基于弹流理论的叶片动密封膜厚与泄漏量的数值研究

以矩形截面门柱形弹性叶片密封为研究对象,基于弹性流体动力润滑理论的膜厚方程,在求解密封表面接触压力的基础上,建立了叶片动密封泄漏量的数值模型;编写了MATLAB求解程序,基于实例进行了膜厚和泄漏量计算.计算结果表明,在密封压力20MPa时,密封表面接触压力在(20.2～23.2)MPa之间,当与密封面相对运动的刚体为平面时,油膜厚度仅约0.05 μm,当与密封面相对运动刚体为凸面时,油膜厚度约0.5μm,由此引起的单只叶片密封的动密封泄漏量约0.15ml/min.     

宽温域下电静液作动器的液压缸活塞格莱圈动密封性能分析

为了分析宽温域下电静液作动器的液压缸活塞格莱圈密封性能,基于流体动压润滑理论,建立了考虑油液黏温特性的最大启动压力和泄漏流量的数学模型。利用有限元软件ABAQUS计算得到活塞密封接触面间的接触压力,通过逆解法求解一维雷诺方程得到密封接触面间的油膜厚度,从而定量计算出密封结构单行程的最大启动压力和泄漏流量,并分析了介质压力和温度对最大启动压力和泄漏量的影响。仿真结果表明,介质压力升高会导致活塞动密封有效工作的温域变窄,最大启动压力降低,泄漏流量增大;温度每增加20 ℃,泄漏流量降低量不低于25%,最大启动压力降低量不低于15%,即温度适当升高有利于降低最大启动压力和泄漏流量,但过高的温度将增加格莱圈失效的风险。     

变截面密封圈弹流润滑数值计算

变截面密封圈的密封面接触边界为波形曲线,油膜厚度在动密封面间的周向和轴向方向上都是变化的,目前的研究都没能更好地揭示出此类密封圈的动压润滑特性。建立能够反映截面随波形变化的三维模型,应用ANSYS软件APDL语言编写变截面密封圈弹流润滑数值计算程序,实现润滑方程与弹性变形方程的迭代求解,得到变截面密封圈油膜压力和油膜厚度的三维分布,以及油膜厚度分布规律与润滑边曲线之间的关系;研究初始压缩率对油膜厚度和分布的影响。结果表明,变截面动密封油膜厚度在密封面曲线波峰处油膜最厚,在波谷处最薄;变截面密封圈的密封面与轴之间非全膜润滑,油膜破裂多发生在轴向外边界和润滑曲线的波谷处;初始装配压缩率对动密封油膜厚度及分布影响较大,初始压缩率过大或过小,都会导致密封效果变差。     

液压缓冲器密封圈有限元分析

建立了某液压缓冲器密封圈部分的有限元模型,并对液压缓冲器静密封与动密封过程进行了模拟。在ABAQUS软件中使用Hybrid杂交单元,模拟密封圈橡胶材料采用的超弹性材料本构模型。通过设置分析步,分别对密封圈在装配过程、缓冲过程、复位过程中的受力情况进行了仿真分析。分析提取的密封圈应力云图与接触压力云图表明,该结构所采用的密封形式满足静密封、动密封的要求。     

考虑表面接触力的滑靴副油膜特性分析方法

由于受倾覆力及刚体表面粗糙度影响,液压柱塞泵斜盘-滑靴运动副(滑靴副)在相对运动时处于混合润滑状态。斜盘和滑靴表面接触引起弹性和塑性变形,进而产生表面接触力。接触力与油膜厚度密切相关,在油膜特性分析时不应被忽略。提出一种基于流体动压润滑理论的滑靴副油膜特性(油膜厚度、压力分布、油膜间隙流量)的分析与计算方法,考虑了滑靴副粗糙表面的支撑力影响。在雷诺流体动压润滑方程基础上,考虑滑靴副刚体表面粗糙度水平和油膜厚度,计算液压柱塞泵不同工况下的表面接触支撑力,并将接触力融入运动副的受力方程。提出了基于改进的雷诺流体动压润滑方程的数值计算方法,并进行了仿真分析,通过间接对比滑靴副间隙流量的仿真结果,证实了提出方法的有效性和结果的准确性。     

基于弹性流体动力润滑的胶印机输墨系统油墨传输特性研究

为了精确了解输墨系统油墨传输特性,根据胶印机输墨系统的弹性流体动力润滑理论,建立了输墨系统墨辊间隙最小油膜厚度方程,得出给定参数下墨辊间隙的最小油膜厚度,并通过仿真计算分析了墨辊尺寸、接触压力和速度对墨辊间隙所能通过最小膜厚的影响。仿真结果表明:输墨系统墨辊接触压力增大,最小油墨墨层厚度值减小;输墨系统墨辊转速对油墨墨层厚度影响很大,直接影响输墨稳定时间;随着印刷速度增高,承印物表面接受墨层厚度值增大,输墨稳定的时间变长。     

活塞杆滑动密封的润滑性能研究

基于弹性流体动压润滑的理论,对斯特林发动机活塞杆滑动密封结构的工作原理进行定量分析,建立了密封件弹性流体润滑的计算模型与基本方程组,分析了活塞杆滑动速度对油膜厚度的影响,从而给出了活塞杆密封装置摩擦副的润滑状态。计算结果表明:在密封件进、出口处,油膜厚度减小;在活塞杆运动过程中,密封件在部分区域有磨损。为分析摩擦副的润滑状态、预测密封装置的性能与寿命提供了一种方法。     

弹性金属动密封件性能分析

利用非线性有限元方法对液体火箭发动机金属动密封件进行了仿真分析,分别计算了装配过盈量、工作压力、薄壁厚度、薄壁长度等因素对动密封件密封性能的影响.分析表明通过控制装配过盈量、薄壁长度和厚度等关键尺寸可以显著改变密封效果.根据分析结果设计了几种规格的动密封件,并通过密封性能试验进一步验证了理论分析的正确性和合理性.     

基于COBRA软件的滚子轴承润滑影响分析

以FAG2808滚子轴承为例,应用弹性流体动力润滑理论,通过理论公式以及拟动力学分析软件COBRA计算最小润滑油膜厚度,初步研究轴承油膜厚度的影响因素及其各个因素对油膜厚度影响的变化规律,油膜厚度随着润滑油黏度、轴承内圈转速的增大而增大,与材料当量弹性模量无较大影响;引入油膜润滑参数λ,研究轴承精度提高对轴承润滑状态的影响;通过理论与软件两种方式计算结果的一致性,说明COBRA软件可作为轴承润滑状态分析的一种方法,为轴承设计提供参考,从而避免轴承在使用过程中出现润滑状态不良的现象。     

弹流润滑圆柱滚子轴承径向刚度的计算

针对滚动轴承刚度计算方法存在的问题,对圆柱滚子轴承受力和弹性变形进行了分析,得出了静态工况下滚动轴承的刚度计算式.在此基础上,将有关弹性流体动力润滑理论引入轴承刚度计算过程,以Dowson-Higginson油膜厚度公式为依据,研究了油膜厚度对轴承刚度的影响,推导出了用于计算圆柱滚子轴承径向刚度的数学公式,实例计算表明,该计算方法具有更高的计算精度.     

混合润滑条件下的斯特封高速摩擦与密封特性

为准确研究斯特封高速摩擦与密封特性,基于混合润滑理论,综合流体空化效应、密封接触变形和微观粗糙峰接触等因素影响,建立了斯特封摩擦与密封的数值计算模型。研究了往复运动速度和密封压力对油膜厚度、摩擦力和泄漏量的影响,搭建了往复密封试验台来验证模型的准确性。结果表明：计算摩擦力与实验摩擦力相近。混合润滑模型能更好地模拟高速柱塞副斯特封的摩擦与密封特性,油膜压力与粗糙度接触压力共同影响密封性能,但粗糙度接触摩擦起主导作用。     

齿形滑环组合密封热弹流润滑模型求解及分析

结合高温高压工况和齿形滑环组合密封的特点,基于热弹性流体动压润滑理论,建立了滑环组合密封在高压旋转时的数学模型。基于小变形理论,通过变形影响系数矩阵法得到齿形滑环组合密封在油膜压力作用下的弹性变形;结合流体动压润滑方程、温度场能量方程和粘温方程,使用有限差分法对热弹性流动压润滑模型进行求解,采用Matlab计算了齿形滑环组合密封圈在工作过程中的油膜厚度分布和油膜压力分布。分析结果表明：齿形滑环的粗糙度对密封性能有显著的影响,润滑油膜压力沿着轴向先增大后减小,周向油膜压力则在稳定范围内波动;同时,密封圈的油膜厚度和油膜压力随着环境温度的上升而减小。     

齿形滑环组合密封热弹流润滑模型求解及分析

结合高温高压工况和齿形滑环组合密封的特点,基于热弹性流体动压润滑理论,建立了滑环组合密封在高压旋转时的数学模型。基于小变形理论,通过变形影响系数矩阵法得到齿形滑环组合密封在油膜压力作用下的弹性变形;结合流体动压润滑方程、温度场能量方程和粘温方程,使用有限差分法对热弹性流动压润滑模型进行求解,采用Matlab计算了齿形滑环组合密封圈在工作过程中的油膜厚度分布和油膜压力分布。分析结果表明：齿形滑环的粗糙度对密封性能有显著的影响,润滑油膜压力沿着轴向先增大后减小,周向油膜压力则在稳定范围内波动;同时,密封圈的油膜厚度和油膜压力随着环境温度的上升而减小。     

基于动态子结构的主轴承热弹性流体润滑研究

研究基于动态子结构缩聚的轴承热弹性流体动力学(TEHD)基本理论和求解方法;建立某V型8缸内燃机主轴承的TEHD仿真模型,分别计算得到各主轴承在最大载荷工况下的油膜压力、油膜厚度、摩擦功耗、轴心轨迹和油膜温度等润滑特性;针对润滑状况较差的第3主轴承,进行TEHD、EHD(弹性流体动力学)和HD(流体动力学)不同仿真求解方法的对比研究。研究结果表明,该内燃机的第3主轴承最小油膜厚度和最大油膜压力等润滑性能最差,需要进行相应的改进设计;TEHD求解中计及了润滑油和轴瓦热效应的影响,能获得更高的轴承润滑特性计算精度。     

12V240ZJ柴油机润滑系统仿真分析

根据柴油机润滑系统结构参数和柴油机运行参数及曲轴主轴承、连杆轴承和凸轮轴承各处粗糙度计算出满足各轴承呈流体润滑所需最小油膜厚度.为了保证柴油机润滑油路不产生气阻现象,能对各摩擦副提供足够的润滑油,通过柴油机的结构参数计算出了满足本款柴油机润滑系统的最小安全油压.通过机械液压仿真软件搭建本款柴油机的润滑系统仿真模型,在满足本款柴油机润滑系统中各轴承最小油膜厚度和油路最小安全油压的条件下,通过仿真得出了本款柴油机的最佳机油泵.     

流体动压径向橡胶密封圈的密封特性研究

基于矩形断面密封圈这一简化模型，首次推导了具体的润滑方程和弹性变形方程，运用迭代算法计算了油膜厚度和油膜压力分布，并讨论了几个密封系统参数对油膜厚度的影响，对于得到预期的弹流润滑效果具有指导意义。     

带回油线唇形密封的反向泵送机制研究与实验验证

以某种带回油线的唇形密封作为研究对象,通过有限元软件建立油封的仿真计算模型。该模型耦合考虑唇封与轴之间的接触力学分析和润滑油膜的三维流场分析。在计算中,通过调整油膜厚度和唇口轮廓使流体压力与接触压力达到平衡从而实现流固耦合。通过仿真计算得到唇封的接触宽度、径向力和反向泵送率等参数。通过台架实验测得无压差条件下的泄漏量并与理论计算结果进行对比,验证了模型的准确性。基于该模型对无压差和有压差2种工况下的静态接触特性与动态流场进行分析,探讨带回油线唇形密封的工作机制。该理论模型计算效率高,且在较大转速范围内保证了良好的精度,可以应用到其他流体动压油封的开发设计上,具有很好的工程价值。     

表面形貌对内燃机主轴承润滑性能的影响

基于Patir和Cheng的平均流量方程和流量因子,计入表面形貌和弹性变形等因素,以流体润滑理论为基础,建立内燃机主轴承的润滑分析计算模型;研究主轴颈和轴瓦表面形貌对主轴承最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦损失总功和粗糙接触压力等润滑特性的影响。结果表明,轴颈和轴瓦表面粗糙度值大小和纹理方向对主轴承润滑性能具有显著影响,随着粗糙度值的增加,最小油膜厚度增加,油膜压力减小,粗糙接触压力增加,摩擦损失总功增大;相较横向纹理和各向同性,纵向纹理有利于提高最小油膜厚度,降低粗糙接触压力和摩擦损失总功;当粗糙度值不变时,随着内燃机转速和爆发压力的增加,粗糙接触压力增加,粗糙摩擦损失功率增加,导致磨损加剧效率降低。     

钻井工况下单金属密封接触分析及实验研究

结合钻井领域高温高压工况,对单金属密封的装配过程和双侧受压情况进行有限元分析,求得动密封面接触压力梯度分布,并结合MATLAB和雷诺方程提出了一种计算动密封泄漏率的新方法;然后根据钻井工况搭建了旋转动密封实验台,对动密封面的接触压力分布情况和泄漏率进行测试。实验和仿真结果表明,在低压工况下动密封面呈收敛状态,有利于润滑油膜的形成,而高压工况下则发散;随着润滑油和钻井液压差的增大,动密封面内侧的接触压力逐渐减小,而外侧逐渐增大;泄漏率随着动密封转速的升高而增大,随着动密封轴向位移的增加而降低。     

摆动液压缸组合密封的建模与计算

七功能水下机械手采用至少1个摆动液压缸作为关节驱动。为进行水下作业要求摆动液压缸工作压力为21MPa。为实现其作业压力,对摆动液压缸采用聚四氟乙烯(PTFE)-橡胶组合密封。设定密封件压缩量,对其进行力学分析和弹性流体动力学(EHL)建模,计算出密封压力、油膜厚度等参数。计算结果表明组合密封能够完成21MPa下摆动液压缸的密封。