analytical results highlight how the motion of the valve plate directly correlates to the pressure pulsations seen in the lubricating gap.     

水介质液压泵锥形轴配流副轴承间隙的计算

以水介质轴向柱塞液压泵的锥形轴配流副为研究对象,对其在稳定工作状态下形成的滑动轴承的径向间隙计算方法进行了研究。采用等效结构参数法将配流副滑动轴承化为轴向推力轴承,根据柱塞轴向液压交变作用力引起轴承内水膜的变化特征推导出水膜厚度变化的速度,再依据锥顶体薄膜挤压效应公式计算出了轴承的径向间隙,结果表明径向间隙是柱塞泵工作压力和配流副结构参数的函数。     

滚动接触下裂纹充液行为研究

为研究液体渗入裂纹后裂纹的演变过程，建立了滚动接触圆盘-平面裂纹充液二维模型。裂纹表面与圆盘-平面接触面组成腔体结构，圆盘的运动使裂纹表面发生变形、腔体体积减小从而导致腔体内压力增大，最终表面裂纹在腔体高压作用下加速扩展。基于表面裂纹接触状态的变化，研究腔体形成、密封和泄漏三个阶段裂纹应力强度因子曲线及扩展方向的演变。结果表明，腔体内部压力小于裂口接触位置最大压力，液体增压效应随裂纹几何尺寸的增加显著增强，增加裂纹长度与裂口宽度使裂纹扩展模式从Ⅱ型转为Ⅰ型；随着裂纹扩展，腔体内部的液体泄漏使腔体产生动态自密封-泄漏现象。     

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。     

Spring-back and metal flow in forming shallow dishes by explosives

Disks of the aluminium alloys DTD.687 and HS.10, in the fully heat-treated condition, have been formed into a shallow spheroidal-section cavity in a steel die using water to transmit the shock pulse.

The main conclusion is that when large charges are employed, a movement of metal takes place towards the centre (the pole position), giving a progressive increase in thickness, or buckling if the metal is of thin gauge. This effect is attributed to the high pressure produced by the impact of the specimen on the die, the line of contact with the die being initially an annular ring which then sweeps towards the centre of the specimen.

With the minimum charge necessary to form the dish, the metal becomes progressively thinner on approaching the centre, as would be expected from published experimental and theoretical work on free-forming (without a die).

Graphs showing spring-back from the die plotted against distance from the pole position exhibit several features which can be qualitatively explained by the changes in metal flow with increasing charge weight. With the minimum charge to ensure complete contact with the die, the spring-back of the DTD.687 alloy at the pole position was≈0·1 in., compared with a calculated value of 0·048 in. for slow-speed expansion by hydrostatic pressure. Moderate increases in the charge weight reduced the spring-back.