油封正态分布结构参数的可靠性灵敏度分析

以油封的泵吸率为可靠性指标,将理论接触宽度、油侧唇角、空气侧唇角、过盈量和腰厚5种结构参数作为因子,泵吸率作为响应输出,运用正交试验法对油封性能进行分析;运用曲面响应法拟合泵吸率的极限方程,基于可靠性原理建立油封泵吸率的可靠性模型,运用二阶矩法和蒙特卡洛2种方法进行可靠性敏感度计算,分析呈正态分布的随机参数对均值的灵敏度和标准差的灵敏度。结果表明：2种计算方法的结果基本一致,基于均值的敏感度,对可靠度影响最大的是理论接触宽度,油侧唇角、空气侧唇角和过盈量对可靠度为正面影响;基于标准差的敏感度,过盈量的标准差对可靠度影响最大,5种结构参数的标准差均对可靠度有负面影响。     

基于正交试验的旋转轴唇形密封可靠性影响因素研究

为探讨多因素相互作用对油封可靠性的影响,以某减速器中输入轴与轴承端盖间的油封为研究对象,基于有限元软件获得不同结构参数时油封的静态压力分布曲线和影响系数矩阵,并将分析结果集成到油封的混合数值计算模型,分析并计算油侧唇角、空气侧唇角、理论接触宽度、过盈量、弹簧劲度系数、腰厚、腰长7个结构参数对油封泵送率和摩擦扭矩值的影响;将油封的7个结构参数作为变量因素,以油封泵送率和摩擦扭矩作为响应目标进行正交试验,研究各结构参数对油封密封可靠性的灵敏性。结果表明:各因素对油封泵送率敏感性影响程度由大到小依次为油侧唇角、理论接触宽度、空气侧唇角、腰厚、过盈量、腰长、弹簧劲度系数,各因素对摩擦扭矩的敏感性影响程度由大到小依次为油侧唇角、理论接触宽度、腰厚、弹簧劲度系数、过盈量、空气侧唇角、腰长,表明油侧唇角和理论接触宽度是影响油封可靠性的最主要因素。确定油封参数的最优组合,油封优化后的摩擦扭矩比优化前的更低,因而能够减少油封工作时的摩擦生热量,从而延长油封的使用寿命。     

基于响应曲面法的油封结构参数优化设计

利用有限元分析软件ABAQUS建立旋转轴唇形油封的二维轴对称模型,并分析接触宽度、前后唇角、过盈量以及腰厚等结构参数对油封密封性能的影响。研究结果表明:在研究的结构参数范围内,油封的接触压力分布均满足密封要求;且油封唇口最大接触压力随接触宽度值、前唇角和过盈量的增大而减小,随油封腰部厚度的增加而增大,随后唇角的增大先出现明显增大进而趋于平缓。基于响应曲面法以获得油封面最大接触压力作为优化目标,对旋转轴唇形油封的结构参数进行优化设计,得到最佳的优化组合方案。     

发动机曲轴油封结构参数对唇口接触性能的影响

为研究结构参数对发动机曲轴无簧油封唇口接触性能的影响,利用ANSYS软件建立了油封的轴对称有限元分析模型,计算分析了油封唇口腰厚、腰长、空气侧角度、圆角半径和过盈量等结构参数对唇口径向力和接触宽度的影响,结果表明:径向力随腰厚、唇口圆角半径和过盈量的增加分别呈非线性和近似线性增加,随腰长的增加而非线性减小,随空气侧角度的增加而呈先快速减小后缓慢增加的变化趋势;接触宽度随腰厚、唇口圆角半径和过盈量的增加呈非线性增加,随腰长和空气侧角度的增加而非线性减小。     

旋转唇形油封密封性能的有限元分析

利用有限元分析软件建立了旋转唇形油封的二维轴对称模型,分析了过盈量、弹簧劲度系数、空气侧唇角3种重要参数对油封接触宽度和唇口接触压力分布的影响,并用理论分析的方法估算出泵汲率和生热量。结果表明:随过盈量的增大,生热量几乎呈直线增加,泵汲率也不断增加,但其增速逐渐变缓;随弹簧劲度系数的增加,生热量不断增加,泵汲率变化不大;随空气侧唇角的增加,油封的泵汲率不断减少;随轴转速增加,油封的泵汲率和生热量均快速增加。     

基于田口方法的中低压油封稳健性设计

考虑到目前压力油封理论研究较少,本文基于有限元法建立了油封的二维轴对称接触分析模型,采用田口方法,在中低压工况下研究了油封的几个关键设计参数对其接触特性及稳定性的影响。结果表明:缩减油封腰长,增大腰厚,降低过盈量或增大大气侧夹角均可有效缩小接触宽度、提高密封区域稳定性;增大油封腰部厚度,降低过盈量,加大弹簧槽与唇口的距离,减小弹簧劲度系数皆能有效降低油封径向力、减小径向力的波动。通过合理设计油封唇部结构,可提高油封耐压性,使油封在压力场合中更稳定、可靠运行。     

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。     

主减速器油封密封性能的有限元分析

目前,国外汽车行业广泛采用CAD／CAE／CAM技术进行汽车前后桥的优化设计,这大大缩短了产品开发周期和制造周期,提高了产品的质量,降低了生产成本。以某公司主导产品140主减速器油封渗漏油为研究对象,其主要研究内容如下：基于ANSYS软件,针对油封的具体结构,详细分析了创建油封有限元模型的具体建模方案与步骤;根据油封有限元模型,在静态下对影响油封唇口接触压力大小及分布的因素进行分析;分析计算了油封唇口接触宽度、过盈量、腰部厚度以及油封后唇角大小对油封唇口接触压力大小及分布的影响。     

基于正交试验的油封唇口结构参数研究

为研究油封唇口结构参数对接触压力大小及分布的影响,以规格为φ35 mm×φ20mm×7 mm的内包骨架油封为对象,采用有限元ANSYS软件模拟油封与轴的接触获得唇口接触压力;基于正交试验法的原理,研究前唇角α、后唇角β、弹簧偏移量r、弹簧刚度k和过盈量δ等结构参数对唇口接触压力的影响。极差分析结果表明,唇口参数影响最大接触压力位置和径向力的主次顺序分别是:δβαkr,δkrβα;并获得了唇口参数以最大接触压力位置接近0.7和最小径向力为目标的最优水平组合。     

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。     

2种结构参数旋转轴唇形油封的密封性能研究

应用有限元分析软件ABAQUS,建立了唇形油封的有限元模型,分析了唇口接触压力对油封密封性能的影响。基于有限元分析结果,集成数值计算理论方法,研究了油封运行时,轴转速对温升、泵汲率、摩擦扭矩及密封性能的影响及规律。结果表明:优化前和优化后2种结构参数的油封模型,其各密封性能指标均满足密封要求;且在分析的工作参数范围内,优化后油封随转速的增加,温度增加的幅度和摩擦扭矩明显低于优化前油封,而泵汲率比优化前有显著提高,表明优化后油封具有较佳的密封性能。     

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。     

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。     

聚四氟乙烯油封主要参数及材料性能对密封有效性影响研究

为了研究聚四氟乙烯(PTFE)油封密封件的结构、材料对其密封有效性的影响。本文阐述了初始载荷、摩擦力、流体载荷等主要参数对密封性能的影响,建立了有限元模型和材料模型,在不同过盈量下利用有限元软件ABAQUS对密封件进行静态和动态分析,探讨了密封唇与旋转轴之间的过盈量、接触区域、密封唇口材料性能等对其密封性能的影响。结果表明,过盈量太大会导致旋转轴与密封唇接触区域摩擦力增大,摩擦热会影响材料性能,过盈量太小会导致密封失效。摩擦实验和拉伸试验表明,填充不同的填料对聚四氟乙烯的摩擦磨损性能和抗拉强度都有极大提升。因此根据不同的工况合理设计密封结构参数和选择密封材料对于密封的有效性至关重要。     

润滑条件下油封的磨损预测

润滑条件和温度影响着油封的磨损速率,为了准确预测油封的磨损情况,建立了多尺度的油封磨损模型,分析了油封的磨损过程中唇口轮廓、温度、泵吸率等密封性能参数.模拟结果表明,油封磨损速率会随磨损时间呈指数化降低,磨损范围逐渐向空气侧扩张;油封唇口唇尖温度最高,唇尖附近温度增长率最大,在磨损过程中整体的唇口温度保持缓慢上升的趋势;不断的材料损失会导致过盈量的减少和油膜厚度的增加,密封区域的润滑条件从混合润滑变化为全流体润滑;由于唇尖尖峰的存在,泵吸率和摩擦扭矩呈现出了先下降后上升的变化趋势,说明磨损导致的尖峰材料损失会导致密封性能的不稳定性,建议在设计制造阶段主动将唇尖扁平化处理.     

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%。     

唇式密封圈摩擦特性及泵吸效应的实验研究

针对目前国内外关于唇式密封圈的研究偏重于模拟而实验工作相对较少的现状,在油封密封试验机上对不同规格的油封密封圈进行相关实验,测量摩擦扭矩、腔体温度、泵吸量等参数,计算出摩擦力、泵吸率并分析摩擦力、腔体温度及泵吸率的变化特点。结果表明:在相同转速下,随着油封规格的增大,摩擦力的总体波动幅度呈现出减小的趋势,腔体油温在实验前后的温差也随之增大,泵吸率呈现出上升的趋势;对于新安装的油封,在轴速为2 000 r/min的条件下,运行1 h左右才会显现出泵吸效应。     

径向金属密封唇部结构接触力学研究*

由于初始过盈量和介质压力的作用,井下流量控制阀径向金属密封唇部的应力和应变梯度变化很大,很容易发生塑性变形。为研究径向金属密封唇部接触力学行为,提出径向金属密封唇部的圆弧结构,基于接触力学建立径向金属密封唇部轴对称结构的圆弧-平面接触模型,得出径向金属密封唇部结构接触力学参数的理论关系式,并基于有限元方法进行验证。径向金属密封唇部接触力学参数的理论解与数值解相符,接触宽度、最大接触应力、初始过盈量和平均接触应力的平均相对误差分别为8.86%、6.96%、8.88%和4.33%,满足工程设计要求。研究表明：径向金属密封唇部的最大接触应力与初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度成正比,与径向金属密封唇部圆弧半径成反比,因此可通过增加初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度来增加径向金属密封唇部的最大接触应力。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。     

气门油封结构参数设计及优化

为研究发动机气门油封结构参数对油封密封性能的影响,在有限元分析基础上,对油面唇角、气面唇角、安装过盈、唇口圆角半径、弹簧刚度等结构参数进行正交试验设计,研究油封结构参数对气门油封唇口最大接触压力和单位周长径向力的影响;以最大接触压力和最小单位周长径向力为优化目标,获取气门油封最优参数组合。研究结果表明:油封唇口圆角半径对油封唇口最大接触压力和单位周长径向力的影响程度都为最大;气面唇角对单位周长径向力有较显著的影响;油面唇角对油封唇口最大接触压力有较强的影响,但对单位周长径向力影响较小;弹簧刚度对单位周长径向力和最大接触压力影响均较小。结合均值最优水平分析,获得满足优化目标的油封参数组合,优化后油封比初始油封最大接触压力提升了85.61%,单位周长径向力降低了20.54%,在保证油封密封性的前提下,大大改善了油封唇口的磨损情况,提高了油封的使用寿命。     

水下采油树油管悬挂器密封性能分析

以水下采油树油管悬挂器密封结构为研究对象,建立金属密封圈凸缘处的接触面为半圆形接触面(密封Ⅰ)和倾斜接触面(密封Ⅱ)2种形式的力学模型,利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分析过盈量、压力和温度对金属密封圈最大Mises应力和最大接触应力的影响及不同过盈量时接触应力在接触宽度上的分布。结果表明:密封Ⅰ的最大Mises应力和最大接触应力都随着过盈量、工作压力和温度的增加而增加,而密封Ⅱ的最大Mises应力和最大接触应力呈现不同的变化趋势;密封Ⅰ能够提供较大的接触应力,具有很强的密封能力,但密封宽度相对较小;一定的过盈量时,密封Ⅱ能达到较大接触宽度,保证良好的密封性能。