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。     

基于有限元法的湿式离合器热结构耦合分析

运用ANSYS有限元分析软件,采用间接耦合方法,对湿式离合器摩擦片在滑摩过程中的温度场、应力场进行仿真计算和分析。计算过程考虑了摩擦热在摩擦片和对偶钢片间的分配情况、摩擦片和外界空气的热交换,并考虑了各种位移约束。研究结果表明:在滑摩过程中摩擦片的最高温度和最大应力均出现在摩擦表面,0.11 s时达到最高温度149℃,0.10 s时达到最大等效应力133 MPa;沿径向,温度先升高后降低,最高温度靠近外端面,中间部分应力较大,两侧应力较低,存在较大的应力梯度;增大摩擦因数和压力,接合时间缩短,热流密度增加,摩擦片的最大温度和最大等效应力均相应增加。     

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。     

离合器摩擦片摩擦特性实验研究

试验研究某车用离合器摩擦片摩擦因数与转速、压力间的关系,通过排除磨损量和温度对摩擦实验结果的影响,得到该摩擦片在不同滑磨速度和压力下的摩擦因数值,发现摩擦因数会随滑磨速度和正压力的增大而减小。对实验数据进行方差分析,结果证明实验结论可靠,并表明转速和压力对摩擦因数的影响相对独立,没有明显交互作用。利用回归分析得到该摩擦片的摩擦因数关于滑磨速度和压强的近似表达式以及摩擦因数变化情况的拟合曲面。通过对比拟合曲面和实验测量值,以及MATLAB分析结果,证明摩擦因数与压力和滑磨速度间的关系可以近似用二元二次方程表示。     

流变模型对弹流润滑数值解的影响

采用Carreau流变模型和Ree-Eyring流变模型,研究不同流变模型对黏度较低的Squalane润滑油弹流润滑数值解的影响。分别计算不同卷吸速度、不同滑滚比下Eyring流变模型、Carreau流变模型的摩擦因数,并与试验值进行比较,同时比较Eyring流变模型与Carreau流变模型的摩擦因数、油膜最高温度、中心膜厚及最小膜厚随滑滚比、卷吸速度和最大赫兹压力变化的数值解。结果表明:在滑滚比较小时Eyring流变模型的摩擦因数更加接近试验值,在滑滚比较大时Carreau流变模型的摩擦因数更接近试验值;滑滚比对不同流变模型之间数值解的差别没有影响;随着卷吸速度的增大,Eyring流变模型所对应的膜厚值逐渐高于Carreau流变模型,而油膜最高温度逐渐小于Carreau流变模型;随着最大赫兹压力的增大,Carreau流变模型的油膜最高温度及摩擦因数逐渐大于Eyring流变模型。研究表明,在温和工况下Eyring流变模型更适合Squalane润滑油的弹流分析。     

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。     

带式输送机制动器摩擦副的温度场研究

基于摩擦生热的温度场数学模型,对制动器摩擦片的温度场进行了模拟仿真。实验表明:制动轮表面的中部位置是最大等效应力的集中区域,同时应力大小与时间长短、压力大小成正比;与制动轮接触的摩擦片表面边缘位置是高温的集中区域,同时温度高低与压力大小成正比。实验测试得到摩擦副的温度会随着制动的进行而不断上升,摩擦系数随制动正压力增加而减小。     

往复式骨架油封压力场的动态分析

针对往复式骨架油封的损坏与泄漏问题,通过合理假设、部位简化以及等效力模拟等方式,采用控制变量法,在ABAQUS中,建立往复式骨架油封的有限元模型,分析过盈量、往复速度、摩擦因数及流体压力对往复式骨架油封密封性能的影响。通过分析发现:过盈量的增加,会导致等效应力的增大,进而使往复式骨架油封唇口部位损伤增大,影响密封性能;往复速度的增大,使进出行程的等效应力都增大,但总体来说,进行程的等效应力大于出行程的等效应力;摩擦因数的增大,使等效应力与接触压力均增大,但前者增长趋势比后者更加明显;流体压力的增大,导致等效应力和接触压力均增大,但是出行程的变化趋势相较于进行程的更加明显。     

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。     

动态摩擦因数对蝶式制动器温度场影响的试验和模拟研究

针对蝶式制动器制动过程中温度场研究的需要,利用相似原理研制定速制动试验台,用以模拟摩托车匀速下长坡时的制动工况。制动试验台用车床的三爪卡盘控制固定在旋转轴上的制动盘做定速旋转运动,内外摩擦片通过液压力夹紧制动盘,使制动盘与摩擦片发生摩擦运动,通过热电偶、拉压力传感器、压力表、热成像仪分别测出定速制动50 s的摩擦片上固定点的温度变化、制动扭矩(经计算得出)的动态变化、制动力的均值、制动盘摩擦区域的温度场变化,实时显示并记录下来。定速制动摩擦试验机能实现不同转速、不同制动力等条件下,制动过程中的各变量的动态测量。试验还选取热成像仪测得的最大的温度为变量,研究摩擦因数随温度的变化。在试验的基础上,用ABAQUS对制动盘与摩擦片的相互作用做了一些仿真和分析。仿照实际模型1∶1建模,加载与边界条件与实际模型相同,将测得的摩擦因数随温度变化的数据输入接触条件,仿真得到制动盘与摩擦片温度场的变化。仿真与试验的结果对比表明摩擦因数动态变化的接触模型能很好的模拟制动的实际工况。     

基于ANSYS Workbench的盘式制动器热-机耦合分析

为进一步研究盘式制动器在制动过程中的行为,在建立盘式制动器热-机耦合简化计算模型的基础上,考虑温度变化对材料物理性能和摩擦因数的影响,运用ANSYS Workbench模拟分析不同制动初速度与不同制动压力下制动盘的热-机耦合特性,并从制动盘径向、周向、轴向等维度对其温度场与应力场进行了研究。结果表明：盘式制动器在紧急制动过程中,温度和应力的最大值与制动初速度和制动压力成正相关;制动初速度和制动压力对制动盘温度场和应力场有较大的影响,其中制动压力对制动盘温度和应力最大值的影响比制动初速度更加明显;制动盘温度与等效应力在圆周上都呈环带状分布,二者具有一致性,制动盘达到温度最大值早于达到应力最大值,二者之间具有耦合特性;制动盘温度在径向和轴向上存在较大的温度梯度,从而引起较大的应力变化。研究结果为探索制动盘温度场、应力场分布规律和制动盘在不同工作状态下的热-机耦合特性提供了参考。     

摩擦副结构与制动盘温度关系的试验与模拟研究

摩擦副结构是影响制动盘温度分布的重要因素之一。针对闸片形状为圆形、三角形和六边形三种结构的摩擦副,采用制动试验台进行了速度为50～250 km/h的制动试验,并利用ABAQUS软件数值模拟了三种摩擦副不同工况条件下制动盘温度场的变化过程。结果表明：数值模拟温度场与试验测试结果具有良好的相似性。摩擦副结构对盘面温度分布的影响程度与制动条件密切相关,其结构形式对制动盘面温度的影响程度在制动初期最为明显,且随制动初速度和制动压力的增加而增加。这缘于闸片结构的不同导致了摩擦面摩擦弧长分布的不同,随制动速度升高和压力增加,摩擦弧长的差异起到了放大能量差别的作用,从而表现制动盘温度分布对闸片结构的敏感程度增加。     

制动过程中闸片材料与制动盘温度关系试验研究

为探讨碳/陶制动盘与不同闸片材料的匹配性,对碳/陶制动盘分别与碳/陶复合闸片、铜基粉末冶金闸片和铁基粉末冶金闸片组成的摩擦副进行制动试验,研究了在制动过程中盘面各点瞬时温度、最高温度、闸片温度与制动工况的关系。结果表明：碳/陶制动盘与碳/陶复合闸片摩擦副温度及温度梯度均高于其他2种摩擦副,其温度梯度在低速制动时随压力的增加而明显增加,当制动速度较高时,温度梯度并没有随压力的增加而增加;对于碳/陶制动盘与铜基和铁基粉末冶金闸片摩擦副,随制动速度和压力的提高,盘面温度梯度变化不明显。原因在于材料导热性和起始摩擦因数决定了盘面的散热能力和制动功率,碳/陶制动盘与碳/陶复合闸片摩擦副因较高的起始摩擦因数以及较低的导热性,其制动功率高和散热能力低,导致盘面温度持续升高。     

低温对风力发电机组偏航液压制动系统的影响及优化

低温环境下液压油黏度增大导致风力发电机组偏航液压制动系统性能下降,无法满足风机正常运行和安全的要求。对偏航液压制动系统受低温影响的原因及过程进行了理论分析,并对分析结果进行了仿真与试验验证。为提高偏航液压制动系统在低温环境下的响应性能,验证了短孔阻尼和制动器闭环串并联结构对提高系统制动建压和阻尼卸压速度的可行性及效果。结果表明,该方法可有效提高偏航液压制动系统在机舱低温工况下的制动能力,可为偏航液压制动系统的设计提供有益参考。     

考虑温度时油封运行工况参数对其可靠性的影响

根据油封的能量守恒方程以及黏温方程,应用迭代求解,获得不同运行工况参数组合方案的油封唇口区域的温度分布;基于正交试验设计和响应曲面拟合,得到最大温度值和温度差值的油封运行工况极限状态函数,并依据转速、油压、摩擦因数、粗糙度的极限状态函数进行油封的可靠性以及可靠性灵敏度分析。结果表明：温度最大值是研究分析温度对油封可靠性影响的最佳指标;摩擦因数对温度最大值的影响敏感性最高;所研究范围内,粗糙度的均值增加,会使油封可靠度增加,转速、油压、摩擦因数的均值增加,均会降低油封的可靠度;随转速、油压、摩擦因数、粗糙度的方差增加,油封的可靠度均降低。     

惯性制动条件对铜-石墨材料摩擦性能及第三体的影响

采用粉末冶金技术制备铜-10%石墨烧结材料,通过GF150D型摩擦试验机,在干摩擦状态及制动压力为0.51 MPa的条件下,研究不同制动方式对材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,采用从高速到低速分段制动方式(摩擦方式A)时,随着制动速度降低,摩擦表面形成的致密第三体破碎、剥落,机械啮合力增加,摩擦因数提高;同时,摩擦表面温度下降,基体强度提高,磨损率降低。采用从高速到低速连续制动方式(摩擦方式B)的摩擦因数和磨损量均大于摩擦方式A。     

重型车辆织构化刹车系统热力学行为与摩擦学性能研究

重型车辆刹车系统受瞬态高温和雨水异常侵入的影响,易引起热力学行为与摩擦性能退化。为研究表面织构对刹车系统热力学行为和摩擦学特性的影响,基于有限元法开展刹车系统热力学分析,考虑大量雨水侵入的液体润滑极端情况,提出一种动压润滑与织构集成模型的摩擦学性能分析方法。结果表明：水平凹槽织构可使制动盘温度场及应力场分布较均匀,进而避免接触区域局部瞬态高温引起的车辆制动失效;随着凹槽织构倾斜角度增大,承载力增大,摩擦因数减小;不同组合型织构中,圆柱与椭球组合型织构表面承载力最大、摩擦因数最小,圆锥与椭球组合型织构表面承载力最小、摩擦因数最大。研究发现重型车辆刹车系统表面构筑合适倾斜角度凹槽织构和组合型织构有助于提升其工作性能。     

乏油工况下斜齿轮热弹流润滑特性研究*

建立斜齿轮的乏油热弹流润滑模型,并讨论供油量、转速和齿面粗糙度对润滑性能的影响。结果表明:乏油工况下增大入口区供油量,润滑区的膜厚增大而摩擦因数、温升和次表面应力幅值降低;随着供油量增大,乏油润滑特性逐步趋于全膜润滑状态下特性;随着转速升高,润滑膜厚增大但幅度有限,相应温度场增大和次表面应力场增大;齿面粗糙度会使油膜压力出现剧烈的波动,在油膜压力峰位置的次表面会出现应力集中。     

汽车风冷盘式制动器摩擦学特性试验研究

为得出制动参数对汽车风冷盘式制动器摩擦学特性的影响机理,考虑空气流动和车辆惯性因素,基于噪声、振动与声振粗糙度（NVH,Noise Vibration and Harshness）台架试验机精确模拟制动工况,研究摩擦副表面在不同制动压力（1.0~3.0 MPa）、行驶速度（5~30 m/s）以及温度（100~350  ℃）条件下平均摩擦系数与摩擦稳定系数的变化规律。试验结果表明：制动压力增大时,摩擦力矩并非一定随之增大,尤其是较高行驶速度条件;当制动盘表面温度超过300 ℃时,低速条件下的平均摩擦系数和摩擦稳定系数急剧减小。