考虑微观形貌影响的油封磨损分析

为探讨微观形貌对油封磨损的影响,提出一种包含微观形貌的多尺度模拟方法。该方法不仅涉及了径向力、磨损轮廓等要素,还能反映唇口粗糙峰、轴表面微螺旋槽等微观密封特性。建立油封磨损的仿真流程,模拟油封在润滑条件下的磨损,分析轴表面微螺旋槽数目、油封唇口粗糙度以及温度对油封磨损的影响。结果表明:密封区域内的微观形貌对油封磨损速率和密封性能有着不可忽视的影响;通过降低旋转轴表面微螺旋槽数目和油封唇口表面粗糙度,可以有效地减少旋转唇形密封的磨损;提高唇口表面粗糙度或使油温达到80℃以上,能够通过影响密封区流体动压分布从而提升泵吸率。     

考虑磨损的组合密封性能分析

针对橡塑组合密封圈的磨损和密封性能仿真方法开展研究,基于有限单元法开展接触压力的求解和磨损过程的仿真分析,采用有限差分法开展流-固耦合仿真分析获得密封间隙的压力和膜厚分布,提出了一种可用于组合密封圈磨损过程仿真和密封性能预测的方法。仿真过程中考虑了摩擦热对接触压力和磨损的影响,解决了塑料材质密封圈大体积磨损仿真时网格重构的难题,实现了磨损仿真过程中强度分析和流体力学分析的迭代求解,并实现了程序化。基于材料的摩擦磨损试验对模型参数进行了修正,通过旋转密封台架试验对仿真模型进行了验证。     

盾构机唇形密封流固热耦合仿真研究

盾构机主驱动唇形密封性能直接影响整台盾构机的施工效率。盾构机主驱动唇封密封介质为润滑脂,工作时唇口温度可达50～60℃,为更好地预测唇封的密封性能,考虑润滑脂流变特性、唇口温度对流场分析、密封材料的影响,建立盾构机唇形密封流固热耦合仿真模型。利用流速分离法推导润滑脂二维雷诺方程,采用赫兹接触模型计算粗糙峰接触压力,结合有限元软件开展热力耦合分析,实现唇封温度场及摩擦力矩、泄漏率等关键性能参数的定量预测。结果表明：考虑温度场后唇封最大接触压力减小,接触宽度增大,摩擦力矩减小。温度对唇封应力应变状态及密封性能产生较大影响,这对盾构机主驱动唇形密封设计具有一定指导作用。     

基于MpCCI方法的密封环双向流固耦合模拟与试验研究

为预测重载越野车辆传动系统中密封系统的流固耦合特征,综合考虑密封环在微小约束空间内的受力状态以及密封间隙流场中的流动特点,建立了密封环双向流固耦合数值模型并提出了求解策略。采用多物理场代码耦合工具MpCCI联合FLUENT与Abaqus软件对旋转密封系统进行双向流固耦合数值计算,获得了旋转密封间隙流场中油液的流动状态。分析了密封环变形对密封系统泄漏量和密封环摩擦转矩的作用特征,通过双向流固耦合的动态模拟考察了传动系统工况对密封环性能的影响。利用车辆传动系统密封环综合性能试验台进行了密封性能的试验测试,对比发现计算值和试验值的变化规律具有一致性,验证了密封流固耦合数值模型及其计算结果的正确性。     

表面纹理对旋转轴唇形密封性能的影响

在唇形密封圈唇端两侧设置整齐排列的圆形、正方形和等边三角形3种凹坑纹理形式,建立具有表面纹理的旋转轴唇形密封圈的有限元模型,并分析获得密封面静态接触压力和变形系数矩阵;建立综合考虑混合润滑和空化及表面纹理形状影响、耦合流体场和弹性变形场的唇形密封圈接触区域密封数值计算模型,并建立集有限元分析与数值计算于一体的唇形密封圈接触区域泵吸率计算流程。计算结果表明:表面纹理结构使得密封唇与轴的接触压力相对下降,且有效地增大唇形密封圈的膜厚并改善泵吸效果;相较于圆形和正方形纹理,三角形纹理对唇形密封圈的改善效果最佳。但表面纹理结构在改善密封区域润滑状态的同时,也造成密封动态压力的波动,且三角形纹理的影响更显著。     

一种基于反向泵送机制的唇形密封解析模型

旋转轴唇形密封应用广泛,泵送率和摩擦力矩是评价密封性能的主要依据。基于反向泵送机制,提出一种研究唇形密封性能的解析模型。基于静态力学特性有限元仿真和粗糙峰微单元流场分析,结合混合润滑模型计算结果,建立泵送率和摩擦力矩的计算公式,通过台架实验确定公式中的待定常数。采用解析公式计算其他唇形密封泵送率和摩擦力矩,计算结果与实验测量值、数值仿真结果具有很好的一致性。该解析模型计算简单,可以用于唇形密封的工程设计与分析。     

多因素耦合下机构运动精度可靠性仿真试验及寿命评估

针对影响平面机构运动精度因素较多且不能忽视的问题,将影响机构运动精度可靠性因素分为非累积性因素和累积性因素,提出了非累积性因素和累积性因素耦合作用下平面机构的运动精度可靠性仿真试验方法;根据可靠性仿真试验得出了累积性因素中机构允许的最大磨损量,利用Archard磨损模型分析铰链的磨损速率,然后基于最大允许磨损量和磨损速率建立了概率可靠性寿命评估模型和模糊可靠性寿命评估模型,根据该模型分别对机构进行寿命评估,并进行了对比。以曲柄滑块机构为例进行分析,得到了该机构不同铰链间隙下运动精度可靠度以及该机构的可靠性寿命,验证了方法的可行性。     

旋转轴唇形密封圈的建模与仿真研究

为了进一步研究唇形密封圈的密封机制,建立唇形密封的理论模型。基于流量因子分析轴向泵汲效应,建立泵汲流量方程;运用圆周平均雷诺方程描述密封界面流场,采用G-W模型近似描述唇轴粗糙峰互相接触下的接触力与径向变形;定量分析密封界面的周向摩擦力,并给出流体摩擦表达式;对以上各因素进行强耦合分析。结合船舶桨轴密封圈的实际应用工况及结构参数进行仿真计算,得出其方向角、膜厚、压力分布,并得到净流量随转速和粗糙度的变化关系。研究结果表明:净流量随转速增加而增加,但增速逐渐变缓;净流量随粗糙度近似呈线性增加,但高粗糙度会使泄漏量增大和导致表面更容易被磨损,因此实际唇口粗糙度的选取应综合考量多种因素。     

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。     

伺服比例阀多物理场耦合仿真研究

伺服比例阀是一个涉及多学科领域的复杂物理系统,建立包含机械、电、磁、流场等模块在内的多物理场耦合模型对其进行仿真研究。基于对伺服比例阀结构和工作原理的分析,搭建阀芯位移闭环控制电路及阀芯动力学模型,建立伺服比例电磁铁有限元瞬态仿真模型、液动力瞬态流场降阶模型,并将各模块耦合完成伺服比例阀多物理场模型,实现动态特性仿真。为验证伺服比例阀多物理场耦合模型的准确性,对采用相同的测试条件及控制电路的伺服阀阀芯位移控制系统进行试验,通过输入不同的指令信号得到阀芯位移的阶跃响应曲线及电磁铁电流曲线。经对比,阶跃响应测试中阀芯位移仿真结果与试验曲线相比最大误差不超过15%,不同阶跃指令下仿真得到的电磁铁电流与试验电流曲线变化趋势相同,验证了模型的准确性,为后续伺服比例阀的研发及优化提供有效平台。     

旋转轴唇形密封件磨损仿真分析

使用有限元分析软件Abaqus对旋转轴唇形密封件的磨损进行模拟,通过UMESHMOTION用户子程序来实现密封件的动态磨损过程和控制局部区域的网格自适应划分,并基于磨损因子模型来控制橡胶的磨损速率,得到了密封件唇口轮廓形状以及接触压力随时间的演化规律.通过计算所得的主唇口磨损深度与实验值进行对比,验证了仿真方法的有效性...     

润滑条件下旋转轴唇形密封件磨损分析

将全局网络重构的有限元方法与润滑条件下的数值计算模型相结合,分析油封在润滑条件下的磨损过程中,唇口轮廓、接触压力、最大接触压力、泵吸率和摩擦扭矩等密封性能参数的变化趋势。模拟结果表明：油封磨损可以分为2个阶段,第一阶段为初期磨损阶段,该阶段唇口的磨损速率较大,最大接触压力也呈现较大的下降趋势;第二阶段为稳定磨损阶段,该阶段磨损速率较小,磨损量也较小,最大接触压力变化趋势趋于平缓;唇口轮廓的磨损程度随着磨损时间的增加而逐渐趋于平缓,并且空气侧的磨损程度比油侧更为严重;泵吸率呈现出先下降后上升的变化趋势,说明磨损会导致的唇尖材料损失,会引起油封密封性能的不稳定;摩擦扭矩由于受磨损导致的径向力和润滑油剪切作用相互变化的叠加影响,呈现上升的趋势。     

液压往复密封件磨损失效概率研究

根据摩擦副系统可靠性理论,对液压往复密封件的磨损失效概率进行研究,提出了一种检测密封件磨损失效的方法。以液压缸杆密封Y形密封件为研究对象,通过ANSYS仿真分析密封件在不同磨损程度下摩擦应力和失效概率变化规律,计算密封件在运行过程中磨损失效概率,并通过试验验证有限元计算结果的有效性。结果表明:Y形液压往复密封件唇口处摩擦应力较大,因此其磨损部位主要发生在唇口;随着磨损程度的增加,Y形密封件受到的摩擦应力增加,失效概率也随之变大。研究表明,提出的方法可对液压缸实际运行过程中往复密封件的磨损进行检测。     

旋转轴唇形密封的可持续设计研究

调研和确定旋转轴唇形密封的可持续标准,根据旋转轴唇形密封的具体结构和生产工艺,基于全生命周期评估（LCA）方法,通过定量和定性相结合的方法,计算和分析旋转轴唇形密封生命周期各阶段的能耗、碳排放、单位生产时间、成本等环境、社会和经济可持续指标,确定旋转轴唇形密封可持续改进策略：环境可持续侧重于使用阶段的能耗降低,社会可持续关注生产工艺创新,经济可持续聚焦于延寿设计。从延长使用寿命和优化运行时的摩擦状态2个方面,实施旋转轴唇形密封的可持续改进设计,分析宏观截面形状和尺寸、唇部的微观相貌、唇部材料对旋转轴唇形密封可持续性能的影响。结果表明：薄唇、微观织构和耐磨材料对降低旋转轴唇形密封的能耗和碳排放都具有积极作用,研究结果对提高旋转轴唇形密封的可持续性具有重要意义。     

旋转轴唇型密封圈的寿命预测研究

提出基于ABAQUS软件和疲劳分析软件FE-SAFE预测旋转轴唇形密封圈寿命的方法.以某型号减速器中的输入轴与轴承端盖间的旋转轴唇形密封圈为研究对象,通过构建预紧状态下旋转轴唇形密封圈的有限元模型,获得旋转轴唇形密封圈的过盈量和理论接触宽度与唇口最大接触压力之间的关系曲线;根据ABAQUS获得的应力,并结合材料应力-循...     

VL密封件泄漏影响因素试验研究*

为探讨VL密封件在实际使用过程中性能指标与密封件摩擦力、变形量等参数的关系,通过试验获得VL密封件的寿命,然后设计多组VL密封件寿命试验,研究不同寿命节点下密封件的泄漏情况,分析内径尺寸、截面轮廓变化、磨损量、摩擦力以及唇口处表面粗糙度对泄漏速率的影响。结果表明：VL密封件在寿命试验过程中,其泄漏速率呈现先增加后稳定一段时间,然后呈继续增加的趋势;内径尺寸变化、截面轮廓变化程度以及磨损量与泄漏速率呈现正相关关系;摩擦力变化与唇口处表面粗糙度变化与泄漏速率无直接关系。     

转速对旋转式唇形密封接触性能参数的影响

为研究转速对旋转式唇形密封圈接触性能参数的影响规律,采用ANSYS软件建立唇形密封圈在旋转离心力作用下的有限元模型,求解唇形密封圈的应力应变和接触性能参数.结果 表明,在研究的密封圈转速范围内,密封圈的应力应变集中作用在其腰部结构和唇口部位;随着转速的增加,密封圈接触宽度、接触压力最大值和径向力等接触性能参数呈现非线性...     

Numerical simulation and experimental study of shaft pumping by laser structured shafts with rotary lip seals

A simulation model to predict pumping by shafts with various surface finishes, in combination with a rotary lip seal, has been developed and validated by experiment. The model consists of a fluid mechanics analysis of the flow in the sealing zone coupled with a deformation analysis of the seal. The experimental validation consists of pumping rate measurements with shafts whose surface structures contain laser generated oblique grooves. Plots of pumping rate vs. various parameters show good agreement between the model and experiment. Plots of torque vs. speed, as well, show good agreement between the model and experiment.     

曝气机主轴浮动端面密封的设计

曝气机广泛应用在城市污水和工业废水处理氧化沟工艺技术中,其水平转动轴一般采用传统的旋转唇形密封。对曝气机水平转动轴旋转唇形密封泄漏的原因进行分析,指出唇形密封的密封面微观凹凸体的变形和密封唇的倾斜是造成密封失效的主要原因。设计浮动端面密封,该密封的动环和静环均为浮动环,密封浮动性好,对水平转动轴的支承轴的同轴度和偏心不敏感,密封效果好。通过大量的现场使用证明,曝气机水平转动轴采用浮动端面密封结构方法是可行的。     

Shaft roughness effect on elasto-hydrodynamic lubrication of rotary lip seals: Experimentation and numerical simulation

Numerical analyses of the isothermal elasto-hydrodynamic lubrication (EHL) have made considerable advances in order to identify the most important features in the successful operation of rotary lip seal, and the results have shown a good agreement with experiments.Most of the models previously published are capable of predicting the combined effects of thin film through deformed lip and rotating shaft, but they assume a smooth surface of the shaft. Although this assumption is only verified for shaft roughness much smaller than that of the seal lip, it is the best solution to avoid a transient model.First, the present study describes an experimental work that provides a basis upon which a numerical EHL model of rotary lip seal is constructed by taking into account both the shaft and lip roughness. After confirming the validity of the current model by comparing experimental with numerical results, simulations have been performed and have underlined the effect of shaft roughness amplitude and profile on the rotary lip seal performance. It is shown that for shaft roughness beyond half of the lip roughness, the seal may leak.