基于摩擦热效应的刷式密封摩擦副匹配性实验研究

刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响刷式密封的密封性能和使用寿命。分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论,设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置,设计加工了6种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和4种不同涂层材料的摩擦转盘,实验研究了工况参数、结构参数以及不同摩擦副材料对刷式密封摩擦热效应的影响,通过对比分析刷式密封最高温度以及磨损前后摩擦副的磨损形貌及磨损量,获取了刷丝与转子涂层材料的匹配性关系。研究结果表明：刷式密封最高温度会随着摩擦时长的增加先迅速升高后趋于稳定,随着干涉量的增大而升高,干涉量由0.3 mm增大至0.4 mm,刷丝平均最高温升达39.96℃;最高温度随着刷丝束厚度的增加而升高,随着后挡板保护高度的增大而降低;当刷丝材料为钴基高温合金GH605时,最佳转子涂层材料为WC,当刷丝材料为镍基高温合金GH4169时,最佳转子涂层材料为ZrO₂,此两种匹配材料能够在相同工况下产生较低的摩擦热量,且耐磨性能高于其他匹配材料。     

遮流板对低滞后刷式密封泄漏特性及刷丝变形的影响*

为研究带遮流板的低滞后刷式密封泄漏特性及刷丝变形情况，采用ANSYS软件建立低滞后刷式密封的三维叉排管束模型。考虑遮流板的柔性作用，通过与相关实验数据对比，验证数值模型的合理性。研究3种不同结构参数对低滞后刷式密封泄漏特性的影响，并对比分析有、无遮流板时低滞后刷式密封的泄漏量和刷丝变形。结果表明：遮流板有助于提高低滞后刷式密封的密封效果；带遮流板的低滞后刷式密封泄漏量较小，其泄漏量与保护高度和径向间隙呈正相关，与遮流板长度呈负相关；带遮流板结构可以减小刷丝的最大变形量和等效应力；刷丝所受的气动力和轴向变形量也随压差的增大而增大，其最大变形点发生在靠近后挡板的第一排刷丝尖端。     

两级刷式密封流动传热特性数值与实验研究

刷式密封传热特性直接影响刷式密封的封严特性与使用寿命,现有刷式密封存在刷丝与转子间摩擦产生大量热导致密封提前失效的问题。建立了两级刷式密封三维实体流动传热求解模型,将数值模型计算结果同实验数据进行对比验证,在验证模型准确性的基础上,数值分析了刷丝束内部轴向和径向的压力分布特性,研究了刷式密封几何参数对泄漏特性的影响和压比、转速、干涉量对刷丝最高温度的影响。结果表明:上下游区域压力基本保持不变,压降主要出现在刷丝束区域;末级刷式密封承受的轴向压力与径向压力较大,表明末级刷式密封对密封性能影响较大;在本文的研究工况下,泄漏量从10排刷丝数到25排刷丝数降低了15.29%,而后挡板保护高度从2.5mm增加至4mm时,泄漏量增加了14.40%,刷丝束与转子表面间的径向距离由0mm增加至0.5mm时,泄漏量增加了31.61%,其中径向距离的增加对泄漏量的影响较为明显;刷式密封的下游区域温度高于上游区域,且高温区出现在刷丝自由端,刷丝的最高温度随着压比、转速以及干涉量的增加而增加,分别增加了6.5%,8.1%,5.4%。     

多轴变幅应力状态下连杆微动疲劳全寿命研究

提出了一种适用于多轴变幅疲劳应力作用下的疲劳全寿命计算模型；结合有效应力强度因子幅理论和雨流计数技术处理应力谱，修正了Paris疲劳裂纹扩展速率公式使其适用于多轴变幅应力条件；在修正的Paris公式中引入短裂纹修正尺寸，得到全寿命计算模型；以斜切口式柴油机连杆齿形配合面处的寿命计算为工程算例，基于材料试验和有限元分析，计算得到配合面危险节点的寿命。结果表明，该模型可进行复杂工况下结构表面裂纹从任意初始尺寸扩展到任意设计尺寸的寿命计算，对指导关键性零部件寿命设计和确定检修时间具有重要意义。     

柔性丝刷式密封泄漏特性的数值与试验研究

柔性刷丝较金属刷丝可降低刷封重量和摩擦磨损。建立"L"形柔性丝刷式密封泄漏特性分析的数值模型,分析结构参数、工况参数和安装参数对泄漏率的影响。试验测量压差和转速对泄漏率的影响,并与数值结果对比验证。结果表明:在刷束区流体压力发生突降;小压差、高温度和高转速工况下泄漏率降低,反之则提高,其中转速的影响程度较低;降低孔隙率、刷丝直径、前板间隙、后板间隙或增加刷丝长度、刷束厚度可提高密封性能;合适的密封间隙可通过流阻效应起到密封作用,并显著降低摩擦磨损;试验与数值模拟结果误差小于10%,变化趋势一致。     

相贯线锥柄铣刀

<正>相贯线锥柄铣刀(见下图)是用于加工自行车车架管端相贯线的先进工具.铣刀的切削部分直径D=28～40mm,分五种规格.刀齿为等高尖齿均布在环形的端面上;刃倾角λ=3°～5°切削刃长度约为3mm.随着铣刀直径的增大,切削刃长度可适当加大到6mm;铣刀外圆倒锥度为1:50,以形成30′的副偏角,前角6°～8°,齿槽角55°,齿顶留有0.1mm的刃带.如果将切削部分展开,又象是一把有效长度为πD的锯条.这种铣刀使用方法简便,中心定位准确,可加工轴线垂直相交的两圆柱相贯线,也可加工正圆柱和斜置正圆柱的相贯线.由于切削齿数     

刷式密封流场和温度场数值模拟

将刷式密封区域视为多孔介质,建立刷式密封CFD数值分析模型;结合FLUENT软件,通过求解Non-Darcian多孔介质模型的能量方程和(RANS)完全雷诺平均方程的方法,研究刷式密封干涉量、转速和压比对刷式密封流动和传热特性的影响规律;采用EUGRN方程推到出多孔介质阻尼系数计算方法,并通过试验验证该方法的正确性。结果表明:随着压比的增大,最高温度先增大然后减小;随着转轴与刷丝束间干涉量和转速的增加,最高温度增大;在每个转速下都存在一个临界压差可使得刷丝自由端最高温度达到最大值。     

提升高温应变计寿命及精度的结构优化方法研究

高温应变电测技术广泛应用于航空发动机热端部件应力状态测量,如何将高温应变计的各部分结构参数进行合理搭配,以提高应变计灵敏度及使用寿命,在工程中具有十分重要的价值。首先,针对影响高温应变计测量误差与疲劳寿命这两个目标,分别建立简支梁-测量误差模型与悬臂梁-疲劳寿命模型;然后,经有限元分析得到各个参数变化对应变计测量误差以及疲劳寿命的影响规律,进而筛选出待优化的参数;接着,采用遗传算法与响应面法相结合对高温应变计进行优化;最后,通过试验对最终优化结果进行验证。结果表明,单参数分析法能直观反映各个参数对应变计灵敏度与寿命的影响规律,基于响应面模型和多目标遗传算法的优化,可得出高温应变计栅丝直径、栅丝长度、栅丝间距、栅丝弯数、基底厚度5个参数的最佳参数组合;优化后的测量误差为0.255%,疲劳寿命达到2.384 6×10~7次循环;试验验证结果表明,多目标优化后测量误差降低了89.2%,疲劳寿命提升了10.14%。     

不同温度下15CrMoR循环塑性实验研究及低周疲劳寿命预测

在20℃,200℃,300℃和400℃下对15CrMoR进行了循环塑性行为和棘轮效应—疲劳交互作用的实验研究。不同温度下全寿命内循环塑性实验表明,非对称循环加载的大部分时段棘轮应变率基本保持稳定,后期接近失效阶段才急速增大。各温度下棘轮应变随平均应力、应力幅的增大而增大。低周疲劳寿命受平均应力和应力幅的共同影响,但应力幅的影响更大。与Coffin-Manson模型及Morrow修正模型相比,各温度下MSRS模型对材料疲劳寿命的预测更为准确。采用含温度参数的MSRS模型可较方便地预测不同温度下材料的疲劳寿命。     

考虑闭合效应的刷式密封泄漏特性研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型的Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的数值方法研究实验测量的零间隙和具有间隙的刷式密封在不同压比和转速下的泄漏特性,提出针对刷式密封闭合效应的间隙修正公式。考虑闭合效应后具有间隙的刷式密封泄漏量的预测结果与实验数据吻合,验证所建立刷式密封闭合效应修正模型的有效性。研究结果表明:刷丝束顶部与转轴间的间隙导致刷丝束内部压力降低且具有较为明显的径向压差,径向压差的存在导致刷丝束产生闭合效应,进而减小了刷式密封的有效密封间隙;闭合效应使得刷式密封有效间隙随着压比升高而减小,数值计算刷式密封泄漏特性时考虑闭合效应可以显著提高预测精度;在相同压比和转速下,具有间隙的刷式密封的泄漏量明显大于零间隙刷式密封的泄漏量;刷式密封的泄漏量随着压比的增大而增大;在所研究的转速范围内转速对刷式密封的泄漏特性的影响有限。     

端面刷式密封的研制及特性分析

针对常规刷式密封存在的转子易磨损、刷丝之间的间隙随半径的增大而增大,进而造成空隙率不均、后挡板与转子之间的间隙大小受到转子径向跳动的限制等问题,研发了一种用于气体密封的新型端面刷式密封结构,将常规型刷式密封的摩擦面由转子表面转移到与转轴垂直的端面上.端面刷式密封具有摩擦无法对转子造成破坏、刷丝排列更紧密,刷丝区孔隙率均匀、适用于更大的转子偏移、结构上有更多的选择性等特点,使密封效果更好.     

柔性极靴磁脂密封温度场和传热性能的研究

针对现有磁脂密封密封能力有限、运行时极靴易与转轴发生刚性磕碰;而刷式密封摩擦生热较大、不能实现零泄漏等问题,综合磁脂密封与刷式密封的特点,提出了新型柔性极靴磁脂密封。利用GAMBIT和FLUENT软件建立柔性极靴磁脂密封的数值分析模型,对比分析了柔性极靴磁脂密封理论上的温度场分布以及磁脂温升规律等传热特性。结果表明:密封的接触线速度、柔性丝的直径、排列倾角和安装过盈量都会对磁脂温度变化产生一定的影响;排列倾角和安装过盈量对磁脂温升的影响有限。由于涂层厚度过小,改变涂层材料,对磁脂温度的影响较小。此外,建立了柔性极靴磁脂密封试验系统,验证了随着转轴转速的增加,柔性极靴密封功耗和磁脂温度会有明显的上升。     

基于田口试验方法的双唇Y形拉杆封参数优化研究

为了探究不同结构及运行参数对双唇Y形密封性能的影响以及最优动态密封参数组合,利用ABAQUS有限元分析软件模拟分析双唇Y形拉杆密封在静压状态下的密封性能,通过改变第二内唇的左右倾角、轴向位置和过盈量,研究参数变化对双唇Y形拉杆密封性能的影响。分析动态密封下工作压力、活塞杆运行速度和密封件粗糙度对双唇Y形圈的摩擦力矩、泄漏量的影响。并利用田口试验设计方法对密封圈参数进行优化,确定参数的最佳水平。结果表明:随着第二内唇过盈量增大,两个唇最大接触压力均随之增大,而轴向位置对第二内唇最大接触压力影响不明显;当第二内唇左倾角大于25°、右倾角大于30°后最大接触压力波动显著增加;密封圈与活塞杆间的摩擦力随着密封件粗糙度、密封压力的增加而变大,而往复速度对摩擦力影响不大;当粗糙度大于0.95 μm时密封出现外泄漏,密封压力的增加使密封圈的净泄漏量逐渐减小。研究的双唇往复密封最佳动态密封参数组合为工作压力8 MPa、粗糙度0.9 μm、活塞杆运行速度10 mm/s。该研究结果可为具有微小扭转或弯曲变形工况下的液压缸拉杆密封设计提供参考。     

低滞后刷式密封泄漏流动数值模拟及结构优化

基于多孔介质模型,采用计算流体力学软件Fluent对常规、低滞后矩形及翼型3种刷式密封泄漏流动特性进行数值模拟,结果表明:相比于常规刷式密封,矩形刷式密封迟滞性并没有得到改善,翼型刷式密封在降低迟滞性的同时泄漏量却大大增加。为改进低滞后刷式密封的性能,提出背板轴向间隙的概念,并研究背板轴向间隙对低滞后刷式密封泄漏流动特性的影响,结果表明:在前后压比一定的条件下,泄漏量与轴向间隙成正比,而泄漏增加量与轴向间隙成反比,且均在轴向间隙较小时变化较明显;相较于矩形刷式密封,轴向间隙密封随着轴向间隙的增大,背板处压力值除在保护高度区域内略有提高外,在其他区域均明显下降,且轴向间隙由0增大到0.1 mm时的压力下降效果最明显。     

柔性丝刷式密封传热特性的数值分析与试验研究

针对刷丝与转子摩擦生热、刷束的局部过热、热量传入轴承腔体等影响机器性能的问题,对柔性丝刷式密封的生热、散热、隔热性能进行了研究.建立了大过盈变阻力柔性丝刷式密封和传统金属丝刷式密封CFD多孔介质数值模型,对比了柔性丝和金属丝刷式密封摩擦生热性能、沿挡板的传热性能、阻碍热量进入轴承腔体的隔热性能,并探究了工况参数和结构参...     

Y形组合密封的密封性能研究

应用ABAQUS软件建立YO组合密封的有限元模型,分别比较Y形组合密封与Y形密封、聚氨酯和丁腈橡胶2种材料的Y形组合密封,在密封区域的静态接触压力和Mises应力分布,分析O形圈截面直径对2种材料Y形组合密封性能的影响规律。结果表明：Y形组合密封在密封区域的接触压力和Mises应力均大于相同规格、材料的Y形圈,且外行程时Y形组合密封接触压力增大更明显,应力分布更均匀,验证了Y形组合密封的双重密封和改善根部抗撕裂的特性;在O形圈截面直径相同的情况下,聚氨酯组合密封外行程与内行程的最大接触压力差值远远高于丁腈橡胶组合密封,而丁腈橡胶组合密封Mises应力分布更均匀;随着O形圈截面直径的增大,聚氨酯组合密封的最大接触压力呈现先增大后减小的趋势,丁腈橡胶组合密封呈现逐渐减小的趋势,但两者的Mises应力均呈现逐渐增大的趋势,且丁腈橡胶组合密封增大更显著。研究结果为不同工作条件下密封件的选择提供了参考依据。     

刷式密封传热特性的数值研究

刷式密封在密封过程中会产生的大量摩擦热,影响到其密封性能,针对这一问题,采用数值分析的方法,研究了进出口静压比与背板结构对刷式密封传热特性的影响规律。首先,采用ANSYS软件建立了刷式密封的三维切片热分析模型,通过与实验数据对比验证了该模型的合理性;然后,研究了进出口静压比对刷式密封泄漏量以及刷式密封最高温度的影响,分析了刷式密封的压力场与流场分布情况;最后,在热分析基础上,对刷式密封温度场的分布情况进行了模拟分析,通过改变背板平衡腔的腔体形状、背板平衡腔体深度和下游保护高度,研究了背板结构对刷式密封温度场的影响规律。研究结果表明:随着进出口静压比的增加,刷式密封泄漏量以及刷式密封最高温度变化趋势逐渐变缓;平衡腔的腔体形状改变对刷式密封最高温度的影响有限;刷式密封最高温度随平衡腔体深度的增大而下降,下降趋势变缓;当下游保护高度低于1.2 mm时,随着下游保护高度的减小,最高温度出现的位置由末排刷丝尖端向前排转移,其数值大小呈指数规律上升。     

低滞后刷式密封泄漏特性试验研究

模拟航空发动机静态和动态工况,对低滞后刷式密封的泄漏特性进行试验研究,研究转速、进出口压差和温度等参数对低滞后刷式密封泄漏特性的影响规律;通过普通和低滞后刷式密封的试验对比,研究普通刷式密封的滞后现象,并进行低滞后刷式密封的持久试验。试验结果表明:低滞后刷式密封具有优异的密封性能,在动态试验中,刷丝具有良好的跟随性,缓解了刷丝滞后效应;低滞后刷式密封具有持久保持优异密封性能的潜力。     

低滞后刷式密封泄漏特性与滞后效应研究

针对带遮流板的低滞后刷式密封结构,采用经试验数据修正的多孔介质模型,对3种减压腔轴向尺寸的结构在不同上下游压差下的三维泄漏流场进行了数值模拟,对这3种结构在压差上升和下降过程中呈现的泄漏系数滞后效应进行数值分析。研究结果表明:经试验修正的多孔介质模型能较好地预测低滞后刷式密封结构的泄漏量;不同减压腔轴向尺寸的低滞后刷式密封的压力分布趋势基本相同,减压腔使刷束和后挡板间几乎不存在压力梯度;随着压差的上升,泄漏系数先迅速增大后趋于定值;减压腔轴向尺寸为0.5 mm时泄漏系数最小,但其表现出的滞后效应更显著。研究结果可为低滞后刷式密封泄漏特性滞后效应研究及结构设计提供依据。     

风电主轴双支承圆锥滚子轴承疲劳寿命计算

针对直驱式风电机组主轴双支承圆锥滚子轴承组合，建立了一种轴承疲劳寿命理论计算方法。首先，在笛卡尔坐标系中对轴承滚道进行数学描述；其次，运用坐标变换原理建立滚子-滚道接触变形与套圈位移之间的数学关系，借助于变形协调条件和受力平衡条件解决滚子载荷分布的静不定求解问题，通过对模型的数值求解得到轴承内部每个滚子的载荷；然后，运用有限长线接触理论建立修形滚子与套圈滚道之间的弹性接触模型，计算得到滚子与滚道之间的接触应力分布和滚道边缘应力修正函数；最后，通过边缘应力修正函数修正当量滚子切片载荷，进而准确计算轴承疲劳寿命。实例分析结果表明：滚子素线修形量对滚子与滚道之间的接触应力分布和轴承疲劳寿命有显著影响，轴承疲劳寿命随滚子凸度系数增大先急剧上升，达到最大值后缓慢下降。