唇形油封密封性能及其軸表面織構效應的研究.pdf

1、唇形油封由于結構簡單、性能可靠、安裝方便和價格低廉等優(yōu)點，廣泛應用于機械旋轉軸的密封場合，其功能是將油腔和外界環(huán)境相隔離，起到對內封油、對外防塵的作用，是目前最常用的密封件之一。但是，由于油封密封機理復雜，影響密封性能的因素繁多，人們對油封產品的設計很大程度上仍然依靠經驗和試驗完成。隨著現(xiàn)代機械工況參數(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)的油封設計方法和產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驗研究具有重要的應用價值。
　　基于此，本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究相結合的方法，開展油封靜態(tài)接觸特性、密封性能，以及軸表面織構流體效應的研究，主要研究內容和取得的成果如下：
　　(1)分析了唇形油封的結構和安裝特點，建立了油封的二維軸對稱有限元模型，獲得了安裝過盈量、橡膠彈性模量、油封內徑參數(shù)和材料本構模型等因素對油封唇口接觸壓力、接觸寬度和徑向力的影響規(guī)律，計算得到的油封唇口接觸

3、應力和變形分布符合實際工作狀態(tài)，徑向力與工程計算值吻合較好，研究成果有助于油封結構的優(yōu)化，并可進一步為油封密封性能理論模型的研究提供基礎數(shù)據(jù)；
　　(2)分析了油封唇口的潤滑與密封機理，提出了油封穩(wěn)態(tài)工作潤滑與密封的數(shù)學模型，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，建立了遵循質量守恒的JFO空化邊界條件的潤滑力學控制方程，并采用流線迎風有限元法求解控制方程，計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、表面形貌結構參數(shù)和材料參數(shù)對泵送率、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，提出了軸表面設置方向性微織構的手段，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/凸體織構的流體動壓效應，分析了軸表面織構的形式、幾何參數(shù)對油封密封性能的影響，獲得了相同條件下矩形微織構優(yōu)于其他3種織構，微凸體織構優(yōu)于微凹坑織構的作用規(guī)律；
　　(4)由于軸表面微凹坑織構較微凸體容易加工實