油封动密封机制的有限元分析

将油封的表面效应和结构效应的动密封理论作为理论基础,借助大型有限元软件ANSYS CFX对密封介质在密封间隙中的流动情况进行了模拟。分析了油封唇口表层材料弹性皱纹的反旋段和顺旋段的差值(ΔL)以及轴的转速对表面效应引起的泵吸率的影响,以及转速对结构效应引起的泵吸率的影响。结果表明;由表面效应引起的泵吸率随ΔL值的增加及轴转速的提高而增大,由结构效应引起的泵吸率随轴转速的提高而增大;模拟结果与实验结果有较好的一致性,证实了利用有限元方法进行该流体分析的可行性。     

汽车减振器油封摩擦力变化规律研究*

采用数值模拟与实验验证相结合的方法开展对汽车减振器油封摩擦特性的研究,得到不同工况下的摩擦力变化规律;在往复油封摩擦力实验台上研究了摩擦力随润滑油温度、润滑油压力和活塞杆速度的变化规律。结果表明:随活塞杆速度的增加油封摩擦力呈先增加再减小后趋于稳定的变化规律;随润滑油温度的升高油封摩擦力逐渐减小;随润滑油压力的增加油封摩擦力逐渐增大。根据油封摩擦力变化规律,可以推断出活塞杆速度较低、润滑油温度较高、润滑油压力较低时,应使得减振器油封有较大的过盈量或抱紧力,以提高汽车减振器的性能和使用寿命。实验结果与数值仿真结果基本一致,验证了混合润滑数值模型的正确性。     

机体杆端轴承油封磨损特性分析

建立了机体杆端轴承油封磨损有限元模型,分析了油封结构参数(密封圈内径、密封圈厚度、金属骨架轴向尺寸、金属骨架内径)和轴承动力学特性(轴承腔内温度、摆动频率、摆动幅值)对油封磨损特性(接触应力、接触宽度)的影响,结果表明:随运行时间增加,最大接触应力减小,接触宽度增大;油封结构参数对油封磨损影响较大且复杂,密封圈内径9....     

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。     

润滑条件下油封的磨损预测

润滑条件和温度影响着油封的磨损速率,为了准确预测油封的磨损情况,建立了多尺度的油封磨损模型,分析了油封的磨损过程中唇口轮廓、温度、泵吸率等密封性能参数.模拟结果表明,油封磨损速率会随磨损时间呈指数化降低,磨损范围逐渐向空气侧扩张;油封唇口唇尖温度最高,唇尖附近温度增长率最大,在磨损过程中整体的唇口温度保持缓慢上升的趋势;不断的材料损失会导致过盈量的减少和油膜厚度的增加,密封区域的润滑条件从混合润滑变化为全流体润滑;由于唇尖尖峰的存在,泵吸率和摩擦扭矩呈现出了先下降后上升的变化趋势,说明磨损导致的尖峰材料损失会导致密封性能的不稳定性,建议在设计制造阶段主动将唇尖扁平化处理.     

润滑条件下旋转轴唇形密封件磨损分析

将全局网络重构的有限元方法与润滑条件下的数值计算模型相结合,分析油封在润滑条件下的磨损过程中,唇口轮廓、接触压力、最大接触压力、泵吸率和摩擦扭矩等密封性能参数的变化趋势。模拟结果表明：油封磨损可以分为2个阶段,第一阶段为初期磨损阶段,该阶段唇口的磨损速率较大,最大接触压力也呈现较大的下降趋势;第二阶段为稳定磨损阶段,该阶段磨损速率较小,磨损量也较小,最大接触压力变化趋势趋于平缓;唇口轮廓的磨损程度随着磨损时间的增加而逐渐趋于平缓,并且空气侧的磨损程度比油侧更为严重;泵吸率呈现出先下降后上升的变化趋势,说明磨损会导致的唇尖材料损失,会引起油封密封性能的不稳定;摩擦扭矩由于受磨损导致的径向力和润滑油剪切作用相互变化的叠加影响,呈现上升的趋势。     

表面微织构的组合设计及其对油封性能的影响

对油封表面微织构的形状进行组合设计,应用Abaqus仿真分析不同组合微织构油封的静态接触压力和变形影响矩阵;基于二维平均雷诺方程,建立考虑表面粗糙度以及唇口油膜空化现象影响的流体润滑模型,分析不同形状微织构对旋转油封密封性能的影响规律。结果表明：在相同工况下,相较于无织构油封,微织构对油封泵吸率以及油膜厚度提升较为显著,且组合型织构的提升效果优于单一三角形织构;三角形与半圆形组合织构对油封泵吸率的提升效果最佳,半圆形与方形组合织构对油封油膜厚度的提升为最佳。     

尾舱扰流板抖动修理研究

尾舱扰流板自由状态下不归零故障原因为活塞腔内密封圈老化、弹性变差,密封圈的老化将导致活塞处密封圈的挤压产生的摩擦力不足以平衡扰流板在自由状态重力影响,不能较好回至零位。另一方面,密封圈的老化将使得阻尼比减小,导致整个燃气系统或子系统在零位时的不稳定性增大,出现尾舱扰流板抖动现象。     

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。     

液压往复密封的摩擦特性分析

基于往复式密封的弹性流体动力润滑的数学模型,对影响密封性能的因素进行了综合分析。综合考虑了形变理论、接触力学理论以及流体-固体耦合理论,采用MATLAB数值分析法,通过数学迭代计算完成最终求解。深入研究了润滑油黏度、界面摩擦系数以及密封圈的表面粗糙度对密封性能的综合影响。结果表明:随着耦合界面摩擦系数的增加,接触摩擦力都呈现出增大的趋势;总摩擦力随着粗糙度的增加呈现出抛物线式变化趋势;润滑油的黏度存在一个临界值,当润滑油黏度小于此临界值时,随着润滑油黏度的增加,总摩擦力先增加后降低;当润滑油黏度超过此临界值时,接触摩擦力呈现出单调增加的趋势;润滑油黏度和界面粗糙度的增加会导致流体泄漏的增大。     

一种基于反向泵送机制的唇形密封解析模型

旋转轴唇形密封应用广泛,泵送率和摩擦力矩是评价密封性能的主要依据。基于反向泵送机制,提出一种研究唇形密封性能的解析模型。基于静态力学特性有限元仿真和粗糙峰微单元流场分析,结合混合润滑模型计算结果,建立泵送率和摩擦力矩的计算公式,通过台架实验确定公式中的待定常数。采用解析公式计算其他唇形密封泵送率和摩擦力矩,计算结果与实验测量值、数值仿真结果具有很好的一致性。该解析模型计算简单,可以用于唇形密封的工程设计与分析。     

Effect of Shaft Microcavity Patterns for Flow and Friction Control on Radial Lip Seal Performance–A Feasibility Study

It has been shown that deterministic microfeatures on the shaft of a radial lip seal impact seal behavior. This work seeks to determine whether it is feasible to control lubricant pumping direction and enhance pump rate with microcavities. The effect of nickel film triangular cavity orientation on seal performance, in particular the flow direction, the pumping rate, and the friction torque, is investigated experimentally. Cavity shape, area fraction, and depth are held constant while cavity orientation is varied. The oil drop test results are compared to those for conventional seals; i.e., plain stainless steel shafts and shafts with an electroplated nickel surface but no micro-cavities. It was found that shafts with surface texture designs can control the pumping direction and increase the sealing capability via enhanced pump rates by up to eight times that of stainless steel shafts. Preferential orientations pumped oil toward the wider end, or base, of the triangular cavities while patterns in neutral, or nonpreferential, orientations were found to reverse pump. The presence of microcavities reduced the friction torque by as much as 51% when pumping and in all cases reduced the operating temperatures. In some cases, the microcavities also reduced the friction torque 8–13% when the seal was operating in a starved condition.     

基于正交试验的旋转轴唇形密封可靠性影响因素研究

为探讨多因素相互作用对油封可靠性的影响,以某减速器中输入轴与轴承端盖间的油封为研究对象,基于有限元软件获得不同结构参数时油封的静态压力分布曲线和影响系数矩阵,并将分析结果集成到油封的混合数值计算模型,分析并计算油侧唇角、空气侧唇角、理论接触宽度、过盈量、弹簧劲度系数、腰厚、腰长7个结构参数对油封泵送率和摩擦扭矩值的影响;将油封的7个结构参数作为变量因素,以油封泵送率和摩擦扭矩作为响应目标进行正交试验,研究各结构参数对油封密封可靠性的灵敏性。结果表明:各因素对油封泵送率敏感性影响程度由大到小依次为油侧唇角、理论接触宽度、空气侧唇角、腰厚、过盈量、腰长、弹簧劲度系数,各因素对摩擦扭矩的敏感性影响程度由大到小依次为油侧唇角、理论接触宽度、腰厚、弹簧劲度系数、过盈量、空气侧唇角、腰长,表明油侧唇角和理论接触宽度是影响油封可靠性的最主要因素。确定油封参数的最优组合,油封优化后的摩擦扭矩比优化前的更低,因而能够减少油封工作时的摩擦生热量,从而延长油封的使用寿命。     

激光加工多孔密封端面的摩擦性能试验研究

对激光加工多孔密封端面的摩擦性能进行试验研究。试验在专用试验台上进行,不同转速条件下测量不同微孔深度和微孔密度的激光加工多孔密封端面的摩擦扭矩和端面温升,并与普通密封端面进行比较。结果显示,转速、微孔深度和微孔密度对摩擦扭矩和端面温升有很大影响;对于一定的微孔直径,优化微孔深度和微孔密度值,可使摩擦扭矩和端面温升最小。试验结果说明机械密封的微孔端面结构可显著改善密封环的摩擦性能。     

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。     

螺旋槽上游泵送机械密封摩擦系数的解析分析

上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗的高新密封技术,其应用前景将十分广阔。端面液膜特性是决定上游泵送机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。主要依据流体雷诺方程和Muijderman无限窄槽理论,再用端面槽型因子对其进行修正,推导了螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜的径向压力分布、泄漏率、承载力、摩擦力、摩擦系数等液膜特性参数的计算公式,并重点分析了操作参数与槽型参数对端面摩擦系数的影响。研究表明,摩擦系数随转速和粘度增加而增加,随压力增加而减小。槽深H'=2.5、槽数Ng=10~18、槽宽比B=0.6~0.8、槽长比l=0.6~0.7时,密封环端面间摩擦系数较小,液膜特性较好,这时端面间间隙对摩擦系数几乎没有影响。此研究结果可为上游泵送机械密封的正确使用和设计提供依据。     

航空作动器主密封结构参数化分析*

航空作动器主密封属于往复密封,在飞机调整姿态时起重要作用。以航空作动器常用的斯特封为例,以摩擦力和反向泵回率作为密封评价指标,通过正向(EHL)和逆向(IHL)求解雷诺方程的方法建立往复密封混合润滑模型,推导往复密封系统的摩擦力和反向泵回率的计算方法。根据理论分析,分别对密封唇口的表面形貌参数、唇口与活塞杆倾角进行结构参数化分析。结果表明:选定的表面均方根粗糙度、唇口与活塞杆倾角均满足反向泵回率大于0,且摩擦力与表面均方根粗糙度、油测倾角成正比,与空气侧倾角成反比。通过分析得到了该型斯特封唇口的最优结构参数,为往复密封圈的结构优化提供了参考依据。     

电液锤活塞密封窜漏的原因分析及改进

电液锤液气缸活塞密封采用由PTFE制造的格莱圈密封,在使用中液压油会窜入气腔,导致气体压力升高。本文分析了由于缸体膨胀、密封失效而发生窜漏的两种原因,即液膜流过密封环时在气腔积聚和收锤造成的压力冲击。并提出了在格莱圈后安装Yx圈的改进措施。