涨圈密封环性能分析及端面浅槽结构优化设计

作     者：王立功 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李伟平

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：涨圈 密封性能 非圆型线 润滑状态 温度场 型槽优化 

摘      要：涨圈属于一种分剖式密封环广泛应用于车辆传动装置以及航空发动机轴承腔内,特别适合安装在对体积有限制的地方,其密封性能直接影响机械装置的安全运行和工作效率。由于工作环境恶劣,涨圈很容易发生失效,其失效主要包括随轴转动和泄漏量超标,其中涨圈结构尺寸的设计不合理以及涨圈产生的大量摩擦热引起的变形与磨损是导致失效的主要原因,因此本文针对涨圈结构尺寸设计以及降低端面温度进行了一些研究,为涨圈型密封环的设计研究提供参考。主要工作包括以下几个方面。（1）为了保证涨圈辅助密封面的贴合效果,采用解析法与有限元仿真两种方式设计涨圈非圆型线,并通过仿真与实验的方式验证型线的圆度;通过对涨圈在工作条件下的受力情况分析,确定涨圈开口尺寸;对泄漏的主要方式进行相关的研究,并确定泄漏量的计算公式。（2）根据涨圈密封环的受力情况,建立主密封的润滑模型,通过求解润滑方程以及微凸体接触方程来判断涨圈主密封面的润滑情况并定量的计算液膜承载比以及主密封面泄漏量,随后研究润滑状态随密封面的几何形貌以及操作参数的变化规律。（3）依据涨圈的工作环境,确定涨圈的热边界条件,分析在工作状态下涨圈的温度场分布;通过热结构耦合对涨圈的变形情况进行分析并计算在稳态工况下的开口的泄漏量;分析涨圈尺寸参数与工况参数对涨圈温度与泄漏量的影响情况。（4）依据浅槽承载原理,建立T型槽的几何模型,通过求解润滑模型,研究T型槽的各个尺寸参数对密封性能的影响;随后以T型槽的尺寸参数为设计变量并以平衡条件下的液膜厚度、主密封面泄漏量和液膜刚度为响应,采用最优拉丁超立方采样,搭建二次响应面模型,运用多岛遗传算法对T型槽尺寸参数进行优化设计,保证减小泄漏量的同时,降低涨圈密封环的温度。