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1、Ξ机械密封焊接金属波纹管膜片结构的有限元分析哈力旦·木沙,买买提依明·艾尼(新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐830008)摘要:在Linux操作平台下应用FAST_wmg有限元前后处理软件对机械密封焊接金属波纹管膜片建立了有限元模型并进行了非线性有限元分析.在同等条件下对焊接金属波纹管采用了S型膜片和V型膜片,并分别进行了有限元强度评价和对比分析.结果表明,两种膜片最大应力集中都在膜片两端周围发生.这与文献所叙述的波纹管的主要失效发生在膜片两端与焊谷接近的部位非常吻合,但是,在同样边界条件下,在同样位移量时S型膜片最大应力值比V型膜片最大应力值小,压缩量大.
2、关键词:机械密封;金属波纹管膜片;强度评价;应力集中;有限元分析中图分类号:TG457.1文献标识码:A文章编号:100022839(2007)0420490205FEMAnalysisofMetalWeldedBellowWaveofMechanicalSealHalidanMusha,MamaitimingAini(CollegeofMechanicalEngineering,XinjiangUniversity,Urumqi,Xinjiang830008,China)Abstract:ThemetalweldedwavewereanalyzedwithF
3、EMmethod.FAST_wmgwasusedforpreandproprocesses,STAN8usedfornonlinearFEManalysis.Thesameboundaryconditionsweregivenfortwotypesofwave.Wegottheresultsthatthestressmainlyconcentratedontheweldedarea.Itisinterestingthatthevalueofthestressesofthetwotypesofwavebasicallysame,howeverthecompres
4、sibilityofthetwotypesofwavewereverydifferentatthesamecomputationstage.ThecompressibilityofSshapewavewashigherthanVshape.Keywords:Mechanicalseal;Bellow;Wave;FEManalyzing;iBone前言1波纹管是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹住壳体,是机械密封焊接金属波纹管的关键零件,焊接金属型机械密封由动环,静环,波纹管,弹簧,辅助密封圈,波纹管座,止转螺钉所组成如图1所示.图1焊接金属波纹管机械密封基本结构Ξ收
5、稿日期:2006212205作者简介:哈力旦·木沙(19732),女(维吾尔族),讲师,硕士.第4期哈力旦·木沙,等:机械密封焊接金属波纹管膜片结构的有限元分析491机械密封的工作过程是这样的:当旋转轴旋转时,通过止转螺钉带动波纹管座,而波纹官座,波纹管以及动环座为焊接组合件,因此,波纹官座的旋转会带动动环一起旋转,而动环借助波纹管的弹性力及密封介质的压力使之与静环始终保持良好的贴合状态,从而完成轴封的作用3.焊接波纹管是一种由许多以冲压方式成型的薄形中空膜片,利用精密焊接所制成的高度可弯曲及伸缩的金属管.其组成方式是由两成型中空膜片以同心圆的方式作内缘焊接组
6、成膜片对,再将多个膜片对堆一起作外缘焊接组成波纹段,再于两端和端板金属焊接组合成波纹管组,如此便可应外部的需要与其他运动部件一起作往复运动如图2(b).(a)金属波纹管机械密封组合(b)焊接金属波纹管图2焊接金属波纹管波纹管作为一种密封元件,它的形状是有很多种的.就波的形状而言,以U型波纹管应用最为广泛,其次还有V型、和S型等;就层数而言,则分为单层和多层波纹管;随着近代工程的迅速发展,流体处理机械的使用范围不断夸大.用于密封机械装置,或作为真空管路的膨胀节,在真空、半导体、石化、仪器、医疗、航空和军事等方面都有广泛的用途.焊接金属波纹管承受由轴向,振动而传递
7、的交变载荷作用.其直接效果是波纹管伸长缩短.这样在中段波峰、波谷处的截面将承受较大的反复拉一压应力作用,文献表明波纹管的失效形式疲劳破坏,膜片撕裂.提高波纹管的疲劳强度,提高波纹管的弹性是目前存在的问题.同时保证可靠的密封性和延长使用寿命是当前密封研究、设计、制造、使用等方面十分重要的问题.膜片结构对焊接金属波纹管的力学性能的影响较大.从国内外研制开发型新型膜片结构的波纹管来看,要充分提高焊接金属波纹管机械密封的密封性能和使用寿命,必须进一步改进膜片结构,以制造出性能更为优越的波纹管,大幅度提高波纹管的力学性能,使其在恶劣环境下具有良好的耐高温,耐疲劳的性能.
8、在满足设计要求条件下,合理选择管形及其
