本文關(guān)鍵詞：油封密封性能的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 油封 泵汲效應(yīng) 有限元分析 摩擦生熱 溫度場

【摘要】：油封是一種重要的密封件,然而很多油封在使用過程中因漏油和過熱而發(fā)生密封失效。如果能在油封設(shè)計(jì)時(shí)就預(yù)測出油封的泵汲率和溫度場,將有助于提高油封密封性能和設(shè)計(jì)效率。本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對油封的泵汲效應(yīng)和摩擦生熱性能進(jìn)行研究。首先在油封試驗(yàn)機(jī)上對油封進(jìn)行密封性能實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)包括兩部分:一是采用熱電偶對四種不同結(jié)構(gòu)形式的油封在有彈簧和無彈簧時(shí)的唇部溫度進(jìn)行測量,用以反映出油封摩擦生熱能力,并通過反裝油封測得泵汲率;二是采用紅外成像儀測量1#油封在不同油溫和軸轉(zhuǎn)速下的軸表面溫度,并測得泵汲率。然后針對實(shí)驗(yàn)研究的四種油封,建立二維軸對稱有限元模型用以分析其柯西接觸應(yīng)力和接觸寬度,計(jì)算得到其單位周長徑向載荷。并重點(diǎn)對1#油封進(jìn)行分析,研究過盈量和彈簧參數(shù)對油封柯西接觸應(yīng)力的影響。此外,建立1#油封的二維軸對稱CFD數(shù)值模型,來模擬油封在不同軸轉(zhuǎn)速和油溫下的溫度場分布,最后將該溫度場分布與紅外測溫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對比。通過上述實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬,得到如下結(jié)論:1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明油封的泵汲率與油封結(jié)構(gòu)、彈簧彈力大小、軸轉(zhuǎn)速以及潤滑油溫度都有關(guān)。油封結(jié)構(gòu)不同,泵汲率不同;除4#油封外,其它油封的泵汲率都隨軸轉(zhuǎn)速的增加而增加;當(dāng)軸轉(zhuǎn)速不變時(shí),1#油封的泵汲率隨潤滑油溫度的增加而減小,這也表明潤滑油的黏溫特性對油封的泵汲效應(yīng)有重要影響。油封的摩擦生熱性能不僅與油封結(jié)構(gòu)相關(guān),還受彈簧影響,彈簧的彈力越大,生熱量越大。2)有限元模擬結(jié)果表明不同結(jié)構(gòu)的油封,其靜態(tài)柯西接觸應(yīng)力有所不同,但分布情況大致相似,各結(jié)構(gòu)油封的最大接觸應(yīng)力都發(fā)生在油封唇尖且靠近油側(cè);1#油封的最大接觸應(yīng)力、接觸寬度及徑向接觸載荷隨過盈量和彈簧預(yù)緊力的增加均逐漸增加,而受彈簧勁度系數(shù)的影響很小。3)為了更真實(shí)的反映油封的摩擦生熱機(jī)理和散熱過程,本文在CFD模擬時(shí)考慮了油封橡膠的導(dǎo)熱和散熱作用。結(jié)果顯示接觸寬度內(nèi),油封唇口表面的溫度高于軸表面溫度,油封唇體內(nèi)部的溫度梯度大于軸內(nèi)部的溫度梯度,大約有98%的熱量通過軸導(dǎo)出。4)油膜厚度、摩擦生熱率、摩擦系數(shù)和油封唇口與軸表面最大溫差都隨軸轉(zhuǎn)速增加而增加,隨油溫的增加而減小;而唇口最高溫度隨軸轉(zhuǎn)速和油溫的增加而增加。5)由公式計(jì)算得到的泵汲率與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定差距,這主要是理論計(jì)算過程中沒有考慮油封唇口與軸表面的微粗糙體對流體流動(dòng)的影響,然而兩者所得到的泵汲率隨油溫和軸轉(zhuǎn)速的變化趨勢相同。6)紅外測溫實(shí)驗(yàn)與CFD數(shù)值模擬結(jié)果取得了較好的一致性,這克服了油封唇口溫度不能直接測量的難題,在油封設(shè)計(jì)過程中可以通過公式計(jì)算出泵汲率,數(shù)值模擬預(yù)測出油封的溫度場。
【關(guān)鍵詞】：油封 泵汲效應(yīng) 有限元分析 摩擦生熱 溫度場
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB42
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 主要符號表10-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 油封相關(guān)知識的介紹11-14
• 1.1.1 油封的簡介11-12
• 1.1.2 油封的結(jié)構(gòu)和分類12-13
• 1.1.3 油封的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)13-14
• 1.1.4 油封的常用材料14
• 1.2 油封的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 課題研究背景及意義20-21
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容21-23
• 2 油封泵汲效應(yīng)與摩擦生熱的理論23-29
• 2.1 油封泵汲效應(yīng)機(jī)理23-24
• 2.1.1 微觀密封機(jī)理23-24
• 2.1.2 宏觀密封機(jī)理24
• 2.2 油封泵汲率計(jì)算式的推導(dǎo)24-28
• 2.2.1 雷諾方程介紹24-25
• 2.2.2 油封泵汲率和最小油膜厚度表達(dá)式25-28
• 2.3 油封唇口摩擦生熱的理論28-29
• 3 油封密封性能的實(shí)驗(yàn)研究29-41
• 3.1 油封泵汲率實(shí)驗(yàn)原理29-30
• 3.1.1 油封試驗(yàn)機(jī)29-30
• 3.1.2 油封泵汲率測量原理30
• 3.2 溫度測量方法30-32
• 3.2.1 熱電偶測量油封唇部溫度31
• 3.2.2 紅外成像儀測量空氣中軸表面溫度31-32
• 3.3 不同結(jié)構(gòu)油封密封性能實(shí)驗(yàn)32-37
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)方案及步驟32-34
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析34-37
• 3.4 1#油封在不同油溫時(shí)的密封性能實(shí)驗(yàn)37-39
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)方案及步驟37-38
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析38-39
• 3.5 小結(jié)39-41
• 4 油封接觸應(yīng)力的有限元分析41-53
• 4.1 有限元法簡介41-42
• 4.2 油封與軸接觸有限元模型的建立42-45
• 4.2.1 模型網(wǎng)格劃分42-43
• 4.2.2 油封橡膠材料模型43-44
• 4.2.3 彈簧的設(shè)置44-45
• 4.2.4 接觸分析與邊界條件45
• 4.3 有限元模擬結(jié)果與分析45-51
• 4.3.1 四種油封的柯西接觸應(yīng)力45-48
• 4.3.2 過盈量對油封接觸應(yīng)力的影響48-49
• 4.3.3 彈簧對油封接觸應(yīng)力的影響49-51
• 4.4 小結(jié)51-53
• 5 油封唇口溫度場的CFD數(shù)值模擬及結(jié)果分析53-69
• 5.1 CFD基本方法53-54
• 5.2 油封生熱散熱模型建立54-58
• 5.2.1 物理模型的建立54-55
• 5.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立55-57
• 5.2.3 網(wǎng)格劃分及無關(guān)性分析57-58
• 5.3 計(jì)算工況設(shè)置58-60
• 5.3.1 求解器設(shè)置58-59
• 5.3.2 材料物性參數(shù)59
• 5.3.3 邊界條件59-60
• 5.4 模擬結(jié)果與分析60-65
• 5.4.1 油膜厚度隨油溫和軸轉(zhuǎn)速的變化60
• 5.4.2 油封生熱率與軸轉(zhuǎn)速和油溫的關(guān)系60-61
• 5.4.3 油封唇口最高溫度與軸轉(zhuǎn)速和油溫的關(guān)系61-62
• 5.4.4 油封唇口與軸表面溫度分布隨油溫和軸轉(zhuǎn)速的變化62-63
• 5.4.5 摩擦系數(shù)隨軸轉(zhuǎn)速和油溫的變化63-64
• 5.4.6 油封唇口溫度場分布64-65
• 5.5 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比65-66
• 5.6 小結(jié)66-69
• 6 結(jié)論與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 致謝71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 附錄77
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄77

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本文編號：1104512