具有圆度误差的径向金属密封接触应力研究

由于加工圆度误差的影响,井下流量控制阀径向金属密封接触应力分布不均匀,从而影响密封性能。利用有限元方法研究具有圆度误差的径向金属密封唇部接触应力分布,并分析圆度误差对径向金属密封接触应力的影响;基于有限元分析结果提出径向金属密封接触应力分布的理论解析式,并进行误差分析。具有圆度误差的径向金属密封唇部接触应力分布的理论解与数值解相符,各参数引起的最大接触应力的平均相对误差约为10%。根据具有圆度误差的径向金属密封副接触应力的分布规律,提出合理的过盈量函数,修正了径向金属密封轴对称结构的悬臂梁模型的接触应力理论关系式,得出了圆度误差下的径向金属密封接触应力分布规律。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。

超高压高低温条件下节流阀Y形圈的影响因素分析

为研究天然气设备中节流阀的Y形密封圈在超高压、高低温工况下的影响因素,选择PTFE及其4种改性材料作为密封材料,研究唇口过盈量、唇前角、唇后角对Y形密封圈静密封性能的影响。结果表明:Y形密封圈最大von Mises应力随唇口过盈量增加而减小,随唇前角和唇后角的增大先增加后减小;内唇最大接触应力随唇口过盈量、唇后角的增加而增大,随唇前角的增加先增大后减小。选取密封圈宽度、基体高度、唇尖高度、唇前角、唇后角5个参数,采用ISIGHT软件对各参数进行灵敏度分析。结果表明:密封圈宽度及基体高度对Y形密封圈最大Mises应力及内唇接触应力影响最大。通过多岛遗传算法获得密封圈的优化尺寸,通过试验验证理论设计结果。

基于ANSYS Workbench的O形橡胶密封圈有限元分析

为了研究O形橡胶密封圈(以下简称O形圈)的压缩率与接触压强的关系,首先通过ANSYS Workbench有限元分析软件对装置结构进行必要的模型简化,其次进行关键的边界条件设置及载荷的施加等操作,最后完成非线性静态有限元分析。采用后处理分析技术,得到该装置结构的变形量及von Mises应力分布图。结合实际工况,分析螺栓预紧力、O形圈压缩率及接触压强之间的关系,保证介质(含压气体或液体)密封的接触压强满足工况需求,确保介质密封的有效性和可靠性。

内外圈相对倾斜对圆柱滚子轴承寿命的影响

采用Romax Designer工程分析软件对某大兆瓦风电机组齿轮箱进行整体建模,应用经典滚动轴承理论和“切片法”基本思想,对齿轮箱输出轴圆柱滚子轴承在不同内外圈相对倾斜情况下的接触应力、修形效果和轴承寿命进行大量分析计算;重点对轴承ISO/TS 16281寿命进行分析,分析内外圈相对倾斜量对ISO/TS 16281寿命的影响以及对未修形和对数修形最佳修形凸度量时两种情况下寿命的影响;还将ISO 281寿命和ISO/TS 16281寿命进行对比。研究结果表明,无论轴承是否修形,内外圈相对倾斜对轴承ISO/TS 16281寿命影响非常大,倾斜量越大,ISO/TS 16281寿命越短,对应的最佳修形凸度量越大,相应修形效果越好,ISO/TS 16281:2008额定寿命提高得越大;在内外圈相对倾斜量相同的情况下,ISO/TS 16281寿命与ISO281寿命相差非常大。研究结果可为圆柱滚子轴承优化设计提供参考。

釜用唇形密封圈密封性能与开启特性研究

通过建立唇形密封圈数值分析模型,探究开启式唇形密封静态密封性能和动态开启特性,并通过试验进行验证。结果表明:介质压力对反向开启压力的影响最明显,介质压力每升高0.01 MPa,反向开启压力随之升高0.01 MPa;结构参数对反向开启压力的影响不明显,改变唇口的结构参数可以提高静态接触时的密封性能。通过试验模拟密封实际工况,准确测量出唇口反向开启压力,试验值与计算值平均误差约为10%。

基于ANSYS的热力管道用橡胶密封圈优化设计与分析

针对铸铁管接口密封结构老化后出现的压裂现象,对其密封圈结构进行优化设计。通过降低原硬胶和软胶组合密封圈软胶部分压缩率和改进软胶部分形状,提出4种新的橡胶密封圈结构。采用ANSYS对橡胶密封圈进行了有限元仿真分析,在考虑偏载和最小压缩的条件下对橡胶密封圈进行了静力学仿真分析。结果表明:软胶部分由圆形变为柠檬形并降低压缩率的新结构具有最优的密封性能,但在偏载加压下软硬胶连接处应力集中严重,且由于结构原因在头部存在应力“拐点”。对该新结构进行了优化,优化后的结构可在不降低密封力的条件下有效改善偏载加压下的应力集中现象。

水轮发电机组碳刷/集电环摩擦副接触电阻计算及仿真验证

碳刷/集电环组件作为水轮发电机组励磁系统的重要组成部分,常因界面接触状态变化而出现碳刷过热、打火、电弧侵蚀等问题.其界面间的接触状态目前无法直接监测,间接监测则成为解决该问题的关键.载流摩擦副间的接触状态常用接触电阻进行表征,因此,本文中基于电接触和传热学的相关理论,建立了接触电阻的数学模型,该模型旨在根据碳刷温度估算接触电阻值.通过碳刷/集电环载流摩擦试验确定模型中的相关参数,计算并分析不同额定电流、转速、弹簧压力条件下,接触电阻的动态变化及关键影响因素.将计算结果代入COMSOL Multiphysics有限元分析软件中,基于其内置的物理场控制方程,仿真模拟碳刷的温度并与试验得到的碳刷的温度作比较,以验证该模型的有效性.计算结果表明:当界面接触压力一定时,接触电阻值随着额定电流的增大而减小;当额定电流一定时,界面接触压力大的碳刷接触电阻值小;当集电环转速增大时,弹簧压力对接触电阻的影响进一步增大.

液体火箭发动机U形环密封界面优化设计

U形密封环是液体火箭发动机常用的一种密封结构,其密封性能是决定发动机可靠性的关键因素。为研究U形环的密封机制,改善其整体结构的密封性能,构建U形环密封结构的有限元分析模型,分析常温预紧工况和低温工作工况下密封环的密封性能。结果表明:相对于常温(20℃)预紧工况,低温(-183℃)工作工况下U形环密封面的有效接触宽度和接触应力更大,但仍存在密封面接触不充分的问题。采用密封界面形貌的优化设计方法对U形环密封界面进行优化设计,优化后U形环密封面从平坦形貌变为非平坦的非线性形貌,低温工作工况下U形环密封面的有效接触宽度增加了138%,接触应力分布均匀程度提升了99%,密封面的有效接触宽度大幅增加,接触应力分布的均匀性大幅改善,整体结构的密封性能显著提升。

热力耦合作用的双半内圈角接触球轴承热特性

针对航空发动机高速重载双半内圈角接触球轴承运行中生热问题,基于滚动轴承动力学以及传热学理论,考虑轴承热变形以及润滑油的作用,建立热力耦合作用的双半内圈角接触球轴承动力学分析模型。采用预估-校正的GSTIFF变步长积分算法求解动力学方程组,分析了工况参数和结构参数对轴承热特性的影响,结果表明:考虑热力耦合的轴承动力学模型更接近试验结果;内、外圈温度受转速以及轴向力的影响较大,轴向力对内、外圈温差的影响较大;内圈沟曲率半径系数对轴承温度的影响较大,当内圈沟曲率半径系数为0.532时内、外圈温差最小,外圈沟曲率半径系数和垫片厚度对轴承温度的影响较小。

缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性仿真分析

为了研究缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性,基于轮轨滚动行为(WRRB)模拟试验台参数,利用ANSYS/LS-DYNA建立瞬态滚动接触有限元模型,集成弹性蠕滑率求解程序和Tγ磨耗模型,通过试验验证模型的正确性.重点分析轮轨力、蠕滑率、接触应力和钢轨磨耗深度,并考虑车轮驱动扭矩和速度的影响规律.结果表明:缩尺车轮-环轨结构的高频弹性振动造成轮轨垂向力波动;在比例载荷作用下,纵向动力学行为和钢轨磨耗深度变化趋势与服役轮轨一致;由于环轨的极小曲线半径,自由滚动工况下的横向蠕滑力/率、自旋蠕滑率、钢轨磨耗深度偏大,切向接触应力峰值出现在接触斑后沿两侧;车轮驱动扭矩和速度的影响规律可拟合为一组经验公式.研究可以为此类试验台的设计与应用工作提供理论依据.

非接触式活塞环梯形角测量系统的设计与验证

活塞环梯形角是评价活塞环加工质量的关键参数,随着技术与工艺的进步,传统的接触式梯形角测量方案已不能满足现代的生产需求。分析接触式梯形角测量方案存在的问题,提出了基于光谱共焦位移传感器的非接触梯形角测量方案,并从传感器的选型、组合测量头的设计和夹紧机构的设计3个方面展现了全新的测量系统设计方案。通过对测量系统进行误差分析和可行性验证,证明了新的设计方案具有可行性,为研制新型非接触式活塞环梯形角测量仪提供了全新、有效的思路。

环形牙滚柱丝杠啮合机理研究

基于环形牙滚柱丝杠结构特点,推导了丝杠、滚柱和螺母的曲面方程,建立了计算丝杠和滚柱以及螺母和滚柱之间接触位置的啮合方程,给出了环形牙滚柱丝杠的轴向间隙计算公式和零间隙牙厚设计量。通过与现有数值模型接触位置和间隙计算结果的对比,验证了所建模型的正确性,分析了结构参数对环形牙滚柱丝杠啮合特性的影响规律。分析结果表明:较大的丝杠名义半径和较小的滚柱名义半径有利于接触点接近两零件中径切点位置;丝杠和滚柱的接触位置对两零件的牙侧角差值十分敏感;当螺母和滚柱牙侧角相同时,接触点位于两者的中径切点且零间隙牙厚设计量等于螺距的一半;滚柱牙型轮廓半径对丝杠和滚柱的零间隙牙厚设计量几乎无影响。

环形行波超声波电机面接触分析及转子结构优化设计

考虑转子的柔性变形,建立了环形行波超声波电机定转子三维面接触模型,分析了定子的振动、定转子的法向接触以及切向摩擦,研究了定转子间的面接触特性及电机的转矩-转速特性。结果显示:由于转子的柔性变形,定转子间的接触区域形状是不规则的,接触压力沿径向分布是不均匀的。通过将样机转矩-转速特性的理论计算值与试验测量值进行对比,验证了三维面接触模型。在此基础上,基于三维面接触模型,分析柔性转子结构参数变化对定转子最大接触压力及电机转矩-转速特性的影响,根据分析结果对转子结构进行优化,实现了定转子间的最大接触压力明显下降,并使电机的转矩-转速特性得以明显提升。

O形圈和矩形圈静密封性能仿真对比研究

基于有限元分析软件Ansys建立O形圈和矩形圈的有限元分析模型,分析对比预安装、介质压力、尺寸公差波动对两种密封圈接触压力和径向力等密封性能参数的影响。结果表明:预安装时,O形圈和矩形圈的接触压力分布差异明显,矩形圈的密封性能参数明显大于O形圈;承受介质压力时,O形圈和矩形圈的密封性能参数均随着介质压力的提高而提高,但矩形圈径向力随着介质压力的提高而提高的速度大于O形圈;尺寸公差波动时,O形圈和矩形圈的密封性能参数均随着尺寸的减小而降低,截面尺寸波动对O形圈和矩形圈密封性能参数的影响远大于内径尺寸波动的影响。

附加弯矩对金属O形环法兰密封性能的影响研究

为深入探究附加弯矩对螺栓法兰连接结构密封性能的影响,运用ABAQUS有限元软件对某法兰结构进行数值分析,研究了法兰转角、密封槽轴向位移和金属O形环接触应力随附加弯矩的变化情况。结果表明:附加弯矩会造成法兰受拉侧转角变大,受压侧转角变小,同时受拉侧密封槽轴向位移增大;密封槽轴向位移与上法兰转角在一定范围内存在线性变化关系;金属O形环内侧接触应力随弯矩增加逐渐减小,外侧接触应力受弯矩变化影响较小。

内、外圈相对倾斜对圆柱滚子轴承负荷和接触应力的影响

应用经典的滚动轴承理论以及“切片法”的基本思想,采用Romax Designer工程分析软件对某大兆瓦风电机组齿轮箱圆柱滚子轴承负荷分布和接触应力分布进行分析,重点研究了内、外圈相对倾斜对轴承负荷分布和接触应力的影响。研究结果表明:随着内、外圈相对倾斜量的增大,最大载荷减小,负荷分布趋于均匀,同时滚子与套圈间的最大接触应力随之增大。

液压缸往复密封圈表面接触应力监测研究

在液压缸中,往复动密封圈表面接触应力是决定其密封有效性的关键,但由于在工作过程中对往复密封表面接触状态进行监测的难度很大,因此对其变化规律仍缺乏深入了解。针对这一问题,以液压缸活塞杆Y形密封圈为对象,通过有限元仿真分析密封圈内唇磨损对密封圈表面接触应力的影响,确定密封圈表面接触应力的最佳监测部位;采用光纤光栅传感器(FBG)进行密封槽表面接触应力监测试验,通过铺设于密封槽的FBG传感器采集应力数据,得出密封圈周向和轴向接触应力均随内唇磨损增加呈现先增大后减小的趋势,与仿真结果一致;接触应力对密封磨损程度变化的响应灵敏度会随密封压力的增加而增大。研究结果为液压缸实际运行过程中往复动密封状态的监测提供了依据。

基于流固耦合的橡胶O形圈老化对密封性能的影响研究

橡胶O形圈在高温受压的环境下易发生老化并产生泄漏,而最大接触压力和永久压缩变形不足以判定密封系统的密封性能。为了更加精准研究橡胶O形圈在高温受压情况下的老化对密封性能的影响,通过实验获取橡胶O形圈老化后的泄漏率和性能数据,构建有限元仿真模型,获取不同老化时间下的密封面接触压力,结合流固耦合模型计算出理论泄漏率。通过对比不同老化时间后的橡胶O形圈的实验泄漏率和密封面接触压力评估其密封性能。对比数值模型得到的结果和实验结果,发现理论模型与实际情况一致性较好,验证了该理论模型可为橡胶O形圈的老化行为分析、预测提供指导。

弹性套圈壁厚对保持架动态稳定性和轴承振动的影响

角接触球轴承作为高速机床的基本支承结构,其动态行为直接影响高速机床的动态性能。建立了考虑套圈弹性变形和保持架涡动的角接触球轴承非线性动力学模型,通过保持架质心轨迹以及保持架与内圈转速比验证了模型的准确性,并在此基础上分析了外圈壁厚对球的滑动、保持架涡动和内圈振动的影响,结果表明:在外载荷作用下,不同外圈壁厚会产生不同的弹性变形,进而影响球的滑动、保持架的涡动和内圈的振动;当外圈壁厚减小时,球的滑动加剧,保持架动态稳定性降低,内圈振动增加,外圈壁厚较大时可以获得较好的保持架动态稳定性并降低轴承的振动。

基于离散元颗粒接触模型的桩网复合地基土体力学改良影响研究

为探讨保定环城水系东南段泵闸工程封装桩复合地基土体力学改良影响,采用离散元颗粒线性接触模型进行模拟计算,分析了复合土体三轴力学影响特征。研究表明,土工织物厚度对复合土体承载应力促进作用具有上限,当厚度超过0.08 mm后承载应力的提升较小,土工织物的存在,会改变复合土体应变弹-延塑性主导特征。封装料空隙率愈大,复合土体承载能力愈弱,且围压愈大,不仅可提升复合土体承载应力,也可减弱封装料空隙率对复合土体的抑制效应。高空隙率封装料试样在残余应力段具有较长时段的低应力、高应变。抗剪特征参数受土工织物厚度因素影响较小,主要受封装料空隙率影响较大。论文成果可为探讨离散元颗粒线性接触模型的应用及土体力学特征研究提供参考。