基于弹流固耦合的弹性液压密封增效设计研究

论文摘要

密封的泄漏和磨损是引起密封失效的主要原因,密封泄漏不仅会造成整个系统的运动失常,工作效率降低,还会对环境产生影响。现在国内外的许多专家学者从理论和实践上对液压往复密封的失效机理和泄漏原因进行了分析研究,取得了很多有价值的科研成果,在一定意义上也促进了弹性液压密封技术的发展和进步。本文首先对增效设计的理论、弹流固耦合的概念和方法、有限元分析进行了简单的阐述,提出了弹性液压密封技术存在的问题及未来的发展趋势。利用TRIZ理论中的理想解模块和物场模型的模块提出了弹性密封增效设计的理论和方法,为密封增效设计研究提供了指导,同时从结构参数和工作参数两个方面进行分析,对结构参数和工作参数进行优化,都是很好的增效设计原理。对Y型密封圈的密封原理、主要性能、主要失效原因及解决措施做了全面分析研究,然后对弹性液压密封的密封机理,失效机理和增效机理分别进行了初步探索,针对具体的失效形式和失效影响因素,提出了相应的增效解决措施,为弹性液压密封的失效机理和增效机理研究提供了理论方法。建立了Y型弹性密封圈的有限元模型,运用有限元分析软件ANSYS对其进行了接触压力及变形分析,找出了接触压力随油压变化的关系,找出了Y型密封圈的密封性能与结构参数之间的变化规律,根据分析结果,对密封圈的工作参数和结构参数进行优化,得到了最优解。建立了弹性液压密封的数学计算模型,通过有限元的分析计算和数学计算软件MATLAB编程得出计算结果,并绘制出了压力分布曲线、油膜厚度分布曲线、和剪应力分布曲线,计算出了泄漏量数值,确定了弹性密封圈优化设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 课题研究主要意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 液压密封存在的问题及发展趋势
• 1.3 增效设计理论及弹流固耦合的简介
• 1.3.1 增效设计理念简介
• 1.3.2 弹流固耦合概念
• 1.4 有限元概述
• 1.4.1 有限元法简介
• 1.4.2 有限元分析软件ANSYS简介
• 1.5 本课题研究背景及主要内容
• 1.5.1 本课题研究背景
• 1.5.2 本论文主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 2 TRIZ理论驱动增效设计及基于弹流固的增效设计原理
• 2.1 引言
• 2.2 TRIZ理论驱动增效设计
• 2.2.1 理想解对密封增效设计的驱动
• 2.2.2 物场模型对密封增效设计的驱动
• 2.3 结构参数增效设计原理
• 2.4 工作参数增效设计原理
• 2.5 小结
• 3 Y型密封圈密封的分析及弹性液压密封的失效和增效机理分析
• 3.1 引言
• 3.2 Y型密封圈密封的分析
• 3.2.1 Y型密封圈的密封原理
• 3.2.2 Y型密封圈的主要性能
• 3.2.3 Y型密封圈主要失效原因及解决措施
• 3.2.4 Y型密封圈安装注意事项
• 3.3 弹性液压密封机理研究
• 3.4 弹性液压密封失效分析
• 3.4.1 主要失效形式
• 3.4.2 失效的影响因素
• 3.5 弹性液压密封增效机理分析
• 3.6 本章小结
• 4 基于FEA的Y型弹性液压密封圈结构参数和工作参数的优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 Y型弹性液压密封圈的有限元分析概述
• 4.3 Y型弹性液压密封圈的有限元分析现状
• 4.4 Y型弹性液压密封圈结构参数优化设计
• 4.4.1 建立优化几何模型
• 4.4.2 基本假设
• 4.4.3 材料模型
• 4.4.4 接触问题
• 4.4.5 边界条件及分析步骤
• 4.4.6 密封性能判定
• 4.5 求解结果与分析
• 4.5.1 Y型密封圈在不同状态时的压力分布
• 4.5.2 结构参数变化对Y型圈密封性能的影响
• 4.5.3 工作参数变化对Y型圈密封性能的影响
• 4.6 结论
• 4.7 本章小结
• 5 弹性液压密封数值模型计算
• 5.1 引言
• 5.2 弹性液压密封的数值计算方法
• 5.2.1 介绍
• 5.2.2 数值模型分析
• 5.3 弹性液压密封的计算过程
• 5.3.1 计算流程图
• 5.3.2 计算过程
• 5.3.3 求解结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 7 展望
• 8 参考文献
• 9 论文发表情况
• 10 致谢