基于正交试验的旋转轴唇形密封可靠性影响因素研究

为探讨多因素相互作用对油封可靠性的影响,以某减速器中输入轴与轴承端盖间的油封为研究对象,基于有限元软件获得不同结构参数时油封的静态压力分布曲线和影响系数矩阵,并将分析结果集成到油封的混合数值计算模型,分析并计算油侧唇角、空气侧唇角、理论接触宽度、过盈量、弹簧劲度系数、腰厚、腰长7个结构参数对油封泵送率和摩擦扭矩值的影响;将油封的7个结构参数作为变量因素,以油封泵送率和摩擦扭矩作为响应目标进行正交试验,研究各结构参数对油封密封可靠性的灵敏性。结果表明:各因素对油封泵送率敏感性影响程度由大到小依次为油侧唇角、理论接触宽度、空气侧唇角、腰厚、过盈量、腰长、弹簧劲度系数,各因素对摩擦扭矩的敏感性影响程度由大到小依次为油侧唇角、理论接触宽度、腰厚、弹簧劲度系数、过盈量、空气侧唇角、腰长,表明油侧唇角和理论接触宽度是影响油封可靠性的最主要因素。确定油封参数的最优组合,油封优化后的摩擦扭矩比优化前的更低,因而能够减少油封工作时的摩擦生热量,从而延长油封的使用寿命。     

基于ABAQUS的旋转轴唇形油封温度场分析

考虑摩擦生热、热滞后热源对旋转轴唇形密封圈温度场的影响,模拟油封在特定工作条件下的温度分布。应用有限元分析软件ABAQUS,建立唇形油封的三维有限元模型,并对某优化前后的唇形油封的非稳态温度场进行仿真,获得压力、转速与油封温升之间的关系曲线。仿真结果表明:该优化前后的唇形油封的温度场分布均满足密封要求;且在分析的工作参数范围内,密封圈温度随压力的增大而减小,随转速的增加而增大;摩擦面上的温度从两侧向中间逐渐增加,最高温度位于中间位置靠近空气侧;且优化后的油封随着转速的增大和压力的升高,温度的变化幅度趋于平缓,证实了优化后油封的较好密封性能和散热性能。     

橡塑组合型唇形旋转轴密封简介

近代机器在不断强化．使机器环境温度增加；由于提高轴的转速，使密封唇口下面的工作温度提高。同时为了提高润滑油的品质，加入许多添加剂，这又使密封件在使用上受到影响。氟橡胶和聚四氟乙烯(PTFE)均被选作先进的密封材料，它们各自具有优异的特性，但也存在着一些局限性。为了克服这些缺点，开发了一种新油封，能克服它们各自的缺点，并能满足目前机器严酷的要求，获得优良的密封性能，同时还有很长的使用寿命。     

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...     

基于广义轴对称模型的橡胶旋转轴唇形密封圈磨损研究*

建立橡胶旋转轴唇形密封圈的广义轴对称模型,并基于Abaqus/Python二次开发与Abaqus/ALE自适应网格技术提出一种密封圈磨损有限元仿真方法,通过与实验结果对比,验证了方法的有效性。相比于三维磨损模型,该方法能够在保证计算精度的同时显著提高计算效率。基于该方法研究不同工况参数对密封圈磨损的影响。结果表明：磨损初期主唇口的空气侧磨损程度较油侧更严重,后期主唇口油侧磨损程度逐渐超过空气侧;转速对磨损的影响较小,且在相同磨损时间不同转速下的主唇口轮廓线大致平行;装配过盈量对磨损影响较大,但在相同磨损时间不同过盈量下的主唇口轮廓线大致平行;弹簧箍紧力对磨损的影响较大,相同磨损时间情况下,弹簧箍紧力越大则主唇口油侧磨损越严重。     

旋转轴唇形密封混合润滑理论模型和试验验证

基于旋转轴唇形密封的反向泵送机理,采用流量因子统计学方法同时考虑密封唇表面粗糙峰接触的影响进行唇封性能的理论分析,建立唇封的混合润滑模型,模型耦合考虑流体力学分析,粗糙峰接触力学分析以及变形分析。求解雷诺方程得出油膜压力和切应力,利用GREENWOOD-WILLIAMSON接触模型计算粗糙峰与轴之间的接触压力,采用影响系数法进行变形分析。基于所建立的混合润滑模型,结合一种典型的唇封结构,对评价唇封性能的泵送率和摩擦扭矩进行数值计算,并通过自主研制的台架试验验证了唇封混合润滑模型的正确性。由于表面粗糙峰是导致旋转轴唇形密封产生泵送效果的原因,利用验证的理论模型对粗糙度对泵送率、摩擦扭矩和接触面积的影响进行分析。     

结构和材料参数对旋转轴唇形密封可靠性影响

基于流量因子统计学方法建立油封密封区域的混合润滑数值模型,利用有限元软件进行求解,分析结构和材料参数对油封密封可靠性的影响规律。结果表明：在研究的参数范围内,静态密封可靠性随腰厚、腰长、空气侧唇角、弹簧的弹性模量、橡胶硬度的增加而提高,随过盈量、油侧角和理论接触宽度的增大而减小;当过盈量为0.4~0.55 mmm、理论接触宽度为0.3~0.6 mm、油侧角为35°~50°、空气侧唇角为15°~30°、腰厚为1.0~1.3 mm、腰长为0.9~1.2 mm、弹簧模量为1 175~1 250 MPa,橡胶硬度为70HA~85HA时有利于油封可靠性的提高,且在此取值范围内,动态密封可靠性随过盈量、油侧唇角、橡胶材料硬度、腰厚和理论接触宽度的增加而增大,随弹簧弹性模量、腰长、空气侧唇角的增大而减小。     

磁流体用于旋转轴液体密封的研究

本文以润滑油为例,通过实验研究了磁流体密封液体时的界面稳定性。结果表明,磙流体用于液体密封时,其密封寿命不仅与磁流体的特性有关,而且与液-液界面的磁场分布有关。在成功合成与被密封液体不相溶的磁流体的基础,通过合理布置密封装置的磁场和磁路,可以在大大延长磁流体用于旋转轴液体密封的寿命。     

旋转轴唇形密封圈的有限元分析与仿真

利用橡胶类材料单轴拉伸所得到的应力应变曲线,通过数据拟合确定了Mooney-Rivilin模型的材料参数。建立了旋转轴唇形密封圈的有限元计算模型,模拟了弹簧圈预紧、过盈配合以及在不同的介质压力对旋转轴唇形密封圈密封性能的影响,得到了橡胶密封圈的范·米塞斯应力的分布规律以及唇口处接触应力的分布曲线。研究结果表明:随着介质压力的增加,唇口处范·米塞斯应力随之增加。唇口处接触应力的分布近似为二次抛物线,接触应力的最大值出现唇口尖端处。随着介质压力的增加,唇口处接触应力的应力峰值和接触宽度明显增加,且峰值均大于介质压力,满足旋转轴唇形密封圈的密封条件。     

车桥旋转轴唇形密封圈仿真研究

介绍了驱动桥旋转轴唇形密封圈的概况、基本机构形式,阐述了其密封机理,利用有限元分析软件ANSYS建立了密封圈的模型进行仿真,进行了外露骨架油封和内包骨架油封的对比,分析了车桥油封结构对其密封性的影响。结果表明,该模型计算得到的车桥油封静态条件下的变形和Von-mises应力分布情况与实际情况基本一致,且在相同条件下,内包骨架油封比外露骨架油封具有较大的变形量和较大的唇口Von-mises应力分布区域。     

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...     

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。     

A Transient Mixed Lubrication Model of a Rotary Lip Seal with a Rough Shaft

A rotary lip seal, widely used in machines containing rotating shafts, is usually protected from mechanical and thermal damage by a thin film of lubricant under the lip, separating the lip and the shaft surfaces. However, under some transient conditions such as those during startup and shutdown, the fluid film is not fully established or it breaks down, and the seal operates in the mixed lubrication regime. To simulate such cases, a transient mixed lubrication analysis has been developed. It generates predictions of such seal operating characteristics as load support sharing between hydrodynamic and contact pressure, contact and cavitation area ratio, the reverse pumping rate, and the average film thickness. In most previous numerical simulations of the rotary lip seal, the shaft surface is modeled as perfectly smooth. In the present study, a more realistic shaft surface with asperities is used, and the effect of the shaft surface roughness on the behavior of the seal is investigated.     

旋转唇形油封密封性能的有限元分析

利用有限元分析软件建立了旋转唇形油封的二维轴对称模型,分析了过盈量、弹簧劲度系数、空气侧唇角3种重要参数对油封接触宽度和唇口接触压力分布的影响,并用理论分析的方法估算出泵汲率和生热量。结果表明:随过盈量的增大,生热量几乎呈直线增加,泵汲率也不断增加,但其增速逐渐变缓;随弹簧劲度系数的增加,生热量不断增加,泵汲率变化不大;随空气侧唇角的增加,油封的泵汲率不断减少;随轴转速增加,油封的泵汲率和生热量均快速增加。     

Elastohydrodynamic Analysis of a Rotary Lip Seal Using Flow Factors

An elastohydrodynamic analysis of a rotary lip seal is performed numerically, incorporating both the fluid mechanics of the lubricating film and the elastic deformation of the lip. Asperities on the lip surface dominate the behavior of the flow field in the lubricating film and are taken into account through the use of flow factors. Because previous analyses treated those asperities deterministically, they required very large computation times. The present approach is much less computationally intensive because the asperities are treated statistically. Because cavitation and asperity orientation play important roles, these are taken into account in the computation of the flow factors. An asperity distortion analysis is introduced to model the complex variations in the asperity distribution on the surface of the lip. Results of the analysis show how the operating parameters of the seal and the characteristics of the asperities affect such seal characteristics as the thickness of the lubricating film, reverse pumping rate, power dissipation, and liftoff speed.