冲压装备用往复密封特性的仿真研究

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1、冲压装备用往复密封特性的仿真研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：机械工程系工程领域：机械工程申请人：黄乐指导教师：贾晓红副教授联合指导教师：黄兴教授级高工二〇一五年五月SimulationResearchonPerformanceofReciprocatingSealUsedinStampingEquipmentThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringbyHuangLe(Mechanic

2、alEngineering)ThesisSupervisor:AssociatePrefessorJiaXiaohongAssociateSupervisor:ProfessorSeniorEngineerHuangXingMay,2015摘要摘要以冲压装备的关键功能部件制动器用往复密封Y形圈为研究对象，通过数值仿真和试验研究相结合的方法开展Y形圈密封特性研究，为实际工程中Y形圈往复密封系统的设计、分析提供帮助。基于混合润滑理论，建立往复密封Y形圈密封性能分析的数值仿真模型。模型耦合考虑了Y形圈宏观变形的固体力学分析、Y形圈接触区微观变形的变形力学分析、接触区油膜的流体力学分析、接触区粗糙

3、峰接触的接触力学分析。通过该模型可以定量预测Y形圈工作状态下的泄漏量、摩擦力等性能参数。结合径向力测量试验和往复密封台架试验验证了仿真模型的正确性。基于仿真模型，分别从密封系统和密封圈的角度（即密封用户和密封厂家的角度）研究关键参数对密封系统性能的影响。对于密封系统，研究了截面预压缩量、缸筒表面粗糙度、介质压力、内外行程速度对密封性能的影响。对于密封圈，研究了Y形圈5个关键结构参数对性能的影响，并采用正交试验设计方法对Y形圈进行参数优化设计，获得一组最优参数的组合，可用于密封结构改进设计。通过开展热空气加速老化试验，研究Y形圈材料和结构随老化时间的变化规律，并拟合出Y形圈材料和结构的老化模

4、型。综合考虑老化对Y形圈材料和结构的影响，建立Y形圈老化状态性能分析的数值仿真模型，定量预测Y形圈的老化性能。为便于工程应用，开发了基于数值仿真模型的往复密封性能分析软件平台，并基于MatlabGui平台设计了人机界面友好的用户使用界面，为企业在往复密封研制过程中提供方便、快捷的技术工具。关键词：往复密封；数值仿真；老化；工程软件IAbstractAbstractYsealusedinbrake,whichisthekeycomponentofstampingequipment,istakenasresearchobject.Theresearchtechniqueofnumericals

5、imulationcombinedwithexperimentalinvestigationisusedtostudytheperformanceoftheYseal.TheresearchresultscanhelpthedesignandanalysisofreciprocatingsealingsystemofYseal.AnumericalsimulationmodelusedtoanalyzeperformanceofYsealisdeveloped,basedonthemixedlubricationtheory.Thismodelconsistsofcoupledsolidm

6、echanicsanalysisforYseal’smacroscopicdeformation,deformationmechanicsanalysisforYseal’smicroscopicdeformationincontactzone,fluidmechanicsanalysisfortheoilfilmincontactzone,contactmechanicsanalysisbetweentheasperitiesincontactzone.TheperformanceparameterssuchasleakagerateandfrictionofYseal’sinworki

7、ngstatecanbequalitativelypredictedbythismodel.Radialforcetestandreciprocatingsealingbenchtestareconductedtoverifythevalidityoftheresultspredictedbythemodel.Baseonthemodelparametricanalysisiscarriedoutfromthepersp