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。     

油封密封性能的有限元分析

利用大型有限元分析软件ANSYS建立了油封的二维轴对称有限元模型,分析了油封的腰厚、密封圈唇口平面到弹簧槽中心平面的距离以及过盈量3种重要参数对最大接触压力及其分布情况的影响。结果表明,采用该模型计算得到的油封在静态条件下的变形情况以及Von M ises应力分布情况与实际情况基本一致。在其它条件不变的情况下,随着油封腰部厚度t的增加,最大接触压力有递增的趋势,且随着油封尺寸的增大,在增加相同大小的腰厚时,最大接触压力增大的幅度将逐渐趋于平缓;最大接触压力随R值的增大而逐渐减小,且R值的改变对于小尺寸油封最大接触压力的影响较大;增大唇部过盈量,最大接触压力也随之而呈递增趋势,同样小尺寸油封递增幅度要大于大尺寸油封。     

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。     

斜面型自补偿油封的热-结构耦合分析

传统唇形油封在使用过程中,存在不耐高温、耐磨性能差、摩擦生热高、使用寿命短等问题,为此,提出了一种使用斜面型自补偿油封代替传统的唇形油封的方法,利用数值分析软件进行了油封的热-结构耦合分析,探究了摩擦温度对油封热应力的影响规律。首先,利用数值分析软件建立了斜面型自补偿油封的动力学模型,采用热-结构耦合的分析方法,进行了油封温度场的求解;然后,引入温度场对油封应力进行了求解,对比分析了相同工况下唇形油封和斜面型自补偿油封温度场的区别;最后,搭建了高压高转速密封实验台,使用PT100温度传感器、瞬态液晶测量等新技术,进行了密封点-面测温,开展了斜面型自补偿油封温升特性的实验研究。实验结果表明：斜面型自补偿油封摩擦温升较唇形油封低,唇形油封的高摩擦生热性及材料的高弹性造成了唇形油封热应力集中,影响了唇形油封的使用寿命;在相同工况下,斜面型自补偿油封较唇形油封摩擦温升低,转子转速每增加1 000 r/min,唇形油封的温度平均上升16.9%,斜面型自补偿油封的温度平均上升14.1%;转子转速在3 000 r/min～4 000 r/min时,斜面型自补偿油封稳定时的温度比唇形油封低21.1%～...     

聚四氟乙烯油封主要参数及材料性能对密封有效性影响研究

为了研究聚四氟乙烯(PTFE)油封密封件的结构、材料对其密封有效性的影响。本文阐述了初始载荷、摩擦力、流体载荷等主要参数对密封性能的影响,建立了有限元模型和材料模型,在不同过盈量下利用有限元软件ABAQUS对密封件进行静态和动态分析,探讨了密封唇与旋转轴之间的过盈量、接触区域、密封唇口材料性能等对其密封性能的影响。结果表明,过盈量太大会导致旋转轴与密封唇接触区域摩擦力增大,摩擦热会影响材料性能,过盈量太小会导致密封失效。摩擦实验和拉伸试验表明,填充不同的填料对聚四氟乙烯的摩擦磨损性能和抗拉强度都有极大提升。因此根据不同的工况合理设计密封结构参数和选择密封材料对于密封的有效性至关重要。     

超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。     

摩擦因数对鼓型组合密封圈密封性能的影响

采用ANSYS有限元软件对聚氨酯和丁腈橡胶组成的鼓型密封圈进行数值模拟,研究密封圈材料摩擦因数对鼓型组合密封圈及其密封性能的影响,得到不同工况下鼓型组合密封圈的Von Mises应力、剪切应力和接触应力分布。结果表明:在给定的正常工作条件下鼓型密封圈可以保证良好的密封;密封圈材料摩擦因数的大小对动密封影响较大,较大的摩擦因数会使密封面磨损加快,鼓型密封圈最优的摩擦因数为0.1左右。     

差速器轴承摩擦力矩计算模型的构建与验证

通过对微型汽车差速器轴承摩擦力矩的主要影响因素进行分析,利用能量理论对差速器轴承的滚动体球基面与内圈挡边之间的滚动摩擦系数进行了推导,建立了微型汽车差速器轴承摩擦力矩的理论分析模型.针对某型号微型汽车的具体结构,利用该模型计算了处于不同预紧状态下的差速器轴承摩擦力矩,并将模型计算值与实验测试结果进行了对比.结果表明:理...     

硬度对螺旋槽水润滑橡胶推力轴承摩擦磨损性能影响的实验研究*

水润滑橡胶推力轴承是船舶推进系统中提供轴向支撑力的重要零部件,其摩擦磨损特性严重影响船舶推进工作性能。开展螺旋槽水润滑橡胶推力轴承实验,测试2种橡胶硬度推力轴承在不同工况下的摩擦力,以及高速重载工况下实验前后橡胶层的表面形貌,分析转速、载荷、旋转方向、橡胶层硬度对摩擦因数的影响,以及推力轴承的主要磨损形式。结果表明:相同载荷下,随着转速的增加,2种硬度推力轴承的摩擦因数呈显著下降趋势,摩擦因数下降幅值最大达到了0.51;在高速时,载荷对摩擦因数的影响不显著;高硬度推力轴承在低速时摩擦性能表现更优,而低硬度推力轴承在高速重载条件下不易发生黏着磨损,因此,建议在低速重载条件下使用高硬度橡胶推力轴承,而高速重载条件下使用较低硬度的推力轴承。     

飞机舵机组合O形密封件密封性能与摩擦热效应的数值分析

飞机舵机一般采用橡胶-聚四氟乙烯组合O形密封件密封活塞杆高压端面,舵机工作时的摩擦发热会导致密封件的密封性能下降。为研究密封性能的热效应,利用ABAQUS软件建立考虑三重非线性(材料非线性、几何非线性以及边界非线性)的热-结构耦合效应的组合O形密封件有限元模型,分析密封件在不同油压下的接触压力分布及密封性能。开发ABAQUS的重启动功能,研究不同油压、滑动速度以及摩擦因数3种因素对密封件在活塞杆滑动过程中的摩擦生热影响,得到密封件的局部温度场分布,探讨3种因素对温度场的影响规律。分析结果表明:密封件在活塞杆滑动过程中的最高温度随着油压、滑动速度和摩擦因数的增大而增大,其中摩擦因数的影响最为显著。     

基于MATLAB GUI橡塑密封数值仿真平台

介绍仿真平台实现橡塑密封性能分析的计算原理,以及橡塑密封数值仿真平台的图形用户界面。通过Matlab GUI界面开发的仿真平台包含固体力学分析模块和流体数值仿真模块,可以实现的密封件接触压力、径向力、摩擦力、油膜厚度等密封性能参数计算。仿真平台的图形用户界面友好,便于设计参数的输入及分析结果的提取。由仿真模型编译生成的可执行程序可脱离Matlab环境运行,使数值仿真平台具有很强可移植性,具有很好工程应用价值。     

装甲钢复合热源搅拌摩擦焊接过程数值模拟

装甲钢属于高强度特种钢,因其强度高、硬度好的特性被国内外学者的大量研究,但焊接时容易因为工艺操作不当而产生缺陷。如何避免裂纹、变形的产生成为装甲钢焊接技术研究的一个重要课题。采用复合热源搅拌摩擦焊进行焊接,运用有限元技术,参数化编程语言,对装甲钢的电弧热源与搅拌摩擦复合焊接技术进行数值模拟,得到不同时间点的焊接温度场。结果表明,预热电流为30 A,电压为20 V,焊速50 mm/min,预热温度200℃的工艺参数更适合该钢的焊接。     

湿式摩擦离合器瞬态热传导过程数值仿真

给出了湿式摩擦离合器的摩擦热和对流换热系数计算公式 ,建立了内外摩擦片的三维热传导分析模型 ,用瞬态温度场有限元法求解了空转和结合时摩擦片的热传导过程 ,并计算了离合器空转时的效率及润滑油出口油温。     

往复式密封流变特性的分析与验证

为了提高往复式密封的密封性能,对密封区内杆-密封界面的流变特性进行分析.基于变形理论,通过引入混合润滑状态下弹性流体动压润滑数值模型,进一步揭示了往复式密封的密封机理.基于此理论模型同时考虑多耦合场的相互作用,通过引入流体方程(考虑空化现象)、微观接触模型以及变形模型,进一步分析了不同密封表面粗糙度、润滑油黏度以及密封...     

橡胶油封变形曲线的数值分析

橡胶油封在装配过程中,塑性胶体容易产生不规则变形,由于变形曲线无法准确描述,从而影响了进一步的受力分析。结合数值分析中的牛顿插值法和曲线拟合法,提出一种分析橡胶油封变形曲线的新方法,并建立数学模型;利用Matlab软件对所建立的数学模型进行数值模拟,得到了橡胶油封理想的变形曲线。     

Thermodynamic Differences of Different Friction Pairs in a Multidisc Clutch Caused by Spline Friction: Numerical Simulation and Experimental Verification

Abstract

Considering the spline friction, the dynamic model of a multidisc clutch is established that permits the calculation of the contact pressure and friction torque acting at each friction surface; the thermal model is then developed to investigate the temperature difference between different friction pairs. The corresponding test bench is established, where the effect of inertia on the torque error is analyzed in detail. The simulated and measured results are compared to validate the numerical model and confirm the existence of spline friction. The results indicate that spline friction can lead to the attenuation of contact pressure on friction pairs along the axial direction. Therefore, there exists a significant temperature gradient in the axial direction, and the maximum temperature appears in the second separate plate near the piston. Moreover, the friction torque of a single pair decreases along the axial direction. Thus, as the number of friction pair increases, the total friction torque increases nonlinearly, and the average torque of single friction pair decreases gradually.     

直通式篦齿密封性能的数值模拟与试验研究

利用 FLUENT 软件对过热蒸汽分级机转轴的篦齿密封的内部流场进行数值模拟,对影响其性能的部分因素进行分析。结果表明,篦齿密封两端压差对泄漏量的影响非常明显,压差越大,泄漏量越大;篦齿密封的泄漏量随着节流间隙宽度增大而增大,但两者是非线性的关系;在齿形角不变的情况下,篦齿空腔深度小于2 mm 时对密封泄漏量的影响很大,而空腔深度大于2 mm 时对密封泄漏量的影响很小;转轴转速对泄漏量基本没有影响。通过试验验证了数值模拟方法计算篦齿密封泄漏量的可行性。     

Numerical Simulation of New Friction Welded Joints

In developing the new friction welding technology, the thermal elastic-plastic stress analysis by the finite element method was carried out to seek the suitable welding conditions such as the friction pressure, the friction speed and the upset pressure. The results obtained are as follows： Heat transfer to the specimens and the intermediate material during friction process was made clear; The operational conditions such as the rotation number of the intermediate material and the friction pressure to reach the liquidus in the interface could be estimated; Further, as the overhang length near the interface is well related to the joint efficiency, we tried to obtain the operational conditions by numerical analysis to acquire a certain length of the overhang length near the interface.