【摘要】：端面密封是一種軸向密封,又稱機械端面密封,簡稱機械密封,是流體機械旋轉(zhuǎn)軸密封最為主要的類型,是常用的旋轉(zhuǎn)軸密封,與壓蓋軟填料密封相比,具有泄漏量低,摩擦磨損小,使用壽命長、工作可靠、不需要日常維護等一系列優(yōu)點,因此在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 動力卡盤屬于自動定心卡盤,配以不同的動力裝置(氣缸、油缸或電機),便可組成氣動卡盤、液壓卡盤或電動卡盤。氣缸或油缸裝在機床主軸后端,用穿在主軸孔內(nèi)的拉桿或拉管,推拉主軸前端卡盤體內(nèi)的楔形套,由楔形套的軸向進退使3個卡爪同時徑向移動。這種卡盤動作迅速,卡爪移動量小,適于在大批量生產(chǎn)中使用。從目前國內(nèi)對液壓動力卡盤的需求看,最高轉(zhuǎn)速超過6000rpm的液壓動力卡盤都需要從國外進口。主要原因之一是國內(nèi)還不具備生產(chǎn)與液壓動力卡盤配套的中空旋轉(zhuǎn)油缸的技術(shù)。旋轉(zhuǎn)油缸中固定部件和旋轉(zhuǎn)部件之間的密封是限制此技術(shù)發(fā)展的瓶頸,鑒于其密封處于高界面滑速、高邊界壓差及高環(huán)境溫度的工況,普通的接觸式端面密封因高的pV值而難于勝任,因而這些部位的密封,應(yīng)采用非接觸型的動密封形式。 在西方發(fā)達國家動力卡盤占據(jù)了很大的市場,手動卡盤雖有一定市場,但需求不斷下降,動力卡盤在國外特別在歐洲已被大量采用,主要應(yīng)用在加工中高精度數(shù)控機床,普通機床采用數(shù)量也不斷增加。我國在上世紀(jì)80年代中期,由于受當(dāng)時生產(chǎn)條件限制,只能生產(chǎn)一種短圓柱型的具有普通轉(zhuǎn)速、精度低的鑄鐵盤體的低檔次產(chǎn)品。由于我國數(shù)控技術(shù)迅速發(fā)展要求將高速楔式動力卡盤和高速回轉(zhuǎn)油缸配套使用在數(shù)控機床上。液壓回轉(zhuǎn)油缸是液壓動力卡盤的動力源。當(dāng)前,高速液壓回轉(zhuǎn)油缸的研究和產(chǎn)品在國內(nèi)外未見報道,針對這一全新技術(shù),作者進行了大量地理論分析和實驗研究。 首先,在查閱大量國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上,分析了國內(nèi)外端面油膜密封、變粘度流體流動特性和液壓動力卡盤的研究與應(yīng)用情況,指出了研究液壓回轉(zhuǎn)油缸的重要意義,明確了研究液壓回轉(zhuǎn)油缸的主要技術(shù)難點,在此基礎(chǔ)上,提出了解決液壓回轉(zhuǎn)油缸技術(shù)難點所需的關(guān)鍵技術(shù),確定了本文的主要研究內(nèi)容。 在考慮粘度函數(shù)為常數(shù)和不為常數(shù)的兩種情況下,給出了平面端面油膜密封縫隙流體的壓力分布和摩擦轉(zhuǎn)矩的計算公式,從而可以確定端面密封的開啟力,并可以計算出功率損失。在不考慮粘度變化和考慮粘度變化兩種情況下,對影響平面端面油膜縫隙流體的泄漏特性、粘性摩擦損失進行對比分析后,采用功率損失最小原則對平面端面油膜密封的端面間隙進行了優(yōu)化,為液壓回轉(zhuǎn)油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及研制奠定堅實的理論基礎(chǔ)。 介紹了深槽端面密封的工作機理,給出了圓弧深槽端面油膜密封的結(jié)構(gòu)形式,在不考慮粘度變化和考慮粘度變化兩種情況下,對影響圓弧深槽端面油膜縫隙流體的壓力分布進行對比分析后,得到了圓弧深槽端面油膜密封縫隙流體的流體動力特性,為液壓回轉(zhuǎn)油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及研制奠定堅實的理論基礎(chǔ)。當(dāng)槽的數(shù)量在6個及以上時,轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響變得不太明顯,而且泄漏量隨轉(zhuǎn)速的增加而減小,從而符合了“上游泵送”的理論。在動力粘度η不為常數(shù),槽的數(shù)量為6,未開槽區(qū)域油膜厚度不變,轉(zhuǎn)速在1000~10000rpm的情況下,當(dāng)槽深度達到1mm的時候?qū)δΣ赁D(zhuǎn)矩的影響不再明顯。 在不考慮粘度變化和考慮粘度變化兩種情況下,對影響圓弧淺槽端面油膜縫隙流體的壓力分布進行對比分析后,得到了圓弧淺槽端面油膜密封縫隙流體的流體動力特性,為液壓回轉(zhuǎn)油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及研制奠定堅實的理論基礎(chǔ)。當(dāng)槽的數(shù)量在6個及以上時,轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響變得不太明顯,而且泄漏量隨轉(zhuǎn)速的增加而減小,從而符合了“上游泵送”的理論。在動力粘度η不為常數(shù),槽的數(shù)量為6,未開槽區(qū)域油膜厚度不變,轉(zhuǎn)速在1000~10000rpm的情況下,當(dāng)槽深度達到0.05mm的時候?qū)δΣ赁D(zhuǎn)矩的影響不再明顯。 仿真分析研究是現(xiàn)代各行業(yè)運用較多的研究手段,特別是數(shù)值仿真技術(shù),它具有節(jié)約成本、節(jié)省時間等優(yōu)點而被廣泛采用。本文運用ANSYS軟件對回轉(zhuǎn)部件進行了模態(tài)分析,為液壓回轉(zhuǎn)油缸樣機的實驗奠定了基礎(chǔ);運動ADINA軟件分析了平面、圓弧深槽、圓弧淺槽端面油膜密封縫隙流體的流體特性,驗證了理論分析的正確性。 在端面油膜密封縫隙流體流動特性理論分析的基礎(chǔ)上,對液壓回轉(zhuǎn)油缸樣機進行了加工制造,并對樣機進行了實驗研究,結(jié)果表明:平面端面油膜密封、圓弧深槽端面油膜密封、圓弧淺槽端面油膜密封縫隙流體流動特性的理論分析是正確的,應(yīng)用這些端面油膜密封技術(shù)的液壓回轉(zhuǎn)油缸可以滿足高速動力卡盤的要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH136
【圖文】：

[1]Fig.1-1 Sketch of typical face seal圖1-1所示的端面密封是由一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(gòu)（彈簧）彈力的作用下保持貼合，并配以輔助密封而達到防止流體泄漏的功能。由于端面密封具有密封性能良好，使用壽命長，對軸或軸套幾乎無磨損，抗震性強等一系列優(yōu)點，被廣泛用于泵、壓縮機、攪拌反應(yīng)釜等旋轉(zhuǎn)機械上，也常用于齒輪箱、閥門、旋轉(zhuǎn)接頭、船舶尾軸、火箭發(fā)動機、航空發(fā)動機的軸封。在煉油工藝裝置中 85%以上機泵使用了端面密封，此外，端面密封在許多高壓、高溫、相關(guān)博士學(xué)位論文 2011年 第11期 工程科技Ⅱ輯 C029-11-10

出現(xiàn)了非接觸式端面密封，有周向圓弧槽、雷列臺階面和螺旋槽面的流體動壓密封；徑向錐面、臺階面和帶凹槽節(jié)流孔的流體靜壓密封，將端面密封的 pV 提高到了 500MPa m/s。此外，端面密封與螺旋密封的多級組合密封、半接觸式變載荷系數(shù)端面密封的一些混合組合端面密封與阻塞密封適合于高參數(shù)和綜合復(fù)雜的條件，都紛紛出現(xiàn)并得到廣泛使用。從 1981 年起，由于有了新的理論的指導(dǎo)，出現(xiàn)了新型密封，這些密封主要反映新概念、新結(jié)構(gòu)、新方法、新技術(shù)、新工藝和新材料。例如，利用某種機構(gòu)將流體（或者是從上游高壓端泄漏出去的流體）從下游低壓端泵送到上游，這就是“上游泵送（upstream pumping）”新概念[5]。利用“上游泵送”這一新概念，就可以產(chǎn)生多種非接觸式密封的結(jié)構(gòu)，其中有螺旋槽、圓弧槽、直線槽，徑向直槽、前后向流槽、雷列臺階面、斜平面、圓葉型槽、徑向直葉槽和斜角槽等密封，如圖 1-2 所示�！吧嫌伪盟汀笨梢允狗墙佑|式密封的泄漏量達到零（泄漏量剛好等于反輸量）甚至負泄漏（反輸量大于泄漏量），從而打破了傳統(tǒng)的非接觸式密封總是泄漏的觀念。

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 胡志棟;端面油膜密封縫隙變粘度流體流動特性及其應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

本文編號：2742786