基于遗传算法并考虑质量守恒空化边界的最优织构形状

织构形状对摩擦副的润滑性能具有重要的影响,然而最优织构形状随工况参数的变化规律仍缺乏系统性研究。基于满足质量守恒的JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)空化边界条件,通过求解雷诺方程,结合遗传算法并以油膜承载力最大为目标,建立并简化最优织构形状优化模型,对比分析不同工况下最佳微孔与最优织构的承载力情况,探讨最优织构形状的相关几何参数随摩擦副端面间距、滑动速度与空化压力等参数的变化规律。结果表明：不同工况条件下最优形状织构的承载性能均优于最佳微孔织构,尤其当摩擦副端面间距小、滑动速度大时,性能提升更为显著;简化的最优织构形状几何模型共计3设计变量,即液体流入侧两点X_a、X_g横坐标X₁、X₂及织构深度h_g;随摩擦副端面间距增大,X₁先减小后基本不变,X₂逐渐减小,对应的最优织构深度与面积比增大,量纲一织构深度基本不变;随滑动速度增大,X₁先缓慢增大后基本不变,X₂逐渐增大,对...     

织构设计对润滑脂密封副密封特性影响的数值模拟

目的 探究织构设计对润滑脂密封副密封性能的影响规律,得到织构化设计的最佳结构参数和工况条件。方法 基于润滑脂Herschel-Bulkley流变模型和非接触机械密封原理,选择直线型沟槽织构建立端面密封模型。采用数值模拟方法分析不同倾斜角和转速下密封间隙的流场规律,进一步对密封副泄漏量的影响因素进行系统探究。结果 倾斜角不同,泄漏量随转速的变化规律不同。倾斜角为30°时,泄漏量随转速的提升而增大;倾斜角为35°时,泄漏量较小,且随转速变化不大;倾斜角为40°,且转速大于2 000 r/min时,泄漏量几乎为0;倾斜角大于等于45°,且转速大于1 000 r/min时,流体反向泵送,无泄漏。密封间隙和介质初始温度是影响泄漏的主要因素,泄漏量随密封间隙和介质温度的增大而增大。一定范围内,增加沟槽数量和长度也可减少泄漏。最佳织构参数和工况条件为倾斜角40°,槽数14,槽长8 mm,槽宽1.5 mm,密封间隙0.03 mm,槽深0.07 mm,温度小于320 K,转速大于2 000 r/min。结论 织构设计能有效抑制流体端面泄漏,润滑脂非牛顿特性对密封副间隙流场有显著影响,后续润滑脂密封副设计...     

不同密封副材料的表面织构设计及其润滑和密封特性

表面织构化是提升机械密封性能的有效途径，合适的密封副材料是保证机械密封长寿命、高可靠性运行的先决条件。为获得基于不同密封副材料的表面织构设计原则，选取硬质合金/碳石墨、硬质合金/碳化硅两类密封副材料，在硬质合金密封环端面加工不同参数的直线型、V型槽表面织构，研究其润滑和密封特性。结果表明，对于硬质合金/碳石墨密封副，在密封端面加工面积率为4%、（θ，β）参数为（-30°，60°）的V型沟槽织构具有较优的减摩和抑制泄漏效果；对于硬质合金/碳化硅密封副，织构化密封端面能显著降低摩擦因数和启动力矩、促进密封端面热量排散、且不会增加泄漏，面积率为6%直槽型织构效果最优。进一步揭示了织构类型和排布形式对润滑和密封性能的作用机理，为不同工况下密封副端面织构化设计提供了参考。     

内、外螺旋槽型机械密封润滑液膜特性研究

应用FLUENT软件对内、外螺旋槽型机械密封润滑液膜特性进行了数值模拟,得到了润滑液膜流场的压力分布、泄漏量、液膜开启力、摩擦扭矩。将内、外螺旋槽型在不同液膜厚度和不同转速条件下的液膜特性作比较,结果表明:同样条件下,内螺旋槽型机械密封的端面压力、泄漏量、液膜开启力、摩擦扭矩均略大于外螺旋槽型机械密封。为螺旋槽机械密封的优化设计提供参考依据。     

多孔端面机械密封三种不同型腔微孔膜压数值模拟

为了对比球缺槽、圆台槽、圆柱槽激光加工多孔端面机械密封结构产生的动压效应强弱,运用UG建模软件分别建立3种不同型腔微孔的流体动力学分析模型,应用流体动力学求解工具Fluent对3种形式型腔微孔进行仿真。结果表明:在相同工况条件下,增大转速、提高介质黏度、在保证密封环非接触前提下减小密封间隙、深径比选择在0.07～0.1之间可以明显提高动压效应;圆柱槽微孔具有更大的动压效应,将圆柱槽作为激光加工多孔端面密封开槽形式是最佳选择。     

基于分形理论的圆柱面接触密封特性分析

以圆柱面过盈配合形成的密封副的可靠性设计主要依据密封比压，未考虑接触面微观结构对密封泄漏失效的影响。为掌握微观结构与圆柱面密封泄漏之间的规律，依据分形理论，引入密封接触面过盈配合产生的接触压力与真实接触面积的关系，建立圆柱曲面微观接触泄漏模型，最后通过数值模拟方法分析了接触模型特征参数及材料力学参数对泄漏量的影响规律。结果表明：密封接触面粗糙度是影响密封效果的主要参数；接触面粗糙度不大于1.6μm时，可保证接触面密封效果；提高综合弹性模量可扩大过盈量对泄漏量的调控范围；表面硬度对真实接触面积影响显著，当表面硬度不大于300 N/mm²时，改变硬度对泄漏量影响显著；减小圆柱密封接触面初始最大泄漏孔隙面积，可提高密封件使用寿命。     

椭圆微织构结构参数对气膜浮环密封性能的影响

目的 提高以气体作为润滑介质的织构化浮环密封的密封性能,为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法 基于气体润滑理论,建立了表征织构化密封环间隙气体流动状态的物理方程,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,以气膜浮升力最大和泄漏率最小为优选目标,分析特定工况条件下椭圆微织构孔结构参数对密封性能的影响规律,获得密封性能优良的结构参数的优选范围。结果 随着转速和压力的提高均可增强动压效应,提高气膜浮升力。泄漏率随着压力的增加显著升高,但随着转速的提高缓慢下降。椭圆微织构孔几何结构参数对浮环密封气膜浮升力数值的影响因素主次顺序为：面积率>形状比>织构深度>旋转倾角。对密封装置的泄漏率数值的影响因素主次顺序为：织构深度>形状比>面积率>旋转倾角。在转速和压力分析范围内,浮环密封的润滑与密封性能受轴套表面织构几何参数的影响,推荐优先选择的椭圆织构结构参数为：形状比γ=3∶1,面积率Sp=11%,旋转倾角β=0°和织构深度ht=1μm,以获得良好的密封性能。结论 微织构的存在可以改善浮环密封的密封性能,选择合适的表面织构参数能起到减摩润滑的效果。研究结果可为气膜...     

基于CFD偏置迷宫密封泄漏特性研究

为了探究偏置状态迷宫密封的泄漏特性,使用ICEM CFD软件对迷宫密封水体模型进行结构化网格划分,并选择标准k-ε湍流模型,以不可压缩流体为工作介质对不同偏心率的迷宫密封进行了数值模拟计算,分析了不同间隙和压比对偏置迷宫密封泄漏特性的影响。结果表明:迷宫密封在偏心率不变的情况下,密封泄漏量随着节流间隙的增大而增加;密封泄漏量随着压比的增大而增加,且在高压比工况下,泄漏量随偏心率的变化更加明显。     

基于ANSYS的不同温度环境Y型圈密封分析

作者运用ANASYS软件,模拟计算了Y型密封圈在不同的温度和工作压力下的密封性能,研究结果表明:当油液的密封压力增大时,环境温度越低,最大剪切应力增大幅度越大,最大接触应力的增大幅度越小,更容易破坏和泄漏.     

波纹管机械密封多体多场热流固耦合性能分析

建立波纹管机械密封的波纹管-动环-流体膜-静环多体模型,对高温、高压、高速工况下的密封界面进行热流固耦合数值计算与分析,得到密封环在温度场、速度场、压力场等多场耦合影响下的应力和应变规律。在此基础上,分析主轴转速和流体压差对密封环端面温升和热应力变形的影响规律。结果表明:动静环的最大变形在端面的内径处,且变形量由内向外递减;动环端面的温升随密封压力和转轴旋转速度的增大近乎呈直线增加;动环的热应力变形程度随主轴转速和流体压差的增加而增加。     

液压往复密封泄漏量的有限元分析

利用大型有限元软件ANSYS建立了O形密封圈的轴对称有限元模型,分析其动态密封能力,得到主密封面接触应力的分布规律;讨论不同的压缩率、材料摩擦因数以及工作压力对其动态密封能力的影响。结果表明:随着压缩率的增加,泄漏量相应减少;选择合适的材料可以有效减少泄漏量;在低压工作时,动态密封的泄漏量随工作压力的增加呈现出先增大后减小且趋于一常数的趋势。     

基于槽区表面纹理化改性的液膜密封性能提升方法

目的 对传统液膜密封槽区的表面进行微观有序纹理化改性,以期调节微尺度流动,提高密封综合性能。方法 根据流动因子ξ判断密封端面间流体流动状态,采用有限体积法数值模拟密封稳态性能,对比现有文献验证算法的正确性;对比研究不同几何、工况参数下,有、无表面微纹理设计的密封开启力和泵送率的变化规律,研究槽区纹理对密封性能的影响机理。结果 采用槽区纹理化改性在提高密封间隙流体静压的同时,还可实现方向性导流,增强流体动压;在纹理方向与流场方向高度一致时（在所研究工况下,α为10o～15o）,可表现出良好的导流效果;通过增加纹理密度（用纹理数量表示,n）或增大纹理宽间比（Bm/Cm）,适当调小纹理间距Cm,可使导流效应增强;通过微纹理设计不会改变槽型参数的优化结果,存在较宽的纹理结构参数区间,使有纹理的密封性能较无微纹理的更优;有纹理密封在高速、大槽深时的维稳和抑漏效果更好。结论 在液膜密封槽区表面合理设计有序微纹理,可在槽型结构已较优的基础上,进一步提升液膜开启力、降低泄漏率。依据分析结果,提出“在流场与流体型槽方向高度匹配的前提下,设计超滑水槽区表面能够大幅提升液膜密封开启性能和泵送能力”的设想。     

基于Fluent的液压密封流体膜压力精确化研究

针对液压密封,密封区域流体膜压力不等于密封压力而导致对油液泄漏量研究有误差和对密封圈密封性能的研究因素考虑不足的情况,从密封圈的密封机制出发研究流体膜压力。基于Fluent中的层流模型Laminar,建立密封圈受到油液压力时的流体膜模型,对密封圈在静密封和动密封2种密封形式下进行有限元分析,得出密封区域的精确压力分布。对比分析了泄漏量的理论计算结果以及用流体膜压力代替密封压力后的修正数值计算结果。结果表明:用流体膜压力代替密封压力计算得到的泄漏量更加准确,误差更小;流体膜压力受密封压力和活塞杆运动速度影响,泄漏量与密封件所受密封压力、活塞杆运动速度成正比,活塞杆运动速度对流体膜压力和泄漏量的影响更大。流体膜精确压力的获得为密封圈密封性能的研究提供了参考,为获得其准确的密封机制奠定了一定基础。     

机械密封摩擦副界面温升分析

以接触式机械密封密封环为研究对象,建立摩擦副密封环整体传热模型,通过热-结构耦合模拟与数值计算,得到摩擦副的温度分布以及不同工况条件下摩擦副的变形情况。研究结果表明:密封环最高温度与最大热流密度都集中在密封环靠近摩擦副的内径处;密封介质压力和弹簧比压增大,摩擦副闭合力增大,微凸体接触增加,使得摩擦副变形量增加;随着转速的增加,摩擦副端面逐渐打开,微凸体对开启力的作用减小,使得摩擦副的变形减小。     

微孔几何轮廓对浮环气膜密封动压润滑特性的影响

目的 充分研究微织构几何轮廓对浮环气膜密封润滑特性的影响,调节微尺度流动,提高密封综合性能,为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法 基于气膜润滑理论,建立表面织构化浮环密封的润滑模型,以圆形、正方形、椭圆形、三角形4种轮廓微织构孔为研究对象,采用有限差分法对流体动压控制方程进行数值求解,获得密封间隙内气膜压力分布,通过试验验证理论模型的正确性和有效性,并考察不同几何轮廓的微织构孔对浮环密封性能的影响规律。结果 微织构孔均可产生显著的流体动压效应,具有三角形轮廓特征的微织构孔在综合密封性能上表现出最佳效果,其次是椭圆形、正方形,最后是圆形。在相同工况条件下,不同几何轮廓的微织构孔对密封性能参数的影响具有相似的规律。其中,转速、压力和偏心率的增大均可提高气膜浮升力;随着压力和偏心率的增加,泄漏率迅速升高,随着转速的升高而缓慢下降;气体摩擦力随着转速、压力和偏心率的升高而升高。结论 在轴套表面合理设计微纹理,并对不同几何轮廓微孔所适应的工况参数进行了研究,明确了不同工况下织构类型的选择和优化。研究结果可为浮环气膜密封的轴套加工制造提供理论依据,具有实际应用价值。     

机械密封系统流场气穴特性数值分析

针对机械密封腔内流场在一定区域内会产生气穴的现象,建立密封腔的几何仿真模型。利用商业分析软件结合多相流模型对机械密封腔内流场的气穴现象进行数值模拟及优化,获得了机械密封腔内流场的气穴位置和分布情况。分析进口压力、转速对气穴产生的影响,并利用克里金(Kriging)插值方法对其组合进行优化。结果表明:在相同的初始条件下,不同冲洗液的进口压力和转速都对密封腔内气穴的产生具有促进或抑制作用;通过Kriging插值和误差分析,缩小了对气穴现象产生抑制的进口压力和转速组合的范围。     

液压缸组合密封性能仿真与参数优化研究

通过改变伺服液压缸组合密封的结构型式,建立两种密封圈的仿真模型,利用ANSYS Workbench软件在静密封状态下,探究介质压力、压缩率、接触的摩擦因数对伺服液压缸密封性能的影响,并以密封圈最大Von-Mises应力和接触面最大接触压力作为密封性能的判定依据;而在动密封状态下建立泄漏量和启动压力动态特性的数学模型,并以二者数值大小作为密封性能的判定依据,从而优化密封圈的组成结构参数。结果表明:在静密封状态下,当改变其中任一参数时含有工字形圈的液压缸的最大Von-Mises应力和接触面最大接触压力明显优于含有O形圈的液压缸;而在动密封状态中,随着介质压力增加,两种模型的液压缸泄漏量不断减少,启动压力不断增加,并且含有工字形圈的液压缸泄漏量更少,表明工字形圈的密封性能优于O形圈的密封性能。而研究的工字形圈组合的格莱圈可为液压缸设计人员提供参考。     

酸泵机械密封损坏原因分析及改造措施

针对唐钢冷轧薄板厂进口耐酸泵双端面机械密封频繁损坏的原因进行分析和研究,提出了改造措施:对机械密封的静环,静支环和垫片,前置轴套及材质选用进行了改进,改造实施12个月后效果明显,延长了设备使用寿命,显著提高设备作业率。     

机械密封磨合过程软质环端面形貌变化的分形表征

为研究和掌握机械密封磨合过程中软质环端面形貌的变化规律,在自制的机械密封试验装置上对2套B104a-70型机械密封进行了2种弹簧比压下的磨合试验,采用AF-LI型轮廓仪测量不同工作时段软质环的端面形貌参数,运用分形理论对磨合过程中表面形貌的变化规律进行表征研究。结果表明:软质环端面存在明显的磨合阶段,随着磨合过程的进行,分形维数D和特征分形参数τ*迅速增大,特征尺度系数G迅速减小,当进入正常磨损阶段后,它们都保持较稳定的数值,稳定值分别为D≈1.636、G≈5.7×10-9 m、τ*≈1 030μm。特征分形参数表征磨合表面变化规律的灵敏性高,表征效果好。端面载荷对端面分形参数的变化趋势无显著影响,且对进入正常磨损阶段后的端面分形参数的影响很小,但载荷大磨合期短,弹簧比压为0.15MPa和0.3MPa时,磨合时间分别约为170.5h和110.5h。     

迷宫密封式液压缸泄漏量建模与分析

针对液压缸直通式迷宫密封泄漏量分析困难的问题,基于PHOENICS软件对采用k-ε湍流模型的活塞杆导向套中的迷宫密封流场进行了计算,分析了缝隙中液压油为紊流时迷宫密封的凹槽数目、凹槽深度、凹槽宽度及凹槽间距对泄漏量的影响,并利用迷宫中凹槽的摩擦因数曲线验证了结论的正确性。结果表明:凹槽宽度约为间隙的20~30倍,凹槽深度约为间隙的3~5倍,凹槽间距大于间隙的50倍,凹槽深度宽度比为0.2,凹槽间距宽度比大于2.5,为最佳防泄漏条件。