基于混合润滑模型的往复密封动特性研究

为研究往复运动密封性能,采用MatLab数值方法建立一种混合润滑模型,该模型包含弹性力学、流体力学和接触力学分析。基于混合润滑模型,研究粗糙度和往复速度对动态往复密封摩擦力、泄漏量和油膜厚度等密封性能的影响规律,揭示液压往复密封机制。结果表明:往复运动密封圈处于混合润滑状态,接触区不仅有流体压力,还包含粗糙度接触压力;存在临界粗糙度σ_c和临界速度u_c,当粗糙度σσ_c时,随粗糙度的增大内行程的泄漏表现为越来越小的内泄漏,当σ≥σ_c时,随粗糙度的增大内行程的泄漏表现为越来越大的外泄漏;当速度uu_c时,净泄漏量随速度的增大表现为越来越小的外泄漏,当u≥u_c时,净泄漏量随速度的增大表现为越来越大的内泄漏;随着粗糙度的增加,膜厚与内行程的摩擦力增大,而外行程的摩擦力无明显变化;随着速度的增加,油膜厚度增加,内行程摩擦力减小,而外行程摩擦力变化很小。     

基于田口试验方法的双唇Y形拉杆封参数优化研究

为了探究不同结构及运行参数对双唇Y形密封性能的影响以及最优动态密封参数组合,利用ABAQUS有限元分析软件模拟分析双唇Y形拉杆密封在静压状态下的密封性能，通过改变第二内唇的左右倾角、轴向位置和过盈量，研究参数变化对双唇Y形拉杆密封性能的影响。分析动态密封下工作压力、活塞杆运行速度和密封件粗糙度对双唇Y形圈的摩擦力矩、泄漏量的影响。并利用田口试验设计方法对密封圈参数进行优化，确定参数的最佳水平。结果表明:随着第二内唇过盈量增大，两个唇最大接触压力均随之增大，而轴向位置对第二内唇最大接触压力影响不明显；当第二内唇左倾角大于25°、右倾角大于30°后最大接触压力波动显著增加；密封圈与活塞杆间的摩擦力随着密封件粗糙度、密封压力的增加而变大，而往复速度对摩擦力影响不大；当粗糙度大于0.95 μm时密封出现外泄漏，密封压力的增加使密封圈的净泄漏量逐渐减小。研究的双唇往复密封最佳动态密封参数组合为工作压力8 MPa、粗糙度0.9 μm、活塞杆运行速度10 mm/s。该研究结果可为具有微小扭转或弯曲变形工况下的液压缸拉杆密封设计提供参考。     

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。     

Y形活塞杆密封动静态性能分析及结构优化

为提高液压缸活塞杆用Y形密封的可靠性,研究其在动、静密封状态下的密封特性。通过有限元分析,研究Y形密封在不同工况下的受力、变形及主密封面接触压力分布规律。根据液压往复密封原理,研究不同介质压力下活塞杆密封在往复行程中的泄漏量的变化趋势。结果表明：Y形密封在安装工况下抵抗压力冲击的能力较弱;随着介质压力增大,Y形密封在静密封状态下的密封性能指数、动密封状态下的净泵回量均有所下降,防止泄漏的能力降低;高压工况下,Y形密封抗挤出能力降低,根部被挤入密封间隙,将出现咬伤现象导致密封系统失效。针对Y形密封工作过程中出现的咬伤问题,使用根部倒角的方法进行结构优化;利用中心设计方法建立以单个往复行程中的泄漏量为目标函数的响应面模型,对Y形密封进行结构优化。优化后的Y形密封在动、静密封状态下的密封性能得到提高,磨损速度、被咬伤的风险降低,提高了Y形密封的可靠性。     

多唇往复滑环式组合密封数值模拟与分析

构建一种适用于多唇往复滑环式组合密封的数值模型,数值模型中包含固体力学分析、流体力学分析、接触力学分析、流固耦合分析。以含有3段密封唇的PS封为例,基于数值模型求解得到密封面油膜厚度分布、油膜压力分布、粗糙峰接触压力分布,以及内外行程的流量和密封界面的摩擦力。该数值计算方法解决了多唇密封中边界条件难确定的问题,通过迭代计算可得到稳态运行时各密封唇的边界条件。明确多唇PS封的密封机制,分析不同往复速度对密封性能的影响。结果表明：多唇PS封内外行程中各唇边界条件差异较大,外行程中,两唇之间的空隙处存在一定压力,内行程中空隙压力为0;外行程的密封面接触压力要小于内行程;增大往复速度会使多唇PS封净泄漏增加,摩擦力减小。     

活塞速度和压差对冲击气缸间隙密封性能的影响

利用FLUENT软件建立冲击气缸往复运动间隙密封的模型并结合实验测试系统对其密封性能进行研究。为控制和减小往复运动中间隙密封的泄漏量,分析活塞往复运动速度、间隙进出口压差对其的影响。结果表明,当密封间隙宽度不变时,冲击气缸往复运动间隙密封的泄漏量随入口压力增大线性增大,并且压差与泄漏量的变化率不受活塞速度变化的影响;当密封间隙宽度不变时,在相同的入口压力下,泄漏量随着活塞速度的增大线性增大;冲击气缸的操作压力变化范围小导致其对泄漏量的直接影响不大,但是不能忽略压力变化通过对速度的影响而引起泄漏量的增大。     

阶梯型迷宫密封流场与泄漏量影响因素计算

利用CFD技术对迷宫密封内部流场进行数值模拟,最后得出了迷宫密封内部流场的速度、压力分布云图.表明气流流经齿缝时是加速降压过程,气流在齿腔中进行的是等压增阻过程.通过分析,泄漏量随径向间隙呈线性变化,齿高越大,紊流程度下降,泄漏量越大.在转速较小的情况下,转速对泄漏量的影响非常小,但是当转速变大时,密封的泄漏量不断减少.     

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。     

液压缸活塞杆密封的泄漏量计算

根据液压缸内外行程时有杆腔油压的变化,并考虑到由活塞杆运动引起的拖曳压力,利用有限元软件AN-SYS计算了密封面上的接触压力分布,求得了外行程油液侧的最大压力梯度、内行程大气侧的最大压力梯度,从而算出了液压缸一个往复运动周期的泄漏量。计算结果表明,O形圈压缩率增加时,密封效果更好,内外行程速度比增加时,泄漏量也随之减少,当外行程速度为1 m/s、内行程速度为2 m/s时,活塞杆可将外行程时泄漏的液压油全部带回,从理论上说,液压缸就不会发生外泄漏。     

收敛楔形间隙流体静压机械密封中流场的数值模拟

建立了收敛楔形间隙机械密封流场的数值模型,基于有限体积法,采用流体力学软件Fluent,对密封间隙中的液膜进行三维数值模拟,得到了密封间隙中液膜的压力和速度分布.分析端面各结构参数(如密封面宽、收敛锥角)及操作参数(如转速、压力)对密封性能的影响,并计算得到稳定工况下的工作膜厚及泄漏量.结果表明:收敛锥角越大,泄漏量及开启力越大;最小液膜厚度越大,泄漏量越大,开启力越小;静压密封中轴转速对泄漏量及开启力影响不大.     

旋转控制头密封胶芯性能三维有限元分析与结构优化

为提升带压起下钻过程中旋转控制头胶芯密封性能,基于虚功原理得到动态密封过程的有限元控制方程,并进行橡胶单轴压缩试验确立胶芯变形过程中的Yeoh本构模型;运用ABAQUS试验平台建立胶芯三维有限元模型,通过模拟起下钻过程中胶芯动态密封过程,得出密封面上受力分布规律;研究胶芯内锥角、外锥角、内径等结构参数对密封性能的影响....     

大尺寸O形丁腈橡胶圈动密封性能测试分析

为研究大尺寸O形橡胶密封圈端面动密封性能,研制适应于大尺寸O形橡胶圈的动密封性能测试平台,测试水介质条件下绝对压力在15～600 kPa范围内O形橡胶密封圈端面动密封性能.基于正交试验设计,研究不同介质压力、压缩量(0.75～1.25 mm)和转速(5～50 r/min)下内径600 mm(截面直径10 mm)的丁腈橡...     

内圆弧槽机械密封液膜流场特性分析

以内圆弧槽流体动压型机械密封为研究对象,建立了动静环端面间液膜的三维模型,运用计算流体动力学理论和有限体积法对端面间液膜的流场特性和装置的密封性能进行了模拟和数值分析。对处于不同工况、不同密封介质条件下的液膜流场,得到了其压力、泄漏量、开启力和摩擦扭矩的变化规律及相互影响关系。结果表明:圆弧槽能够产生明显的动压效应,动压效应的大小与动环转速呈正比;液膜的压力沿径向由内径到外径逐次降低;泄露量的大小随动环转速或介质压力的增大而增大;开启力的大小与动环端面的总压力具有相似的变化规律。     

碳/碳复合材料旋转指尖密封性能分析

指尖密封是近年来研究较为广泛的一种密封形式,涉及的指尖密封多与静止部件连接而呈静止状（静止指尖密封）,理论与试验研究围绕着密封泄漏和磨损性能改善而开展。提出旋转指尖密封的概念和结构,并利用碳/碳复合材料的良好自润滑性能,探索这一指尖密封新结构对泄漏性能改善的可能及机理。通过"外伸式"和"内伸式"旋转指尖密封有限元性能分析模型,分析了结构、工况以及材料参数等对两种旋转指尖密封性能的影响规律,与静止指尖密封密封性能的对比表明,外伸式旋转指尖密封具有在较高转速或跳动量下仍能维持平稳低泄漏率的特质,而内伸式旋转指尖密封的泄漏率却随着转速增大而增大,因而前者对于高速工况下的航空发动机转子密封更具应用潜质。并探索了旋转指尖密封在轴间密封工程应用的可行性,有助于航空发动机轴间密封新构型设计思路开拓、以及密封结构和性能设计的技术选择。     

船舶艉轴密封装置端面密封摩擦副温度场稳态分析

以端面密封为主密封的船舶艉轴密封装置运行时,摩擦副在海水压力及摩擦力的作用下,密封端面间会产生大量热量,引起摩擦副温度升高,导致端面密封工作不正常。采用整体接触耦合法对船舶艉轴密封装置摩擦副温度场进行稳态分析,并通过实例计算各工况下动、静环的温度分布、热变形、间隙和接触压力情况。结果表明：动、静环端面温度、端面轴向变形随密封介质压力和转速的增加而增大,动环端面轴向变形相对静环端面较小;密封端面最外侧的间隙最大,且最大间隙随转速的增加而增大,随水压的增加而减小;随着水压和转速的增加,接触区域增大,密封端面上各点的最大接触压力出现波浪形的跳动。     

基于正交法的凿岩机水封Y形圈结构参数优化

凿岩机水封在工作过程中承受旋转和冲击复合作用,易造成Y形圈密封失效和疲劳失效。为提高凿岩机水封性能,综合考虑旋转和冲击2种运动形式,对不同结构参数下的Y形密封圈性能进行有限元仿真;基于正交试验法,以最大接触应力和最大von Mises应力作为密封性能评价指标,通过极差分析得出影响密封性能的主、次要因素,并对Y形密封圈结构参数进行优化改进。结果表明：对最大接触应力有显著影响的因素是唇厚、倒角长度和唇长度,最大接触应力随唇厚和倒角长度的增加呈上升趋势,随唇长度的增加呈下降趋势;对最大von Mises应力有显著影响的因素是唇厚、唇口深度和唇与钎尾夹角,最大von Mises应力随唇口深度和唇与钎尾夹角的增加呈上升趋势,随唇厚的增加呈下降趋势。经过优化改进后,Y形密封圈的最大接触应力和最大von Mises应力分别下降了15%和45%。在保证密封效果的条件上,最大接触应力的下降减少了Y形密封圈的磨损,而最大von Mises应力的大幅下降,大大提高了Y形密封圈的寿命。     

基于流固热多场耦合的高速旋转唇形密封性能研究

针对一种橡胶材料高速旋转唇形密封,结合其自身结构及应用工况,通过方程离散化计算等方法,建立定量分析密封系统密封性能的数值仿真模型。基于所建立的模型对密封实际服役状态下界面流体力学、宏观固体力学、表面粗糙峰微观接触力学、唇口摩擦生热等多物理过程之间的耦合关系进行分析,借助实验验证并完善数值仿真模型的准确性。通过所建立的数值仿真分析模型研究油封唇口接触压力分布、唇口温度、摩擦力矩及泄漏率等衡量密封性能的关键参数随转速的变化规律。结果表明：在高转速条件下考虑摩擦生热时油封径向力减小,接触宽度增加,摩擦力矩减小,说明摩擦热对油封密封性能产生较大影响。