本文關(guān)鍵詞：Y型氣動密封圈的可靠性建模與實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：Y型密封圈(以下簡稱Y型圈)因為其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高而廣泛應(yīng)用。作為設(shè)備中關(guān)鍵技術(shù),密封的可靠性直接影響整個設(shè)備的安全性和工作穩(wěn)定性。一般對氣動密封圈的要求包括對介質(zhì)的密封能力、具有盡量低的摩擦力、具有更長的壽命。因此對密封圈的研究涵蓋某一時刻密封圈的密封性能和性能隨著時間的演化規(guī)律。本文通過有限元分析和臺架實驗研究相結(jié)合,對Y型圈不同工況下的密封性能、密封圈可靠性以及密封性能隨著老化時間的演化規(guī)律進行較全面的研究。首先,作為虛擬驗證,本文提出了基于有限元的Y型圈尺寸波動下的可靠度計算方法。作為基礎(chǔ)工作,先建立了Y型圈的穩(wěn)態(tài)有限元計算模型,初步計算出了密封圈不同方向、不同壓力下的變形、應(yīng)力分布、接觸壓力分布、摩擦力大小。然后在此基礎(chǔ)上,提出了利用Ansys PDS模塊,以最大接觸壓力和最大剪切應(yīng)力判據(jù)作為判斷準(zhǔn)則的可靠度計算方法。同時,通過分析密封特點,選出幾個重要優(yōu)化指標(biāo)并制定優(yōu)化目標(biāo),在PDS模塊通過編程提取密封圈最大剪切應(yīng)力、最大接觸壓力、摩擦力、最大壓力梯度、接觸長度等作為優(yōu)化指標(biāo),分別算出每一個指標(biāo)對每一個尺寸變化的靈敏度大小,根據(jù)靈敏度分析結(jié)果,對密封圈結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。通過仿真驗證,每一個指標(biāo)都得到12~23%的提高。進一步,介紹一種自行設(shè)計的能分別測量密封圈兩個方向摩擦力的往復(fù)密封實驗臺、它有以下幾方面作用:對有限元模型進行實驗驗證、為密封圈的密封性能可靠性進行臺架實驗驗證、臺架實驗本身作為一種研究手段,研究密封圈在不同工況下的密封性能。本文給出Y型圈在不同壓力、方向、速度、環(huán)境溫度下的摩擦力測量結(jié)果并進行了分析;通過不同壓力下的實驗數(shù)據(jù)和有限元結(jié)果進行對比,證明有限元分析結(jié)果和此基礎(chǔ)上提出的可靠性和靈敏度分析方法的合理性和正確性。最后,壽命預(yù)測作為可靠性研究的重要部分,本文通過實驗手段、針對老化對密封圈的影響,以密封圈唇口開口寬度大小、材料硬度、摩擦力的變化作為研究對象,研究這三個指標(biāo)隨著老化時間的變化規(guī)律,并在前人提出的壽命預(yù)測模型基礎(chǔ)上,分別擬合出這三個參數(shù)在不同溫度和老化時間的壽命預(yù)測模型。研究表明尺寸的變化很好的符合前人提出的壽命預(yù)測模型,但硬度變化和摩擦力的變化和前人提出的模型并不完全相符,存在有待改進的空間,不過仍然有一定的實際意義。
【關(guān)鍵詞】：Y型圈 可靠性 實驗研究 老化 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH136
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 課題背景11-15
• 1.1.1 課題來源11-12
• 1.1.2 氣動密封的特點12-14
• 1.1.3 密封可靠性體系14-15
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 密封可靠性及優(yōu)化方法研究15-16
• 1.2.2 氣動密封性能研究16-18
• 1.2.3 密封壽命預(yù)測研究18-20
• 1.2.4 研究現(xiàn)狀總結(jié)及課題意義20
• 1.3 課題目標(biāo)與內(nèi)容20-23
• 1.3.1 課題技術(shù)路線20-21
• 1.3.2 主要內(nèi)容21-23
• 第2章 Y型圈有限元模型的建立與密封性能仿真23-36
• 2.1 材料模型的確定23-25
• 2.1.1 材料基本假設(shè)23
• 2.1.2 超彈性本構(gòu)模型23-24
• 2.1.3 單軸拉伸 -壓縮實驗24-25
• 2.2 Y型圈幾何模型的建立25-27
• 2.2.1 密封圈和溝槽尺寸25-26
• 2.2.2 基本假設(shè)26-27
• 2.2.3 有限元幾何模型27
• 2.3 邊界條件27-29
• 2.3.1 定義接觸27-28
• 2.3.2 載荷28-29
• 2.4 仿真結(jié)果和分析29-35
• 2.4.1 滑動方向?qū)γ芊庑阅艿挠绊?/span>29-32
• 2.4.2 介質(zhì)壓力對密封性能的影響32-35
• 2.5 小結(jié)35-36
• 第3章 基于Ansys PDS的密封圈可靠性和靈敏度分析及優(yōu)化36-56
• 3.1 可靠度相關(guān)概念介紹36-38
• 3.1.1 結(jié)構(gòu)可靠性36-37
• 3.1.2 響應(yīng)面法可靠度分析37-38
• 3.1.3 靈敏度38
• 3.2 可靠性判斷準(zhǔn)則的研究38-39
• 3.3 密封圈可靠度計算39-45
• 3.3.1 密封圈參數(shù)化模型的建立39-40
• 3.3.2 響應(yīng)量的定義40-41
• 3.3.3 定義隨機輸入量41
• 3.3.4 擬合響應(yīng)面41-42
• 3.3.5 可靠度計算結(jié)果42-45
• 3.4 密封圈的靈敏度分析及優(yōu)化45-55
• 3.4.1 優(yōu)化目標(biāo)45-48
• 3.4.2 密封性能靈敏度分析48-54
• 3.4.3 優(yōu)化結(jié)果及驗證54-55
• 3.5 小結(jié)55-56
• 第4章 往復(fù)密封實驗臺的設(shè)計與搭建56-68
• 4.1 氣動密封實驗背景56-59
• 4.1.1 實驗研究的意義56-57
• 4.1.2 國內(nèi)外往復(fù)密封相關(guān)實驗臺57-59
• 4.2 往復(fù)密封基礎(chǔ)實驗臺的設(shè)計與搭建59-67
• 4.2.1 實驗臺要求59
• 4.2.2 實驗臺主要布局和參數(shù)59-62
• 4.2.3 氣缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及摩擦力測量原理62-64
• 4.2.4 其他關(guān)鍵部分64-65
• 4.2.5 實驗臺實物圖65-67
• 4.3 小結(jié)67-68
• 第5章 不同工況對Y型圈摩擦力的實驗研究68-81
• 5.1 實驗準(zhǔn)備68-70
• 5.1.1 實驗對象68-69
• 5.1.2 測量方法69-70
• 5.2 實驗結(jié)果以及分析70-78
• 5.2.1 速度對摩擦力的影響70-72
• 5.2.2 壓力對摩擦力的影響72-73
• 5.2.3 運動方向?qū)δΣ亮Φ挠绊?/span>73-74
• 5.2.4 溫度對摩擦力的影響74-76
• 5.2.5 材料對摩擦力的影響76-78
• 5.3 實驗與有限元結(jié)果的對比研究78-80
• 5.3.1 有限元模型的驗證78-79
• 5.3.2 有限元計算摩擦系數(shù)79-80
• 5.4 結(jié)論80-81
• 第6章 老化對密封圈性能的影響及壽命預(yù)測研究81-96
• 6.1 使用的老化模型81-82
• 6.2 實驗準(zhǔn)備和實驗方案82-85
• 6.2.1 恒溫老化箱82
• 6.2.2 硬度測量儀82-83
• 6.2.3 老化時密封圈安裝裝置83-84
• 6.2.4 老化對象84
• 6.2.5 老化溫度和時間84-85
• 6.3 老化對密封圈材料彈性模量的影響85-89
• 6.3.1 實驗方案85-86
• 6.3.2 實驗結(jié)果86-87
• 6.3.3 硬度預(yù)測模型87-89
• 6.4 老化對密封圈尺寸的影響89-92
• 6.4.1 實驗方案89
• 6.4.2 實驗結(jié)果89-91
• 6.4.3 尺寸預(yù)測模型91-92
• 6.5 老化對密封圈摩擦力的影響92-94
• 6.5.1 實驗方案92
• 6.5.2 實驗結(jié)果92-93
• 6.5.3 摩擦力預(yù)測模型93-94
• 6.6 小結(jié)94-96
• 第7章 總結(jié)與展望96-99
• 7.1 研究工作總結(jié)96-97
• 7.2 下一步工作展望97-99
• 參考文獻99-103
• 致謝103-105
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果105

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  本文關(guān)鍵詞：Y型氣動密封圈的可靠性建模與實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：265131