往复式骨架油封温度场的动态分析

针对往复式骨架油封因温度过高,造成唇口损伤的问题,采用ABAQUS软件模拟往复式骨架油封唇口温度分布,并研究过盈量、流体压力、往复速度和摩擦因数对往复式骨架油封唇口处的温度影响,依据所选橡胶材料的适用温度范围并对照分析结果,得出过盈量、流体压力、往复速度和摩擦因数的合理取值区间。结果表明:过盈量、流体压力、往复速度和摩擦因数的增加,会使往复式骨架油封唇口处的温度升高,进而影响往复式骨架油封的密封性能;往复速度与运行时间共同作用,使唇口处的温度在某一速度附近出现骤升现象;与内行程相比,过盈量、流体压力、往复速度和摩擦因数对外行程中唇口处的温度影响更大,使唇口处的温度具有更大增幅以及更高的温度值,这表明因温度过高造成唇口损伤的现象更易发生在外行程。     

热机耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴密封性能分析*

针对高温、三维复合运动(往复+旋转)耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封失效问题,设计氢化丁腈橡胶热老化试验,基于热老化试验数据建立热老化效应冲击螺杆钻具传动轴总成O形密封圈三维有限元模型,采用有限元方法研究流体压力、温度、摩擦因数和往复速度对传动轴总成O形密封圈静密封及动密封性能的影响。结果表明:静密封状态下高应力区位于O形密封圈右侧,高接触压力区位于O形密封圈内接触面、外接触面和侧面,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大,最大接触压力整体上随着摩擦因数的增大而减小;动密封状态下最大von Mises应力和最大接触压力在往复速度为0.4 m/s和摩擦因数为0.25出现异常规律,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大。由此建议密封圈在静密封和动密封状态,在往复速度小于0.4 m/s和较小摩擦因数下运行。     

发动机连杆衬套微动特性分析

针对某型发动机连杆衬套和连杆小头过盈配合引起的微动现象,应用有限元对连杆小头组件爆压时刻的接触过程进行仿真分析;选取过盈量和摩擦因数为试验因子建立正交模拟试验方案,得到过盈量和摩擦因数对连杆衬套微动特性影响规律。结果表明,随过盈量的增大,连杆衬套接触压力增大,摩擦应力减小;随摩擦因数的增大,连杆衬套接触压力先增大后减小,摩擦应力增大;连杆衬套和连杆小头接触面间摩擦因数对连杆衬套微动特性影响显著。     

往复式骨架油封密封界面内油膜压力和厚度分布

以汽车减震器密封用的往复式骨架油封为研究对象,基于润滑理论建立密封界面内的流体润滑数值计算模型来分析往复式骨架油封的密封性能,该模型耦合了固体力学、流体力学以及变形力学分析。采用ANSYS有限元分析提取密封区的静接触压力进行固体力学分析,采用超松弛迭代法求解雷诺方程进行流体力学分析,采用影响系数法求解密封唇面的变形,其中假定密封唇面的微凹凸形貌具有正弦和双余弦分布。通过模型分析密封唇面微凹凸形貌、往复速度对密封界面内的油膜压力和厚度的影响规律。结果表明:在2种不同形式的密封唇面微凹凸形貌下,内行程中密封界面内的油膜压力大于外行程的;密封唇面微凹凸形貌以正弦函数分布,往复式骨架油封密封处发生泄漏;密封唇面微凹凸形貌以双余弦函数分布,往复式骨架油封具有良好的密封性能。     

柴油机连杆衬套微动特性研究

针对某型柴油机连杆小头和衬套过盈配合引起的微动现象,建立了连杆小头-衬套-活塞销三体接触的有限元模型,应用有限元法求解计算得到了不同参数下衬套的等效应力和变形变化规律。结合接触力学理论,分析了连杆摆角、过盈量和摩擦因数等不同参数对衬套微动特性的影响规律。分析结果表明,随着过盈量的加大,衬套的摩擦应力、接触压力和摩擦功不断的增大,而微动幅值呈不断减小的趋势。随着摩擦因数的降低,衬套的接触压力变化较小,摩擦应力和摩擦功不断减小,而微动幅值呈不断增大的趋势。应适当增大过盈量并减小衬套的摩擦因数来减缓微动磨损。     

宽温度域工况下汽车水泵O形密封圈的密封性研究

针对汽车发动机水泵O形橡胶密封圈宽温度域的工况特点,构建其与温度相关的Mooney-Rivlin材料模型,探讨冷却液温度、压力、摩擦因数等对O形密封圈接触压力、等效应力以及密封性的影响。研究表明：温度的升高将引起接触压力及等效应力的峰值呈幂指数减小,导致密封可靠性降低,但在宽温度域（-40~130℃）工况下,接触压力的峰值始终远大于液体压力,因此该密封圈具有可靠的密封性;液体压力的增大虽然会引起接触压力峰值增大,但其增大的速度比液体压力增大的速度小,因此将引起密封可靠性下降;摩擦因数对密封可靠性的影响不大。     

基于压力渗透载荷的蕾形密封特性分析及参数优化

为改善蕾形密封的密封性能,考虑介质压力渗透效应,利用有限元分析软件ANSYS研究安装工况及介质压力作用下蕾形密封的密封特性,以及运动速度、摩擦因数、几何参数对动密封性能的影响。研究表明:介质压力作用时,蕾形密封密封面接触压力主要由支撑部承担,密封圈不会被挤入密封间隙,具有较好的抗磨损、抗挤出特性;动密封工况下,外行程比内行程产生的接触压力更大,外行程接触压力随摩擦因数增大而增大,内行程则相反,运动速度对动密封性能影响较小。根据几何参数对密封性能的影响对其进行响应面优化,在满足密封要求的前提下降低了活塞杆表面的最大等效应力,降低了活塞杆因表面疲劳磨损而发生密封失效的风险。     

基于有限元法的往复式骨架油封唇口温度分析

为研究轴表面形貌(表面织构和表面粗糙度)对往复式骨架油封唇口温度场的影响,采用有限元分析软件建立了包含轴表面形貌的二维轴对称有限元模型,并分析了轴表面粗糙度、表面织构深度以及表面织构面积比对进出行程中往复式骨架油封唇口温度分布的影响。分析结果表明,进出行程中往复式骨架油封唇口温度随表面织构深度的增加而升高,轴表面织构深度最佳值为20μm。进行程中,往复式骨架油封唇口温度随表面织构面积比的增大而增加;出行程中,往复式骨架油封唇口温度具有随表面织构面积比的增大呈先增加后减小的变化规律,轴表面织构面积比最佳值为0.6。表面粗糙度对出行程中往复式骨架油封唇口温度的影响很小。     

基于过盈配合的曲轴减振器接触特性分析

为深入分析圆锥过盈配合连接性能,以某柴油机曲轴减振器圆锥过盈配合连接为例,建立圆锥过盈配合理论模型,推导出圆锥过盈配合的结合直径表达式,得出圆锥过盈配合扭矩传递与接触压力计算公式。利用ANSYS软件模拟曲轴和主轮毂的过盈配合,针对不同过盈量、摩擦因数和转速,分析曲轴和主轮毂过盈配合接触面间接触压力分布情况。结果表明,过盈量和转速对接触压力影响明显。曲轴静止时,过盈量与接触压力呈线性关系,摩擦因数对接触压力分布影响较小。     

基于ABAQUS的油封密封性能研究

利用ABAQUS有限元分析软件模拟和分析旋转轴唇形油封在静态和动态2种状态下的密封性能。通过轴向推动建模方法,建立静态条件下油封的二维有限元模型,并分别对有无弹簧2种情况下的过盈量、弹簧劲度系数及理论接触宽度对油封静态密封指标接触压力和接触宽度的影响进行分析。在动态条件下建立油封的三维有限元模型,并分析旋转轴转速和唇口与轴之间的摩擦因数对油封摩擦力和摩擦扭矩的影响。分析结果表明,过盈量相同的情况下,带弹簧的油封密封性能高于不带弹簧的油封,且油封的密封性能随弹簧劲度系数的增加而提高,随理论接触宽度的增大而降低;密封的摩擦扭矩随摩擦因数的增加而增大,但轴的转速变化对其影响不大。     

往复式密封件泵汲率及生热量研究

利用有限元软件建立往复式密封件模型,模拟不同劲度系数下密封件内径的变化,研究弹簧劲度系数、过盈量以及往复速度对密封件密封性能的影响,利用流体动力学计算泵汲率和生热量,利用生热量模拟橡胶温度场的变化。结果表明:簧后内径与劲度系数有着近似线性的关系;随着过盈量的增加,内行程油膜厚度增加,外行程油膜厚几乎不变,导致泵汲率增大,并且生热量随着过盈量的增加而增加,唇口温度随之增加;随着往复速度的增加,密封件的泵汲率及生热量都增加。     

高温含砂原油中等壁厚螺杆泵定子衬套磨损分析

为研究高温采油工况下螺杆泵定子衬套的磨损情况,将定子橡胶在高温含砂原油中进行摩擦学试验,测出橡胶的摩擦因数。运用有限元分析方法,对螺杆泵等壁厚定子橡胶衬套进行接触非线性计算,研究工作压差、过盈量以及摩擦因数等多因素对定子衬套磨损的影响。分析结果表明：在工作温度60℃、压差0.5MPa的工况下,橡胶衬套最大等效应力和等效应变出现在定子衬套外侧,最大等效应力和等效应变随着过盈量和摩擦因数的增大而增大,摩擦因数对定子橡胶衬套的磨损影响相对较小,选择合适的过盈量有助于减小磨损,提高效率。     

高速脂润滑滚动轴承密封结构优化与漏脂试验*

针对高速脂润滑滚动轴承密封过早失效的问题,建立油封的热-应力耦合有限元模型,研究油封主要参数和轴承工况参数对油封唇口的最高温度和最大接触应力的影响规律,对油封结构参数进行优化,利用强化温升漏脂试验台进行试验验证。结果表明：高速脂润滑滚动轴承油封密封性能的研究应该考虑温度的影响;唇口的最高温度随轴向过盈量、橡胶材料硬度、密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大而增大;最大接触应力随轴向过盈量和橡胶材料硬度的增大而增大,随密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大变化不大;密封结构优化后,平均漏脂率下降了56.7%,平均温升下降了54.3%。     

往复密封中星型密封圈的密封性能分析

建立星型密封圈和O型密封圈的有限元模型,分析它们在静密封和往复动密封中的密封性能,并对影响星型密封圈往复密封特性的流体工作压力、往复运动速度、预压缩量和摩擦因数进行分析.结果表明,在静密封中,星型密封圈的密封性能比O型圈好,但其内应力较大,容易发生失效;在往复动密封中,密封圈的密封性能随时间呈现波动变化,星型圈比O型圈更适宜用于动密封中;星型圈在内行程中的密封性优于外行程,但其随时间波动较大;星型圈的最大接触应力并不与工作压力和运动速度呈线性关系,预压缩量和摩擦因数对星型圈内行程中的密封性能影响较小,而对其外行程影响较大.     

旋耕机旱地刀的摩擦磨损性能试验研究

利用HSR-2M高速式往复摩擦磨损试验机,试验干态条件下,往复速度、法向载荷和往复行程等对旋耕机旱地刀的摩擦因数和磨损量的影响,通过磨痕形貌分析其磨损机制。试验结果表明：摩擦因数均随往复速度和法向载荷的增大而减小;磨损量则随往复速度的增大先减小后增大,且随法向载荷和往复行程的增大而增大;干态条件下,磨损机制主要以磨粒磨损为主。     

油封唇口静态接触特性的有限元分析

为研究油封唇口和轴表面的静态接触特性,利用Ansys有限元分析软件建立油封二维轴对称有限元模型,获得油封唇口的应力和变形,分析安装过盈量、橡胶弹性模量和油封内径对密封唇口接触压力、接触宽度和径向力等接触特性参数的影响。结果表明,随着安装过盈量增加,唇口接触压力的非对称分布特点越显著,最大接触压力先增加后减少,接触宽度先缓慢增加后快速增加,径向力呈近似线性增加的变化规律;过盈量一定时,随着橡胶弹性模量提高,唇口接触特性参数增大;随着油封内径增大,唇口接触特性参数减小。     

橡胶-橡塑共混并用胶无弹簧型油封

无弹簧型骨架油封由于无弹簧这一特殊条件,油封唇口与轴接触压力必定减小,这就需要增大腰部的厚度与唇口的过盈量,但是,过多的增大腰部厚度与过盈量,将会引起胶料焦耳效应加剧,磨损增大,所以在设计油封时必须充分考虑和重视胶料的耐磨、耐热油老化等     

油封密封性能的有限元分析

利用大型有限元分析软件ANSYS建立了油封的二维轴对称有限元模型,分析了油封的腰厚、密封圈唇口平面到弹簧槽中心平面的距离以及过盈量3种重要参数对最大接触压力及其分布情况的影响。结果表明,采用该模型计算得到的油封在静态条件下的变形情况以及Von M ises应力分布情况与实际情况基本一致。在其它条件不变的情况下,随着油封腰部厚度t的增加,最大接触压力有递增的趋势,且随着油封尺寸的增大,在增加相同大小的腰厚时,最大接触压力增大的幅度将逐渐趋于平缓;最大接触压力随R值的增大而逐渐减小,且R值的改变对于小尺寸油封最大接触压力的影响较大;增大唇部过盈量,最大接触压力也随之而呈递增趋势,同样小尺寸油封递增幅度要大于大尺寸油封。     

激励对往复式骨架油封密封性能的影响

为改善往复式骨架油封的泄漏问题,建立油封唇口密封区流体润滑的数值计算模型,模型考虑密封面粗糙形貌以及油封唇口的径向变形,通过求解雷诺方程分析密封区的流体力学特性,获得密封区的油膜厚度和压力分布,并分析激振频率和振幅对密封性能的影响规律。结果表明:随着激振频率的增加,内外行程中密封区的最小膜厚呈先增加后减小的变化趋势,激振频率越大,往复式骨架油封的密封性越差;内外行程中密封区的的最小膜厚随激振振幅的增加呈非线性增加,激振振幅越大,往复式骨架油封的密封性越好。综合考虑,为提高密封效果,往复式骨架油封适用于小频高幅的工作场合。     

井下封隔器胶筒接触力学行为研究

为研究胶筒与套管之间摩擦接触问题,运用MMW-1型立式万能摩擦磨损实验机对胶筒与套管之间摩擦因数进行了测定;以测定数据为依据,基于橡胶材料Mooney-Rivlin模型,采用罚函数与库伦摩擦原理,考虑橡胶大变形非线性,对胶筒与套管摩擦接触问题进行了数值模拟。结果表明:接触面在无润滑剂下的摩擦因数最大,为0.515,油基润滑下最小,为0.122,其余润滑条件下介于0.122~0.515之间;随着摩擦因数的增大,摩擦应力逐渐增大,接触压力逐渐减小,胶筒等效应力先增大后减小,摩擦因数为0.3时,可以得到较好的接触压力;随着轴向载荷的增大,接触压力、摩擦应力及胶筒等效应力逐渐增加;在轴向载荷不变下,胶筒厚度对接触问题影响较大;最后对胶筒的结构进行了优化设计,得到全段圆弧设计为更好的胶筒结构。