機(jī)械密封性能的數(shù)值分析及優(yōu)化研究.pdf

1、在重載條件下機(jī)械密封端面容易出現(xiàn)局部高溫和高應(yīng)力,嚴(yán)重影響密封裝置整體性能.由于傳統(tǒng)理論計(jì)算密封性能參數(shù)的精度有限,因此迫切需要一套科學(xué)系統(tǒng)的機(jī)械密封性能計(jì)算模型.本文基于ANSYS軟件平臺(tái),綜合國(guó)內(nèi)外在機(jī)械密封性能理論研究的新成果,從結(jié)構(gòu)靜態(tài)、熱-結(jié)構(gòu)耦合穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)三個(gè)角度建立了計(jì)算機(jī)械密封性能的有限元新模型,并進(jìn)行了密封性能優(yōu)化研究.在結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析中,本文以變形分析為切入點(diǎn),分析了隔離體和整體粘接法的不足,基于接觸理論提出了整體接觸

2、法,保證了端面受力與變形的協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)了端面接觸力的自動(dòng)求解和靜密封環(huán)(浮動(dòng)環(huán))平衡.結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明,密封端面在力和力矩作用下產(chǎn)生錐形變形,形成接觸閉合區(qū)和錐形開(kāi)口區(qū),且在接觸區(qū)有應(yīng)力集中.在熱-結(jié)構(gòu)耦合穩(wěn)態(tài)分析中,對(duì)熱和結(jié)構(gòu)場(chǎng)進(jìn)行了直接耦合;摩擦熱載荷依據(jù)接觸壓力計(jì)算,采用APDL函數(shù)式添加,通過(guò)耦合溫度自由度和定義大接觸導(dǎo)熱率兩種基本等效方法分配,并根據(jù)循環(huán)迭代法提高加載精度.穩(wěn)態(tài)分析結(jié)果表明,對(duì)軟硬材料配對(duì)副,摩擦熱導(dǎo)致密封端面錐

3、形變形增大,接觸區(qū)域縮小,且接觸區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)局部高溫、高接觸壓力和高應(yīng)力,其中由于動(dòng)環(huán)材料彈性模量大,其端面應(yīng)力很高,尤以周向壓應(yīng)力突出.在熱-結(jié)構(gòu)耦合瞬態(tài)分析中,采用定義小時(shí)間步方案避免出現(xiàn)由于摩擦熱載荷重復(fù)計(jì)算導(dǎo)致的初始時(shí)刻過(guò)大問(wèn)題,并依據(jù)前一時(shí)刻接觸壓力計(jì)算后一時(shí)刻熱載荷的思路和表數(shù)組方式實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)摩擦熱的添加.理想瞬態(tài)分析實(shí)例表明,加載過(guò)程中密封端面產(chǎn)生熱機(jī)效應(yīng),穩(wěn)定減載過(guò)程中端面參數(shù)平穩(wěn)下降.結(jié)合磨損和摩擦狀態(tài)等工程實(shí)際,減載密