曲軸油封是發(fā)動(dòng)機(jī)總成中的重要零部件其密封性能直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的總體性能。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展,發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能不斷強(qiáng)化,曲軸線速度不斷的提高,這對(duì)于曲軸油封的密封性能提出了更加嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)的曲軸油封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很大程度上依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn),曲軸油封的密封性能只有在產(chǎn)品成型之后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的方式來(lái)獲取,這種開(kāi)發(fā)流程成本很大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,將仿真分析融入曲軸油封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能研究中成為了曲軸油封開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一種新思路。本文利用有限元軟件ABAQUS建立曲軸油封的二維軸對(duì)稱模型,分析了曲軸油封結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)曲軸油封靜態(tài)接觸性能的影響規(guī)律。分析結(jié)果表明,曲軸油封唇口最大接觸壓力與氣側(cè)唇角、彈簧剛度和油封腰厚呈正相關(guān),與油側(cè)唇角、過(guò)盈量和R值呈負(fù)相關(guān);曲軸油封的單位周長(zhǎng)徑向力與過(guò)盈量、彈簧剛度和油封腰厚的變化呈正相關(guān),與油側(cè)唇角、氣側(cè)唇角和R值的變化呈負(fù)相關(guān)。以有限元分析為基礎(chǔ),借助正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)曲軸油封結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得了以最大接觸壓力和最小單位周長(zhǎng)徑向力為優(yōu)化目標(biāo)的曲軸油封最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。通過(guò)極差分析得到了油封結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)油封密封性能影響的主次順序;通過(guò)方差分析,獲得了油封結(jié)構(gòu)參... 

【文章來(lái)源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

油封結(jié)構(gòu)示意圖

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文10只需提供結(jié)構(gòu)的幾何形狀、邊界條件和材料屬性等工程數(shù)據(jù)，就可以對(duì)模型進(jìn)行分析計(jì)算。同時(shí)，ABAQUS包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫(kù)。并擁有各種類(lèi)型的材料模型庫(kù)，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料及土壤和巖石等地質(zhì)材料。ABAQUS集成顯式和隱式求解器，有著優(yōu)秀的復(fù)雜系統(tǒng)模擬能力和分析能力，在各國(guó)工業(yè)和研究中被廣泛地使用。2.2曲軸油封有限元模型建立2.2.1油封幾何模型與網(wǎng)格劃分本文研究的油封模型為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸油封，其規(guī)格為80mm×100mm×8.5mm，其幾何模型如圖2.1所示。油封總成包含橡膠本體，金屬骨架和壓緊彈簧三部分組成。曲軸油封的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括油側(cè)唇角α、氣側(cè)唇角β、安裝過(guò)盈量δ、彈簧中心到唇口軸向距離R、腰厚s和彈簧剛度k。圖2.1曲軸油封結(jié)構(gòu)示意圖在曲軸油封設(shè)計(jì)之初，油封與轉(zhuǎn)軸之間會(huì)有一定的過(guò)盈量，曲軸油封依靠唇口的橡膠變形與轉(zhuǎn)軸形成初始的接觸狀態(tài)，金屬骨架的作用是用來(lái)支撐油封，保證油封有一個(gè)良好裝配狀態(tài)；壓緊彈簧的設(shè)計(jì)是為了補(bǔ)償油封接觸所需要的徑向力，防止由于橡膠老化導(dǎo)致的油封徑向力衰減，同時(shí)保證油封與轉(zhuǎn)軸有一個(gè)良好的跟隨性，提高油封的使用壽命。在油封-轉(zhuǎn)軸裝配模型有限元建模時(shí)，考慮到油封在幾何模型、邊界條件及載荷施加都具有軸對(duì)稱特征。因此，將曲軸油封實(shí)體模型簡(jiǎn)化成二維軸對(duì)稱模型進(jìn)行分

2曲軸油封有限元建模及結(jié)構(gòu)參數(shù)分析11析，有限元建模時(shí)在不影響計(jì)算精度的前提下，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，比如去掉曲軸油封上的定位槽、倒角等。對(duì)油封的橡膠部分和支撐骨架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，壓緊彈簧采用剛性圓圈和線性彈簧單元組合的形式來(lái)代替，轉(zhuǎn)軸視為剛體部件，以解析剛體來(lái)完成轉(zhuǎn)動(dòng)軸的建模。在整個(gè)油封接觸分析過(guò)程中，油封唇口的接觸分析是十分關(guān)鍵的。因此，在網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)曲軸油封唇口進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，確保分析計(jì)算精度滿足要求。對(duì)于橡膠單元，在分析時(shí)必須使用單元類(lèi)型為四邊形軸對(duì)稱雜交單元（CAX4H），因?yàn)橄鹉z材料本身因?yàn)閯偠容^低，在受載荷后可能出現(xiàn)剛度迅速減小的情況，采用雜交單元就能很好的避免這個(gè)問(wèn)題。金屬骨架材料是鋼材，在建模時(shí)選擇四邊形軸對(duì)稱減縮積分單元（CAX4R）。由于四邊形網(wǎng)格在控制網(wǎng)格變形上要比三角形網(wǎng)格強(qiáng)。因此，整個(gè)模型的網(wǎng)格劃分均采用四邊形網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分完成之后，再經(jīng)過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證之后，得到油封網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2.2所示。圖2.2油封軸對(duì)稱模型網(wǎng)格劃分2.2.2材料模型的建立橡膠材料屬于超彈性材料，有著非常復(fù)雜的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，在受到載荷變形時(shí)能迅速適應(yīng)載荷的變化從而發(fā)生變形，在載荷卸載后又迅速恢復(fù)彈性變形，因此橡膠材料被視為幾乎不可壓縮[42]。為此，進(jìn)行有限元分析時(shí)假設(shè)橡膠材料不可壓縮，并且具有各向同性，變形后可以完全恢復(fù)。經(jīng)過(guò)多年的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出過(guò)一些專(zhuān)門(mén)描述橡膠材料大變形的本構(gòu)模型，用來(lái)描述橡膠材料性能：如Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型、Neo-Hooke模型和Ogden模型等都是用來(lái)描述橡膠材料的本構(gòu)模型。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究證，Mooney-Rivlin模型是應(yīng)用最廣泛且能夠更好的模擬橡膠等不可壓縮的超彈性材料在變形較大時(shí)力學(xué)性能的函數(shù)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于正交試驗(yàn)的油封唇口結(jié)構(gòu)參數(shù)研究[J]. 江華生,劉杰,王鵬,季山.  流體機(jī)械. 2019(02)
[2]2種結(jié)構(gòu)參數(shù)旋轉(zhuǎn)軸唇形油封的密封性能研究[J]. 陳建壘,張付英,宋娜娜,段晶瑩.  流體機(jī)械. 2018(09)
[3]油封溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 唐陳,趙良舉,杜長(zhǎng)春,李云飛,候激波.  潤(rùn)滑與密封. 2015(11)
[4]旋轉(zhuǎn)軸唇密封軸表面微螺旋槽的反向泵送特性[J]. 賈曉紅,Richard F.Salant,Steffen Jung,Werner Haas,王玉明.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(10)
[5]汽車(chē)變速箱油封膠料選擇的探討[J]. 何春燕.  江西化工. 2013(03)
[6]柴油機(jī)曲軸前油封密封性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 李玉婷,廖日東,李杰.  潤(rùn)滑與密封. 2013(09)
[7]基于混合潤(rùn)滑數(shù)值模型的油封結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 賈曉紅,郭飛,黃樂(lè),范清,王玉明.  潤(rùn)滑與密封. 2013(08)
[8]結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)徑向唇形密封圈密封性能的影響研究[J]. 吳莊俊,趙良舉,杜長(zhǎng)春,洪玉意,李云飛,趙向雷.  合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(11)
[9]旋轉(zhuǎn)唇形油封泵吸效應(yīng)及影響因素分析[J]. 趙良舉,蘇曉燕,杜長(zhǎng)春,張佳佳,吳莊俊,趙向雷.  合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2011(12)
[10]唇式密封圈摩擦特性及泵吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 周洋,劉小君,王偉,劉焜.  潤(rùn)滑與密封. 2011(08)

博士論文
[1]唇形油封密封性能及其軸表面織構(gòu)效應(yīng)的研究[D]. 江華生.浙江工業(yè)大學(xué) 2016
[2]唇形密封圈潤(rùn)滑性能及對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)性能影響研究[D]. 周瓊.華東理工大學(xué) 2013
[3]發(fā)動(dòng)機(jī)油封的密封性能及磨損機(jī)理研究[D]. 葉子波.華南理工大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于正交試驗(yàn)及CFD的液環(huán)真空泵優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 宋乾斌.蘭州理工大學(xué) 2019
[2]往復(fù)式骨架油封密封性能影響因素的分析研究[D]. 宋正樸.青島科技大學(xué) 2018
[3]中低壓工況下唇形油封性能實(shí)驗(yàn)及理論研究[D]. 王文強(qiáng).浙江工業(yè)大學(xué) 2018
[4]唇形油封泵汲效應(yīng)及唇口溫度的實(shí)驗(yàn)與模擬研究[D]. 李寧.重慶大學(xué) 2018
[5]基于響應(yīng)曲面法的油封結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 陳建壘.天津科技大學(xué) 2018
[6]若干因素對(duì)油封泵汲率影響的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[D]. 侯激波.重慶大學(xué) 2017
[7]旋轉(zhuǎn)式骨架油封密封性能分析及其產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D]. 張啟鑫.青島科技大學(xué) 2017
[8]基于數(shù)值計(jì)算的油封增效性能研究[D]. 王宏浩.天津科技大學(xué) 2017
[9]油封密封性能的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D]. 唐陳.重慶大學(xué) 2015
[10]基于正交試驗(yàn)法的對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)CFD數(shù)值模擬分析[D]. 趙震.燕山大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3507279