唇形油封密封性能及其軸表面織構(gòu)效應(yīng)的研究.pdf

1、唇形油封由于結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、安裝方便和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的密封場合，其功能是將油腔和外界環(huán)境相隔離，起到對(duì)內(nèi)封油、對(duì)外防塵的作用，是目前最常用的密封件之一。但是，由于油封密封機(jī)理復(fù)雜，影響密封性能的因素繁多，人們對(duì)油封產(chǎn)品的設(shè)計(jì)很大程度上仍然依靠經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)完成。隨著現(xiàn)代機(jī)械工況參數(shù)向著高溫、高速和高壓等方向發(fā)展，唇形油封面臨著零泄漏、低摩擦和長壽命等更加苛刻的性能要求，而傳統(tǒng)的油封設(shè)計(jì)方法和產(chǎn)品顯然難以滿足上述需求

2、，因此，開展油封密封性能的理論和實(shí)驗(yàn)研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　基于此，本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，開展油封靜態(tài)接觸特性、密封性能，以及軸表面織構(gòu)流體效應(yīng)的研究，主要研究內(nèi)容和取得的成果如下：
　　(1)分析了唇形油封的結(jié)構(gòu)和安裝特點(diǎn)，建立了油封的二維軸對(duì)稱有限元模型，獲得了安裝過盈量、橡膠彈性模量、油封內(nèi)徑參數(shù)和材料本構(gòu)模型等因素對(duì)油封唇口接觸壓力、接觸寬度和徑向力的影響規(guī)律，計(jì)算得到的油封唇口接觸

3、應(yīng)力和變形分布符合實(shí)際工作狀態(tài)，徑向力與工程計(jì)算值吻合較好，研究成果有助于油封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并可進(jìn)一步為油封密封性能理論模型的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
　　(2)分析了油封唇口的潤滑與密封機(jī)理，提出了油封穩(wěn)態(tài)工作潤滑與密封的數(shù)學(xué)模型，考慮了唇口密封區(qū)液膜空化現(xiàn)象和表面橡膠彈性變形的影響，建立了遵循質(zhì)量守恒的JFO空化邊界條件的潤滑力學(xué)控制方程，并采用流線迎風(fēng)有限元法求解控制方程，計(jì)算了等膜厚和等閉合力下油封的密封性能，獲得了油封操作參數(shù)、

4、表面形貌結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)泵送率、承載力和摩擦扭矩等密封性能參數(shù)的影響規(guī)律；
　　(3)為提升唇形油封的密封性能，提出了軸表面設(shè)置方向性微織構(gòu)的手段，采用數(shù)值方法研究了菱形、橢圓形、矩形和等腰三角形等4種軸表面微凹坑/凸體織構(gòu)的流體動(dòng)壓效應(yīng)，分析了軸表面織構(gòu)的形式、幾何參數(shù)對(duì)油封密封性能的影響，獲得了相同條件下矩形微織構(gòu)優(yōu)于其他3種織構(gòu)，微凸體織構(gòu)優(yōu)于微凹坑織構(gòu)的作用規(guī)律；
　　(4)由于軸表面微凹坑織構(gòu)較微凸體容易加工實(shí)