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车辆动力和传动结构的高功率密度是现代车辆的重要发展方向,实现高功率密度的主要方法是提高转速和减小体积,以及增大液压控制系统压力。旋转密封件是车辆传动系上的关键元件,随着转速和压力提高,对密封件性能的要求也大大提高。提高旋转密封的性能成为实现高功率密度的关键技术之一。在现有的机械密封型式中,涨圈密封的尺寸(体积)是最小的,因此本文对涨圈密封进行了研究,探讨了在高速高压条件下涨圈密封的工作特点及使用性能。本文的主要工作如下:
1.对密封结构进行了理论分析,在对现有各种主要密封结构进行介绍分析的基础上,重点对涨圈密封结构进行了理论分析,包括结构各参数间的关系,弹性计算,涨圈密封环缝隙的流场理论分析,得出流场的压力分布和流量。
2.随着密封系统PV值的提高,涨圈密封系统主密封面将产生较大的摩擦热,使密封腔内的液体严重发热,对密封系统产生很多不利影响。摩擦热可以通过油液的泄漏进入到冷却器和油箱,因此为了控制密封系统温度,可以对泄漏量进行控制,控制的方法是控制密封环的开口量(切口装配冷间隙)。根据密封系统热平衡的要求,使开口量(或泄漏量)满足系统维持在进口油温40℃,出口油温80℃时的工作状态,分析密封系统所需泄漏量。本文采用ANSYS软件分两种情况对密封系统进行温度场计算,分别得出:摩擦系数一定时,不同摩擦面线速度对应的密封系统温度场分布和线速度与密封系统所需泄漏量之间的关系曲线;摩擦面线速度一定时,不同摩擦系数对应的密封系统温度场分布和摩擦系数与密封系统所需泄漏量之间的关系曲线。由于涨圈开口处的流道形状复杂,难以用常规的流体力学方法计算,本文采用了FLUENT软件,通过对流场的分析得出了涨圈切口热间隙与泄漏量的关系曲线。根据得出的三个关系曲线就可以得到不同摩擦系数、线速度对应的涨圈切口热间隙值。
3.通过涨圈密封系统热结构耦合分析,得到涨圈周向的伸长量,加上热平衡分析得出的涨圈切口热间隙就可以核算涨圈开口量(切口装配冷间隙):并对涨圈内环面的径向变形和涨圈侧面及及涨圈主密封面的轴向变形进行分析,得出涨圈工作中的变形形态,同时可为涨圈系统的结构形状和尺寸设计提供指导。