基于粗糙接触的指尖密封热分析

提出了基于粗糙表面接触热阻的修正计算方法和考虑粗糙峰高度正态分布截断影响的修正系数拟合计算公式。根据等效的概念,将指尖密封系统中各接触副的接触热阻通过"圆柱桥"模型加以描述,在此基础上建立了指尖密封系统的有限元热分析模型。通过有限元计算,获得了指尖密封系统的温度场分布,以及系统最高温度随接触副表面粗糙度、转子过盈量和系统上下游气体压差等结构工况参数的变化规律。这一工作对于指尖密封的深入研究和设计具有较高的参考价值。     

基于密封接触强度的水下井口连接器VX钢圈密封特性分析

考虑密封面有效接触长度对密封性能的影响,以密封接触强度为评价指标,采用有限元方法分析水下井口连接器VX钢圈在不同预紧力、工质载荷和结构参数下的密封特性,并与以单一密封面接触应力为评价指标的密封特性分析结果进行对比。结果表明:预紧力是影响密封性能的重要因素,在保证连接器锁紧结构安全性的同时,要尽量提高安装预紧力;与接触应力相比,密封接触强度能够更好地模拟VX钢圈密封性能随预紧力、工质压力和结构参数变化的趋势。因此,在连接器VX钢圈密封特性分析过程中,应该优先选择密封接触强度作为密封性能评价指标。     

指尖密封的迟滞特性分析

分析了三种不同型线的指尖密封结构在不同压差条件下的迟滞特性,发现了采用径向刚度较高的结构可以降低指尖密封迟滞作用,以及选择合适的指尖型线可以获得低径向刚度和低迟滞作用的指尖密封结构的现象。作为低迟滞指尖密封进一步研究的基础,对数螺线I型指尖密封是一个较理想的原始型指尖密封结构的选择。     

考虑渐进磨损效应的指尖密封流-固耦合性能分析*

转子的高速转动会造成指尖密封的渐进磨损,进而会对指尖密封的泄漏性能产生影响。考虑渐进磨损效应对指尖密封的影响,建立指尖密封流-固耦合动态性能分析有限元模型,研究指尖密封泄漏性能随服役时间增长的变化规律。结果表明:随着服役时间的增长,指尖密封的接触压力、指尖靴(径向)尺寸以及指尖密封的泄漏率均呈现出非线性变化趋势,且随服役时间的增长,考虑渐进磨损效应与否的指尖密封动态性能间的差异会随之增大。通过指尖密封泄漏性能试验,验证了所构建的考虑渐进磨损效应的指尖密封流-固耦合动态性能分析模型,并根据指尖密封的泄漏性能随服役时间增长的变化规律拟合寿命评估数学模型,经外推后可实现对指尖密封寿命的预测。     

指尖密封迟滞特性的机理分析

采用有限元法分析了指尖密封的迟滞现象,结果表明静态工作情况下的指尖密封无迟滞特征;对于动态工作情况下的指尖密封,转子对指尖梁的径向作用力变化一个循环时出现的迟滞特征是指尖密封的一个必然存在的现象.从功能观点出发对指尖密封发生迟滞的机理进行了分析,发现迟滞现象是因为指尖密封在工作过程中摩擦力作功不等形成迟滞能而造成的,迟滞能的存在与否及其大小决定了指尖密封是否具有迟滞特性以及迟滞程度的强弱.通过改进指尖密封结构以提高指尖梁刚度、或减小作用于指尖片上的净载荷以及减小密封元件配伍材料的摩擦因数等方法,均可有效减小指尖密封的迟滞能,降低迟滞作用.研究结果为设计低迟滞、具有良好封严性能的指尖密封结构提供理论基础.     

考虑热效应的角接触球轴承弹流润滑数值分析

建立角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对角接触球轴承的弹流润滑问题进行数值模拟,得到角接触球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,分析了考虑热效应时角接触球轴承的几何参数(接触角、吻合度、径向游隙等)、速度及载荷对压力和膜厚的影响。结果表明:设计角接触球轴承时,尽量提高内圈与球体在轴向方向的吻合度以有利于润滑油膜的形成,在轴承整体参数不变的情况下选择较小的节圆直径,可改善轴承润滑;从弹流润滑角度讲,选择合适的球体直径可使压力、膜厚、温度处于合适范围内,改善轴承工作情况;适度提高轴承的运转速度将有利于润滑油膜的形成,从而延长轴承使用寿命。     

干气密封间歇性接触摩擦研究

在分析干气密封结构和安装特点的基础上,建立了干气密封接触摩擦模型。利用傅里叶级数分析并绘制干气密封接触摩擦运行曲线。将其与实际的端面间隙图对比验证了模型的正确性,并提出减小接触摩擦的途径,为进一步的研究做准备。     

考虑粗糙渗流效应的指尖密封总泄漏性能分析

指尖密封作为近年来一种新型密封技术,其泄漏性能一直是密封领域的研究热点。将流体通过指尖片表面粗糙接触界面微观空隙的泄漏视为指尖密封的侧隙泄漏,基于压力流量因子和哈根-泊肃叶定律构建了指尖密封侧隙多孔介质结构渗透率的计算方法,进而建立了基于多孔介质结构的指尖密封侧隙泄漏性能分析数值模型;然后计入指尖密封侧隙泄漏的影响,构建了考虑指尖密封侧隙泄漏和主流道泄漏的指尖密封总泄漏分析方法;最后在此基础上分析了指尖片表面形貌参数、指尖密封工况参数对指尖密封侧隙泄漏、主流道泄漏和总泄漏的影响,研究了指尖密封侧隙泄漏和主泄漏的权重比例。结果表明:指尖密封侧隙泄漏随着指尖片表面均方根粗糙度、指尖密封上下游压差的增加而增加;当指尖片表面纹理从横向纹理向纵向纹理变化时,指尖密封侧隙泄漏亦逐渐增加;当指尖片表面均方根粗糙度较大时,指尖密封侧隙泄漏在指尖密封总泄漏中占主要地位,当转子径向位移激励较大时,指尖密封主流道泄漏占主要地位。该研究有助于完善指尖密封泄漏分析理论体系,具有较高的学术价值和工程意义。     

指尖密封流动与变形三维双向耦合分析

针对指尖密封提出泄漏流动和固体变形的三维双向耦合计算方法。该方法采用多孔介质模型计算密封片组泄漏流场,将流场计算得到的压力分布加载到有限元模型上进行密封的固体变形计算,再根据变形计算结果更新多孔介质模型参数,重新计算泄漏流动;如此重复,直至泄漏流动和固体变形计算均达到收敛。采用该计算方法,对不同压差下指尖密封的泄漏流动与固体变形进行计算。计算结果表明：流动与变形的耦合计算经过3次迭代达到收敛;指尖密封结构的压降、泄漏及变形主要发生在指尖靴区域,密封片组的最大变形主要取决于径向变形;当上下游压差从0.1 MPa增大至0.5 MPa,密封片的最大径向变形增大约2%,最大轴向变形增大约400%,泄漏量增大约130%。     

对数螺线指尖密封的装配变形分析

采用有限元法对两片叠置的对数螺线指尖密封在装配状态下由于指尖数目的不同对装配变形所产生的影响进行了数值分析 ,重点研究了由于装配变形可能造成的密封片接触表面间出现间隙的问题 ,以及由于指尖周向变形错位可能导致的指尖缝隙密封失效问题。这些研究工作对于提供无旁路泄漏的指尖密封优化结构是十分有意义的     

计及润滑流体热效应的高速静压滑动轴承性能分析

为了研究高转速下润滑流体特性对静压滑动轴承润滑性能的影响,通过考虑热效应下润滑流体的黏度、密度和比热容来对轴承性能进行分析,提出了一种结合自定义函数程序来引入润滑流体热效应关系求解纳维-斯托克斯(NS)方程的方法。以某高速滑动轴承为例,计算分析了润滑流体各个因素对轴承性能的影响,最后与不计及润滑流体特性的情况进行了对比。计算结果表明,计及润滑流体热效应的油膜特性分布,随着温度分布的不同而有显著的变化;黏度对轴承性能参数起关键性的作用,但是在考虑热效应下,密度对最大油膜压力有一定的降低作用,而比热容对最大油膜温度和轴颈摩擦功耗的影响较大,综合考虑才更符合实际工况。计算结果对研究热效应下油腔结构对流体特性的影响以及润滑油的选择等有指导意义。     

考虑弹性模量变化的线接触滚子副微观热弹流润滑分析

作为金属材料重要的性能参数,弹性模量会随着温度变化而变化.然而,在热弹流润滑研究分析中一直把弹性模量取成常数,计算结果必定存在误差.以无限长线接触滚子副为研究对象,将固体弹性模量随温度的变化关系引入热弹性流体动压润滑理论,结合热弹性力学理论和热力转换原理,同时考虑随机粗糙度的影响,给出了热弹流润滑数值计算方法.计算中增...     

考虑边缘接触的弧齿锥齿轮承载接触分析

承载接触分析(LTCA)对于检查弧齿锥齿轮在工作条件下的啮合性能,并设计高性能的传动具有十分重要的意义。在载荷较大且误差存在的实际工况条件下,弧齿锥齿轮的边缘接触往往是难以完全避免的。提出了边缘接触的几何分析方法,准确确定了边缘接触点;又通过齿面搜索确定了两齿面间的相对主曲率方向,即载荷下的可能接触方向和可能接触点;最后采用数学规划方法成功求解了边缘接触,为弧齿锥齿轮的承载啮合全过程的数值仿真提供了方法。     

EFFECT OF FRICTIONAL FORCE ON GEARING CONTACT FATIGUE STRENGTH

The model for computing frictional coefficient between two teeth faces at the state of mixed elastohydrodynamic lubrication is established. And then more than 80 sets of numerical calculations and six sets of disc fatigue tests are completed. The results show that when the film thickness ratio λ＜1.6, frictional coefficient μ is drastically decreased as λ rises; Thereafter it decreases smoothly until λ=4.5. When λ＞4.5, however, it goes up again with λ, which indicates that the excessive film thickness ratio will deteriorate gearing contact fatigue strength. At the end, the formulae for determining the frictional coefficients are formed.     

基于ABAQUS的大模数轮齿硬化层表面接触疲劳强度分析

渗碳淬火硬化层在提高大模数轮齿表面硬度与耐磨性,延长其使用寿命方面具有重要作用。主要研究轮齿接触面硬化层深度的设计问题,分析了有效渗碳硬化层对轮齿接触疲劳强度的影响;确定了大模数齿轮最佳有效硬化层深度,并且利用在Abaqus中将轮齿啮合齿面有效硬化层分离的方法,计算出接触面处的应力分布状况,得出最佳的有效硬化层深度。方法为大模数轮齿渗碳淬火硬化层设计提供了一种理论参考。     

残余压应力对齿轮接触应力和疲劳强度的影响

本文应用计算机研究了残余压应力对齿轮的接触应力及疲劳强度的影响关系,结果表明：残余压应力能显著降低表面拉应力和接触区深层的最大切应力,因此,它在改善齿轮的表面点蚀、磨损和深层肃落方面起重要作用。但是,它使次表层的τ max值增加。在这种情况下,疲劳过程将由此值τ max/HV确定。     

指形锥面二次包络环面蜗杆传动产形母面接触线分析

以微分几何与空间啮合理论为基础,首次推导出指形锥面二次包络环面蜗杆传动中母锥面接触线分布区的数学表达式,给出了接触线分布区域的范围并且得出母锥面上接触线区分布很窄的结论,为这类蜗杆传动中蜗轮滚刀的设计制造提供了理论基础。     

计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析

根据动载滑动轴承热流体动力润滑理论,结合热变形矩阵法,提出一种考虑热变形因素影响时的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,阐述该方法的基本理论和控制方程,探讨热变形因素对主轴承工作时的轴心轨迹、润滑油流量、最大油膜压力和最小油膜厚度等状态参量的影响情况.结合一主轴承实例进行数值仿真分析,仿真分析结果发现,计入热变形影响因素后,同未考虑热变形影响时分析得到的结果相比,轴心运动轨迹发生了很大变化,平均润滑油流量和一个载荷周期内的最大油膜压力均明显增加,一个载荷周期内的最小油膜厚度明显减小,润滑油平均温升则稍有减小.内燃机主轴承在工作时受各种热源因素的影响会产生热变形,在主轴承设计以及内燃机润滑系统供油量设计过程中考虑这种变形因素的影响是很有必要的.     

基于空间接触的齿根过渡曲线对齿轮弯曲强度影响分析

在齿轮基本尺寸不变的情况下提高渐开线齿轮强度是一个重要课题。提出一种基于实际物理力学模型的渐开线斜齿轮三维模型空间多齿对同时接触的分析方法,应用Pro/E软件,以齿根过渡曲线分别为典型的双圆弧和单圆弧的两对变位斜齿轮模型为研究对象,按照一定的啮合角度变化,得到全方位接触分析结果,确保齿根弯曲强度结果的较高可靠性。通过对两种齿轮齿根应力的比较得出结论:算例中过渡曲线为双圆弧的齿轮齿根应力约为单圆弧齿轮齿根应力的1.3～1.5倍。最后通过VB(Visual basic)语言对Catia软件进行二次开发的方式仿真加工出上述两种齿轮模型,并在相同条件下进行有限元分析。在仿真加工出齿轮模型的齿根过渡圆弧曲率半径不完全一致的情况下,其齿根应力也满足1.3～1.5倍的结论。该分析方法可为齿根单圆弧齿轮的推广与应用提供基础支持。