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。     

橡胶油封摩擦生热数值模拟与实验验证*

将橡胶油封使用中涉及的材料非线性、几何非线性和接触非线性考虑到轴对称有限元模型中,采用力场-温度场耦合的方法对油封与高速旋转轴之间的摩擦生热问题进行数值模拟,并与油封工装试验结果和红外成像仪测量的温度进行比较。模拟得到的油封摩擦扭矩和唇口温度与试验结果吻合很好,表明采用力场-温度场耦合方法可以预测油封的抱轴力和摩擦扭矩,以及稳态下的摩擦生热温度场,这为类似旋转密封件摩擦生热问题的仿真分析提供一种有效途径。     

基于流固热多场耦合的高速旋转唇形密封性能研究

针对一种橡胶材料高速旋转唇形密封,结合其自身结构及应用工况,通过方程离散化计算等方法,建立定量分析密封系统密封性能的数值仿真模型。基于所建立的模型对密封实际服役状态下界面流体力学、宏观固体力学、表面粗糙峰微观接触力学、唇口摩擦生热等多物理过程之间的耦合关系进行分析,借助实验验证并完善数值仿真模型的准确性。通过所建立的数值仿真分析模型研究油封唇口接触压力分布、唇口温度、摩擦力矩及泄漏率等衡量密封性能的关键参数随转速的变化规律。结果表明：在高转速条件下考虑摩擦生热时油封径向力减小,接触宽度增加,摩擦力矩减小,说明摩擦热对油封密封性能产生较大影响。     

高速脂润滑滚动轴承密封结构优化与漏脂试验*

针对高速脂润滑滚动轴承密封过早失效的问题,建立油封的热-应力耦合有限元模型,研究油封主要参数和轴承工况参数对油封唇口的最高温度和最大接触应力的影响规律,对油封结构参数进行优化,利用强化温升漏脂试验台进行试验验证。结果表明：高速脂润滑滚动轴承油封密封性能的研究应该考虑温度的影响;唇口的最高温度随轴向过盈量、橡胶材料硬度、密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大而增大;最大接触应力随轴向过盈量和橡胶材料硬度的增大而增大,随密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大变化不大;密封结构优化后,平均漏脂率下降了56.7%,平均温升下降了54.3%。     

考虑热效应影响的指尖密封接触强度分析

指尖密封作为柔性高速动态密封装置,其在航空发动机、燃气轮机等重大设备的高速密封部位具有良好的应用前景。但高速高温条件下,摩擦生热和环境温度对指尖密封配副接触强度具有重要影响,进而影响其密封性能,探索其影响机理成为指尖密封性能设计中的关键。为此,研究针对指尖密封实际工况条件,将摩擦生热转化为热流密度边界条件,同时计入密封介质温度的影响,构建了指尖密封系统的热结构耦合分析模型,研究了热效应对指尖密封/转子配副接触强度的影响规律,并进行了物理试验验证。研究结果表明,高速条件下摩擦生热对密封配副接触强度具有重要影响,转速为15 000 r/min时,室温条件下,摩擦效应导致指尖密封局部温度升高超过370℃,指尖靴/转子摩擦配副间接触压力增大近10%;高温条件下,考虑热效应影响后,导致局部接触压力相对于不考虑热效应影响时减小了90%;性能试验结果表明考虑热效应后,密封上下游压力差为0.4 MPa时,指尖密封泄漏试验结果的最大误差仅为16.5%,而不考虑热效应影响时,最大误差达到了72.8%,验证了考虑热效应的必要性和热分析方法的合理性,为高温、高速条件下的指尖密封性能设计提供了重要参考。     

油封温度场的数值模拟与实验研究

利用有限元模拟得到油封唇口的柯西接触应力和接触宽度,并计算得到油膜厚度;建立二维轴对称CFD数值模型,考虑油封橡胶的导热和散热作用,模拟油封唇口温度场分布;通过红外测温实验对模拟结果进行验证。CFD数值模拟结果表明:生热率、唇口最高温度和油封唇口与轴表面最大温差都随轴转速增加而增加;生热率和油封唇口与轴表面最大温差随油温增加而减小,唇口最高温度随油温增加而增加;油温对油膜厚度的影响大于轴转速对油膜厚度的影响,而转速是影响唇口最高温度的最主要因素;考虑油封橡胶的导热和散热作用,能够更加真实地反应出油封的摩擦生热和散热机制。红外测温实验结果与CFD数值模拟结果的偏差小于2%,说明CFD数值模拟得到的油封温度场与实际相符。     

温度对组合型织构油封密封性能的影响

耦合流体力学、变形分析、接触力学、能量守恒方程和黏温黏压方程,建立具有表面组合型织构油封的密封区域混合润滑数值模型,研究温度对表面组合型织构油封密封性能的影响;通过有限差分法对数值方程离散求解,得到不同表面织构油封唇口的温度分布及不同转速下油封唇口的最高温度,对比分析温升对油封泵吸率、油膜厚度、摩擦扭矩等密封性能的影响。结果表明：油封最高温度位于唇尖处,无织构油封最高温度略高于织构油封,随着转速的增加,油封最高温度也都随之增加;织构的存在会引起油封泵吸率的增加和平均油膜厚度变大;随着温度的升高,油封泵吸率、摩擦扭矩、油膜厚度都会逐渐减小,油封密封性能明显下降,温度升高至一定程度,油封泵吸率会变为负值。     

2种结构参数旋转轴唇形油封的密封性能研究

应用有限元分析软件ABAQUS,建立了唇形油封的有限元模型,分析了唇口接触压力对油封密封性能的影响。基于有限元分析结果,集成数值计算理论方法,研究了油封运行时,轴转速对温升、泵汲率、摩擦扭矩及密封性能的影响及规律。结果表明:优化前和优化后2种结构参数的油封模型,其各密封性能指标均满足密封要求;且在分析的工作参数范围内,优化后油封随转速的增加,温度增加的幅度和摩擦扭矩明显低于优化前油封,而泵汲率比优化前有显著提高,表明优化后油封具有较佳的密封性能。     

电主轴温度场与热变形的仿真与实验研究

以Setco 231A240型高速电主轴为研究对象,考虑了内置电机的损耗生热和轴承的摩擦生热,计算了电主轴各部分之间的传热系数,利用有限元软件Workbench建立电主轴有限元模型,分析得到了电主轴在不同因素影响下的温度场分布,基于电主轴热-结构耦合关系分析得到了温度影响下电主轴的热变形。仿真结果显示,较低转速下电主轴转子温度最高,转速对电主轴温度影响较大;电主轴头尾部热变形较大,主要为轴向变形。最后,将温度场仿真数据与实验数据对比,验证了仿真分析的准确性。     

某重型立车静压转台热特性分析与实验研究

以某重型立式车床静压转台为研究对象,通过ANSYS Workbench建立油膜-转台这一流固耦合模型,探讨不同转速条件下,因油膜的摩擦发热导致的转台温度场及热变形场的变化规律。分析结果表明:油膜封油边处温升最大,在转速低于20 r/min时,静压转台热变形随转速的增加而缓慢增大;在转速高于35 r/min,静压转台热变形随转速的增加迅速增大。同时对不同工况下的油膜温升进行了测试实验,与封油边油膜瞬态温度仿真结果能够较好地吻合,转台边缘轴向热变形与径向热变形测试结果与仿真结果的变形方向及趋势是一致的。研究结果为进一步分析重型立车运行过程中的热误差控制及结构设计优化提供了理论依据。     

基于ABAQUS的油封密封性能研究

利用ABAQUS有限元分析软件模拟和分析旋转轴唇形油封在静态和动态2种状态下的密封性能。通过轴向推动建模方法,建立静态条件下油封的二维有限元模型,并分别对有无弹簧2种情况下的过盈量、弹簧劲度系数及理论接触宽度对油封静态密封指标接触压力和接触宽度的影响进行分析。在动态条件下建立油封的三维有限元模型,并分析旋转轴转速和唇口与轴之间的摩擦因数对油封摩擦力和摩擦扭矩的影响。分析结果表明,过盈量相同的情况下,带弹簧的油封密封性能高于不带弹簧的油封,且油封的密封性能随弹簧劲度系数的增加而提高,随理论接触宽度的增大而降低;密封的摩擦扭矩随摩擦因数的增加而增大,但轴的转速变化对其影响不大。     

考虑温度时油封运行工况参数对其可靠性的影响

根据油封的能量守恒方程以及黏温方程,应用迭代求解,获得不同运行工况参数组合方案的油封唇口区域的温度分布;基于正交试验设计和响应曲面拟合,得到最大温度值和温度差值的油封运行工况极限状态函数,并依据转速、油压、摩擦因数、粗糙度的极限状态函数进行油封的可靠性以及可靠性灵敏度分析。结果表明：温度最大值是研究分析温度对油封可靠性影响的最佳指标;摩擦因数对温度最大值的影响敏感性最高;所研究范围内,粗糙度的均值增加,会使油封可靠度增加,转速、油压、摩擦因数的均值增加,均会降低油封的可靠度;随转速、油压、摩擦因数、粗糙度的方差增加,油封的可靠度均降低。     

叶片密封温度场的数值模拟

叶片密封温度场的分布对叶片式液压摆动油缸的稳定运行有重大的影响。基于有限单元法,以摆动液压缸定子叶片密封为研究对象,建立了叶片密封二维平面温度场数值模型,运用MATLAB求解温度场数学的模型。求解获得了叶片密封在摩擦生热和机械滞后生热同时作用下其温度场的分布。数值分析结果表明:在摩擦生热和机械滞后生热两种热源的同时作用下,叶片密封有较高的温度场,温度较高的区域主要集中在叶片密封与转子接触中心区域。     

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。     

快变升速过程的端面密封性能试验研究

为考察端面密封在低黏度介质润滑条件下的特性,采用液氮介质模拟高速涡轮泵低黏介质润滑环境,通过对液氮介质润滑的端面密封进行2 s升速至2.9万转的快变升速过程以及120 s的稳定运行过程的试验研究,获得快变过程的端面温度、泄漏量、摩擦力、摩擦因数等各项密封性能数据。结果表明:随着转速增加,端面温升上升,液氮介质汽化出现两相现象,密封副处在干摩擦状态;当转速上升至24 000 r/min时密封泄漏量明显增加,但未超标;密封系统运转开始时,端面间干摩擦条件下的摩擦力较大,最大摩擦因数值为0.27,随着转速的逐渐增加,摩擦因数逐渐减小,最小摩擦因数为0.14。     

基于ANSYS的高压机械密封温度场理论研究

根据热平衡方程推导出高压机械密封中的温升计算公式,并建立了机械密封件温度场的有限元模型,利用ANSYS分析软件求解密封环内部各节点的温度。根据温度场分布图,对影响密封环热影响的主要因素进行了讨论。结果表明:密封端面温度最高且靠近内径方向,应通过改善散热和加强冷却防止因摩擦热使正常压力下的液膜流体达到沸点并汽化;密封介质压力、密封端面的平均直径和转速的增加都会使摩擦热增加,从而使密封端面温度升高;不同密封介质的摩擦因数和传热系数会造成不同的温升;导热率越高扩散热量也就越多,选择导热率高的密封材料能有效地降低密封环温度。     

油封密封中旋转轴磨损对策研究

采用油封密封的旋转轴经常因为油封唇口和轴之间的摩擦而发生磨损,使密封失效。提出了在旋转轴上安装套筒或聚四氟乙烯环2个办法来避免油封对轴造成的磨损,提高了密封的可靠性,并延长了轴的使用寿命。     

油封唇口温度变化对密封性能的影响

基于流量因子统计学方法建立油封唇口的混合流体润滑模型,耦合油封的能量守恒方程及黏温方程,通过迭代求解获得油封唇口的温度分布、不同转速下油封唇口的最高温度及温差变化情况;对比分析考虑和不考虑温差情况下油封各项密封性能。结果表明:随着转速的增大,唇口最高温度线性递增,而唇口温差先增大后减小;油封工作时,唇口区域的温度先迅速升高后下降,越靠近唇尖的位置温度越高;与不考虑温度的情况比较,考虑温度变化的影响时密封区域的油膜厚度减小,油膜承载力下降,不利于密封。     

轴表面矩形微螺旋槽织构对唇形油封密封性能的影响

基于唇形油封的反向泵送作用密封原理,提出了一种轴表面矩形微螺旋槽织构,以提升油封密封性能;建立了油封唇口稳态的符合质量守恒的流体润滑理论模型,考虑了油封唇口表面粗糙形貌和弹性变形的影响,采用有限元法求解流体压力控制方程,获得了泵送率和摩擦扭矩等性能参数,研究了矩形微螺旋槽织构参数和轴转速对油封密封性能的影响规律。结果表明：泵送率具有随微螺旋槽角度的增大而呈先缓慢增大后逐渐减小,且螺旋角最佳值约25°,随微螺旋槽深度、线数和轴转速的增大而增大等变化规律;摩擦扭矩具有随微螺旋槽角度、深度的增大而减小,随微螺旋槽线数的增大而增大,随轴转速的增大而呈先增大后减小以至趋于稳定等变化规律。研究结果为轴表面微槽织构提高油封密封性能的设计与应用提供了参考。     

动静组合密封在电动工具转子轴上的应用

密封寿命是影响电动工具适用寿命的关键因素和衡量电动工具性能的重要指标。简述唇形油封的密封结构和原理,分析电动工具转子轴动-静组合密封系统的机构和工作原理,对工作状态下油封唇口的位移和应力分布进行仿真,并通过试验验证密封系统的有效性。