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油封结构优化设计

作　者: 李建国
导　师: 丁玉梅
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 油封密封机理有限元分析表面效应结构效应泵吸率
分类号: TB42
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 352次
引　用: 2次
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内容摘要

利用有限元方法对旋转运动油封的密封机理进行理论研究。结合前人总结出的一些密封理论，将油封密封机理的有限元分析分两部分进行，一部分是静态分析，另一部分是动态分析。油封密封机理的静态分析属于接触问题，本文中使用的ANSYS有限元软件采用的是罚单元法描述的该接触问题。根据油封结构的特点，建立了油封的二维轴对称有限元模型，在有无弹簧两种情况下，分析了油封的腰厚、密封圈唇口平面到弹簧槽中心平面的距离R以及过盈量S和唇前角四种重要参数对最大接触压力及其分布情况的影响。采用该模型计算得到的结果与实际情况有良好的一致性。动态条件下，将油封的表面效应和结构效应的动密封理论作为理论基础，借助大型有限元软件ANSYS CFX对密封介质在密封间隙中的流动情况进行了模拟。分析了油封唇口表层材料弹性皱纹的反旋段和顺旋段的差值(ΔL)以及轴的转速对表面效应引起的泵吸率的影响，以及转速对结构效应引起的泵吸率的影响。结果表明：由表面效应引起的泵吸率随ΔL值的增加及轴转速的提高而增大，由结构效应引起的泵吸率随轴转速的提高而增大；模拟结果与实验结果有较好的一致性，证实了利用有限元方法进行该流体分析的可行性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-16
  1.1 课题的背景和意义  12-13
  1.2 油封的发展历史  13
  1.3 我国油封生产技术的现状及发展趋势  13-14
  1.4 本文的主要研究内容及创新点  14-16
第二章油封相关研究  16-30
  2.1 油封密封机理及其研究历程  16-18
  2.2 油封的类型及结构分类  18-21
    2.2.1 按轴运动形式分类  19-21
    2.2.2 按结构分类  21
  2.3 油封常用材料及其性能特点  21-25
  2.4 油封的后处理技术  25
  2.5 油封的生产工艺  25-26
  2.6 油封密封性能的影响因素  26-30
第三章有限元技术及 ANSYS软件的应用  30-38
  3.1 有限元技术简介  30-31
  3.2 有限元软件 ANSYS介绍  31-32
  3.3 ANSYS软件在本文中的应用  32-36
    3.3.1 ANSYS非线性分析能力  32-33
    3.3.2 利用 ANSYS进行接触分析  33-36
  3.4 ANSYS CFX软件的介绍  36-38
第四章油封静态性能分析  38-62
  4.1 引言  38
  4.2 油封有限元模型的建立  38-43
    4.2.1 模型的基本假设  38
    4.2.2 几何模型的建立  38-41
    4.2.3 材料模型的建立  41
    4.2.4 单元类型和材料参数的设置  41-42
    4.2.5 油封与轴接触问题的描述  42
    4.2.6 接触对的建立以及边界条件和载荷的施加  42-43
  4.3 数值模拟结果与分析  43-62
    4.3.1 安装过盈量 S的分析结果  43-49
    4.3.2 油封腰部厚度t的分析结果  49-54
    4.3.3 R值的分析结果  54-58
    4.3.4 唇前角α的分析结果  58-62
第五章油封动态性能分析  62-76
  5.1 引言  62
  5.2 微型泵理论  62-64
    5.2.1 表面效应  62-63
    5.2.2 结构效应  63-64
  5.3 有限元模型的建立  64-66
    5.3.1 表面效应模型  64-65
    5.3.2 结构效应模型  65-66
  5.4 数值模拟结果与分析  66-76
    5.4.1 表面效应数值结果与分析  67-71
    5.4.2 结构效应的数值模拟结果与分析  71-76
第六章结论  76-78
参考文献  78-80
附录一弹簧弹性模量 E推导公式  80-82
致谢  82-84
研究成果及发表的学术论文  84-86
作者和导师简介  86-87
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  87-88

油封结构优化设计

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