本文關鍵詞：氣缸O型圈密封及摩擦特性的研究

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【摘要】：O型密封圈是氣缸常用的密封裝置,其密封性能以及摩擦性能對氣缸的穩(wěn)定運動和精確控制起很大作用。O型密封圈的研究包括可靠性分析,密封圈結構參數的選擇,接觸應力的分布,潤滑及摩擦特性等相關理論方面的研究。本文針對單側受限的O型密封圈,對其應力場和溫度場,脂潤滑特性及摩擦特性等方面進行了數學建模和仿真分析。在ANSYS建立了FESCO氣缸O型密封圈二維軸對稱有限元分析模型,通過分析預壓縮量和驅動腔氣體壓力對接觸應力和Von mises應力的影響規(guī)律,得出在預壓縮量大于10%、驅動腔氣壓低于0.5MPa時,O型圈可以實現可靠的靜密封。當O型圈存在相對滑動時,在之前結構場的基礎上,將熱源歸結為摩擦生熱和機械滯后生熱,并且進行溫度場分析�？紤]溫度對接觸應力的影響,利用結構-熱-結構實現二次耦合,得出接觸區(qū)溫度有限的升高對O型圈接觸應力的影響較小,影響O型圈動靜密封性能的決定性因素是O型圈的預壓縮量。建立了O型圈和缸筒在脂潤滑條件下包括雷諾方程,膜厚方程,載荷平衡方程以及能量方程的數學模型,采用多重網格數值積分提高整個迭代的收斂性,通過C語言編程計算了潤滑膜厚以及潤滑脂的摩擦力隨相對滑動速度,壓縮率,氣體壓力之間的變化趨勢。仿真結果表明,氣體壓力對膜厚影響較小,但是對接觸應力影響較大。相對滑動速度對膜厚影響最大,對接觸應力分布影響較小。接觸中心區(qū)域的膜厚在1-2?m之間,可以實現完全潤滑。建立O型密封圈和缸筒的滑動接觸摩擦力模型,對橡膠材料的本構方程以及粗糙剛性表面進行簡化,推導了O型圈橡膠在缸筒正弦表面和隨機粗糙的分型表面滑動的遲滯摩擦力數學模型,在Matlab上搭建了仿真模型。相對滑動速度和氣體壓力增加都會導致遲滯摩擦力增加,滑動速度起主導作用。當滑動速度在0.1m/s至0.5m/s之間時,遲滯摩擦系數與相對速度的關系近似呈二次拋物線關系,所得到的變化規(guī)律對預測氣缸摩擦力具有一定的工程價值。
【關鍵詞】：O型密封圈 接觸應力 橡膠摩擦 有限元
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH138.51
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題背景與意義9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-16
• 1.2.1 往復運動密封圈形式及密封效果影響因素分析10-12
• 1.2.2 橡膠滑動接觸理論研究12-15
• 1.2.3 彈性體潤滑理論的研究15-16
• 1.2.4 目前研究中存在的問題16
• 1.3 主要研究內容16-18
• 第2章 氣缸O型密封圈與缸筒接觸有限元分析18-39
• 2.1 O型密封圈有限元計算模型18-20
• 2.1.1 橡膠材料的幾何模型18-19
• 2.1.2 材料模型19
• 2.1.3 有限元模型的建立19-20
• 2.2 無氣體壓力下不同預壓縮率對密封特性的影響20-22
• 2.2.1 p=0，不同預壓縮下接觸應力分布20-22
• 2.2.2 p=0，不同預壓縮下Von Mises應力分布22
• 2.3 O型密封圈在不同氣體壓力下的計算22-25
• 2.3.1 接觸應力的分布規(guī)律23-24
• 2.3.2 Von mises應力的分布規(guī)律24-25
• 2.4 靜密封有限元結果分析驗證25-27
• 2.5 O型密封圈動密封特性仿真分析27-30
• 2.5.1 O型密封圈微動密封仿真分析28-29
• 2.5.2 O型密封圈往復運動仿真分析29-30
• 2.6 溫度對氣缸O型圈與缸筒接觸應力的影響30-38
• 2.6.1 溫度場分析理論基礎30-31
• 2.6.2 O型密封圈溫度場分析模型31-33
• 2.6.3 O型密封圈溫度場計算結果分析33-37
• 2.6.4 O型密封圈熱應力耦合分析37-38
• 2.7 本章小結38-39
• 第3章 氣缸O型密封圈與缸筒潤滑特性分析39-55
• 3.1 O型密封圈和缸筒數學模型的建立39-42
• 3.1.1 模型簡化39-40
• 3.1.2 基本方程及邊界條件40-42
• 3.2 數學模型的求解42-51
• 3.2.1 數學模型無量綱化42-44
• 3.2.2 數學模型離散化44-45
• 3.2.3 多重網格求解數學模型45-47
• 3.2.4 能量方程離散和數值求解47-51
• 3.3 仿真結果分析51-54
• 3.4 本章小結54-55
• 第4章 氣缸O型密封圈摩擦特性分析55-66
• 4.1 建模理論基礎55-58
• 4.1.1 密封圈本構模型方程55-56
• 4.1.2 缸筒表面粗糙度簡化56-58
• 4.2 O型密封圈在正弦表面滑動摩擦58-61
• 4.2.1 O型密封圈在正弦表面滑動摩擦力模型的建立58-60
• 4.2.2 O型密封圈在正弦表面滑動摩擦仿真分析60-61
• 4.3 O型密封圈在隨機粗糙的缸筒表面滑動摩擦61-65
• 4.3.1 O型密封圈在隨機粗糙表面滑動摩擦數學模型的建立61-64
• 4.3.2 O型密封圈在隨機粗糙表面滑動摩擦仿真分析64-65
• 4.4 本章小結65-66
• 結論66-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果71-73
• 致謝73

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

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本文編號：838513