无回油大长径比针阀偶件微间隙精密适配加工工艺设计

针阀偶件燃油密封面、轴孔微间隙耦合等关键尺寸加工质量,直接关系到高压共轨喷油器工作稳定性和一致性。由于针阀偶件尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、配副间隙技术要求极高,传统加工及检测方法不同程度存在一定的技术与能力不足的问题,本文以大流量高压共轨喷油器用无回油大长径比针阀偶件适配加工为应用对象,主要介绍了针阀多级耦合轴颈精密磨削、针阀密封锥面加工、针阀体中孔座面加工、轴/孔同位检测与动态误差补偿加工等工艺方法,实现针阀偶件微间隙耦合精密加工,研究表明,通过工艺创新与试验验证,无回油大长径比针阀耦合导向轴颈、无回油三棱导向轴颈、针阀密封锥面等综合加工精度得到显著提升,有效满足了高压共轨喷油器喷油偶件耦合运动副的高频高速使用要求。     

柴油机喷油器针阀密封锥面磨损试验研究

针阀偶件是柴油机燃油供给系统的三大精密偶件之一,在工作过程中针阀偶件的密封锥面容易因磨损而失效。对柴油机喷油器针阀偶件密封锥面的磨损性能进行理论分析,分析表明,密封锥面的磨损主要是由针阀落座的冲击力与柴油中夹带杂质的综合作用所造成的,密封锥面磨损后会变形,导致表面粗糙度增大,密封效果变差。通过发动机台架实验对喷油器进行试验研究,利用扫描电镜分析针阀偶件密封锥面磨损形貌,并分析其磨损机制。实验结果表明,随着使用时间的增长,针阀的表面存在明显磨损现象,进而出现清晰的划痕和大面积的剥落,密封性能丧失;针阀磨损初期以磨粒磨损为主,导致表面产生划痕,后期主要是黏着磨损,材料大面积剥落。     

基于分形接触理论的机械密封泄漏率与膜厚预测*

针对机械密封运转过程中平均膜厚的变化规律,采用重构分形接触模型表征端面形貌,结合机械密封泄漏率预测模型,建立了平均膜厚预测模型。使用Mathematica软件对给定工况下机械密封的泄漏率和平均膜厚进行理论计算,分析不同参数条件下泄漏率和平均膜厚的变化趋势。研究表明：当分形维数较小时,尺度系数减小、材料系数增大和端面比载荷增大均可使平均膜厚减小,但材料系数变化对平均膜厚数值的影响幅度较小,而尺度系数和材料系数减小、端面比载荷增大可导致泄漏率降低;当分形维数大于1.69时,机械密封端面比载荷和材料性能参数对泄漏率和平均膜厚的影响可忽略不计。     

F级燃气轮机高压迷宫密封泄漏特性研究

以F级燃气轮机高压迷宫密封为研究对象,研究密封间隙、压比、密封齿厚对迷宫密封泄漏特性的影响规律,采用泄漏系数表征各种影响因素与密封泄漏量的函数关系。结果表明:相同压比条件下,密封间隙增大,泄漏系数增大,且增大的趋势变大;相同密封间隙下,随着压比提高,泄漏系数近似线性的增大;相同间隙和压比下,随着齿厚的减小,泄漏系数减小。     

二甲醚发动机独立润滑喷油器工作特性研究

为考察二甲醚发动机独立润滑喷油器的工作特性,对其重要部件———针阀偶件的运动学进行分析,利用AMESim软件建立针阀运动的仿真模型,并对针阀的运动状况、喷油量、润滑介质的泄漏量等特性参数进行仿真分析,并对针阀升程及循环喷油量进行相关台架试验。结果表明,该喷油器的针阀运动状况、喷油规律等特性合理,润滑介质的泄漏量很小,对喷油器性能的影响可以忽略;仿真结果与试验结果的吻合度较好。     

考虑表面粗糙度和热效应的线接触非牛顿混合润滑分析

为了研究表面粗糙度及热效应对非牛顿混合润滑的影响,基于平均流量模型,考虑表面粗糙度以及热效应,建立线接触非牛顿混合润滑模型。研究表面粗糙度对膜厚、膜厚比、平均摩擦因数、载荷比以及温度分布的影响,并与等温解进行比较。结果表明:随着表面粗糙度的增大,油膜温度逐渐升高,尤其是出口区与入口区的温升最为显著,且油膜温升越大,载荷比及平均摩擦因数越大,膜厚比越小;与等温解相比,热解的膜厚比及平均摩擦因数小,载荷比大;等温与热条件相比,中心膜厚与最小膜厚随表面粗糙度的变化趋势差异显著,说明热效应对混合润滑的影响不可忽略。     

气体润滑环瓣式浮动环密封高速特性

基于气体润滑理论,考虑浮动环瓣力平衡与力矩平衡,对气体润滑环瓣式浮动环密封高速特性开展数值分析研究。计算得到密封面压力分布规律,并分析转速、密封压力等操作参数对平衡膜厚、平衡转角、泄漏量、气膜刚度、刚漏比等密封参数的影响规律。结果表明:密封面楔形收敛间隙可以产生显著动压效应,最小膜厚与环瓣偏角随主轴转速增加而增大,但是随密封压力增加而减小;泄漏率随转速与密封压力增加而增大,气膜静态刚度、角向刚度、刚漏比随转速增加而降低,随密封压力增加而增大。     

超高速涡轮泵机械密封热弹流润滑特性研究

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能变化规律。结果表明：超高速工况下密封端面产生沿泄漏方向收敛的液膜间隙,密封动环的高温热变形是主因;随密封压力的增大,液膜间隙的收敛角减小,最大膜厚和泄漏率增大,端面温升明显减小;随着转速的增大,液膜间隙的收敛角、端面温升和泄漏率增大,摩擦扭矩减小。建立的流固热力耦合模型可为超高速涡轮泵用机械密封端面的优化设计提供理论指导。     

液压系统中往复运动密封机制分析

针对唇型往复运动密封模型,提出一种分析往复运动密封在液压缸内外行程中油膜压力和温度分布的方法。采用有限差分法求解压力,采用逐列扫描技术计算温度。研究内外冲程中相对滑动速度和密封截面形状对密封机制的影响。结果表明:相对滑动速度越大,密封的动压效应越明显,油膜温度越高,且温度波动最大的区域位于最小膜厚处;刃倾角α、β取值及边界条件同时影响密封间隙的压力分布。     

基于Carreau流变模型的圆柱滚子轴承热混合润滑分析*

为了研究圆柱滚子轴承接触区的混合润滑性能,建立基于Carreau非牛顿流体的热混合润滑模型,求解非牛顿流体线接触热混合润滑数值解。研究滑滚比、卷吸速度及载荷对线接触混合润滑特性的影响,并与相同工况下牛顿流体热混合润滑的结果进行对比。结果表明：随着滑滚比、卷吸速度及载荷的增大,油膜温度都会升高,Carreau非牛顿流体的温度要低于牛顿流体的温度;油膜厚度随着滑滚比、载荷的增大而减小,随着卷吸速度的增大而增大,Carreau非牛顿流体与牛顿流体膜厚相差不大;随着滑滚比的增大,2种流体的平均摩擦因数均增大,随着卷吸速度和载荷的增大,2种流体的载荷比均减小。     

直升机减速器径向石墨密封的泄露特性分析

针对直升机减速器润滑油泄漏问题,选取某直升机减速器径向石墨密封环为研究对象,应用FLUENT软件对其内部流场和泄漏特性进行数值模拟,研究径向间隙、密封块豁口间隙、压比、被密封轴椭圆度及密封环分块数对径向石墨密封泄漏特性的影响。结果表明,在其他条件相同时,密封装置的泄漏量随径向间隙、椭圆度的增大而增大,且增大速度有加快的趋势;密封装置的泄漏量随豁口间隙的增大而增大,且增大速度有减慢的趋势;密封装置的泄漏量随压比的增大近似呈线性增大;密封装置的泄漏量与密封环分块数没有明显关系。     

基于渗流原理的液体润滑机械密封的泄漏率研究

针对现有机械密封端面泄漏通道模型存在的不足,考虑到流体在端面间的流动过程和渗流过程具有相似特征,建立了基于渗流原理的接触式机械密封端面间渗流通道模型,利用达西公式计算了端面间的泄漏率。研究了表面粗糙度、膜厚对孔隙率的影响,表面粗糙度对最大微凸体直径的影响,以及膜厚、表面粗糙度、端面宽度和对泄漏率影响。结果表明,孔隙率随表面粗糙度的增大而减小,随膜厚的增大而增大;最大微凸体直径随表面粗糙度的增大呈线性增大趋势;泄漏率随表面粗糙度的增大先增大后减小,随膜厚的增大而增大,随密封端面宽度的增大而减小。提出的研究方法为更准确计算接触式机械密封的泄漏率提供了新思路,对进一步探究密封的泄漏机理具有一定的科学意义。     

双向菱形孔织构端面密封性能研究

基于双向双列菱形孔织构端面流体密封的理论控制模型,采用有限元分析的方法研究菱形孔结构、排布方式和工况参数对密封性能的影响规律,研究菱形孔双向泵送作用对机械密封动压润滑性能影响规律及内在运行机制。结果表明：随外压增大,内外径处的压差逐渐增强,开启力和泄漏率逐渐增大,液膜刚度是先减再增而后减小;随转速增加,开启力、液膜刚度和泄漏率均呈快速增大的变化趋势;随着基础膜厚增大,开启力、液膜刚度先快后缓慢减小,而泄漏率则迅速增加;端面加工出的双向双列菱形孔织构可将间隙内流体进行回吸,从而减少泄漏率,提高了端面间隙的润滑性能,通过排布形式各异的菱形孔及结构参数的优化设计可实现密封特性的提升。     

基于多孔介质模型的机械密封静压泄漏特性分析

针对接触式机械密封普遍存在的渗漏现象,考虑到流体在多孔介质中的流动和在密封端面间的流动具有相似特征,基于多孔介质模型建立密封端面间渗流模型,通过对动量方程和连续性方程的推导,得到适用于密封端面间流体流动的控制方程,提出一种密封端面间泄漏率的解析计算新方法,并与COMSOL数值模拟得到的泄漏率进行对比分析;研究孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚、密封介质压力和弹簧比压对静压泄漏特性的影响规律。结果表明,泄漏率随孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚和密封介质压力的增大而增大,随弹簧比压的增大而减小,解析计算结果和数值模拟结果的变化趋势基本一致,证明该解析法计算泄漏率具有实用性和可行性。     

基于套圈变形的柔性轴承弹流润滑分析

以柔性轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹性薄壁圆环理论,建立柔性轴承等温椭圆点接触弹流润滑模型,对滚珠及内外圈滚道的接触区受载荷最大位置处进行弹流润滑数值分析;计算危险点的曲率半径、速度及载荷,分析载荷及速度变化对该位置润滑性能的影响。研究结果表明:套圈变形使得润滑接触区峰值压力增大、膜厚减小;柔性轴承弹流润滑油膜最小膜厚及中心膜厚均随载荷的增大而减小,油膜压力随载荷的增大而变大,表明载荷增大对柔性轴承的承载有一定影响;随转速的增大最小膜厚及中心膜厚均增大,表明在一定范围内,适当提高转速能够改善润滑性能。     

凸轮机构混合弹流润滑特性分析

针对凸轮机构在混合弹流润滑状态下容易过早形成胶合和磨损等问题,对处于混合弹流润滑状态下的凸轮机构润滑特性进行研究。基于载荷分担思想,联立凸轮机构参数方程和弹流润滑理论方程,采用数值解法对凸轮机构推程中的摩擦因数、膜厚和油膜承载占比进行求解,得到6种运动规律凸轮机构的摩擦因数、膜厚和油膜承载占比随凸轮转动的变化曲线,并探究基圆半径、当量弹性模量和转速对凸轮机构混合润滑特性的影响。研究结果表明:增大基圆半径和转速有利于降低推程中的摩擦因数,且使膜厚和油膜承载占比增大,从而有利于改善润滑状况;增大当量弹性模量对推程膜厚影响不大,但会增大摩擦因数,使油膜承载占比减小,从而不利于润滑状况的改善。     

季戊四醇油酸酯膜厚测量及薄膜润滑研究

运用光干涉法相对光强原理,通过纳米级润滑膜厚度测量仪测量了不同温度、不同载荷下纳米间隙中环境友好润滑剂季戊四醇油酸酯的油膜厚度。探究了膜厚与速度、载荷、温度之间的关系,观察了薄膜润滑现象。结果表明：在对数坐标系下,膜厚与速度具有一定的线性关系,在速度较高时,线性关系更强,润滑剂具有流体效应。载荷对膜厚的影响远小于速度对膜厚的影响,温度对膜厚的影响主要表现在温度越高时,润滑剂的黏度越低,润滑剂的膜厚越薄。     

指数率流体热弹流润滑分析

应用多重网格技术,求得了指数率非牛顿流体线接触热弹流润滑的数值解,分析了油膜压力、厚度和温度等随流变指数、速度参数、滑滚比及载荷参数的变化关系,并与相同工况下的等温解进行了比较。结果表明,随着流变指数的增加,油膜厚度和温度、入口处的当量粘度、最小膜厚、中心膜厚和最大温升均增大,而油膜压力和摩擦因数的变化较小。指数率流体弹流润滑问题的热效应不可忽略;与压缩功项相比,油膜能量方程中的热耗散项对温度的影响最大。同时,无量纲速度参数、滑滚比和载荷参数等均影响热弹流润滑特性。     

低压螺旋槽上游泵送气体端面密封零泄漏特性

采用有限差分方法,基于对螺旋槽端面气膜压力分布、流速分布和泄漏率变化的数值计算分析,探讨低压上游泵送螺旋槽气体端面密封实现被密封介质零泄漏的作用机制和变化规律。结果表明,螺旋槽上游泵送作用可在高压侧形成周向封闭的高于密封压力的高压流体环带,阻止被密封介质进入密封间隙,实现被密封高压介质的零泄漏,形成密封介质的完全的反向泄漏;泄漏率随转速、槽数和膜厚的增加先减小后增大,随槽深、螺旋角和槽台宽比的增加先增大后减小,随槽根半径增加而减小;当转速、膜厚和槽数达到一定值时,泄漏方向会发生改变;开启力随转速和槽数增加而增大,随着膜厚的增大而减小,随槽深、螺旋角、槽台宽比和槽根半径的增加呈先增大后减小的趋势。     

周期性载荷作用下的滚珠丝杠相邻滚珠间热弹流数值计算

滚珠丝杠相邻滚珠之间存在零卷吸速度接触,与常见的纯滚动或滚滑接触相比工况更恶劣,周期性载荷作用下相邻滚珠之间的接触则更为复杂。建立零卷吸工况下正弦波载荷作用的滚珠丝杠相邻滚珠间热弹流数值计算模型,采用多重网格法求解压力,多重网格积分法求解弹性变形,逐列扫描技术求解温度场,实现对线接触热弹流润滑的数值模拟。并以R100-25Y2型滚珠丝杠为研究对象,分析其油膜特性以及载荷幅值和表面波纹度对油膜特性的影响,结果表明：在加载过程中,由于挤压效应增强,“温度-黏度楔”效应增强,油膜凹陷深度及中心膜厚增大,最小膜厚减小,接触区最大温升增大,摩擦系数减小,卸载过程则相反;由于载荷变化的时变效应,油膜变化相比载荷变化存在一定的滞后性,而载荷波动幅值的增大进一步增强了该滞后性;表面波纹度的存在造成油膜压力和膜厚曲线的波动,特定的波纹度长度可导致中心膜厚和最大温升增大,而最小膜厚和摩擦系数减小。