基于弹流理论的叶片动密封膜厚与泄漏量的数值研究.pdf

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1、第6期机械设计与制造2010年6月MachineryDesign&Manufacture11文章编号：1001—3997(2010)06—0011—02基于弹流理论的叶片动密封膜厚与泄漏量的数值研究术谢良喜孔建益万晓红(武汉科技大学机械自动化学院，武汉430081)(武汉船用机械有限公司技术中心，武汉430081)Numericalstudyforsealedleakageandfj1mthicknessofvanesealsbasedonEHLfj1mthicknessformulaXIELiang—xi。KONGJian—yi，WANXiao—hong2(Sch

2、oolofMachineAutomation，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China)(WuhanMarineMachineryPlantCo．Ltd，Wuhan430081．China)中图分类号：TH12，TH137文献标识码：A1—刚_J—吾j一叶片密封为研究对象，研究叶片密封在弹流状态下的油膜厚度和动密封泄漏量。弹性橡胶密封的显著优点是可以实现静密封泄露量为零。但动密封时，相对运动的接触表面不可避免存在流体油膜而形成动2Herrebrugh膜厚公式密封泄露，该泄露问题可通过弹性流体动压润

3、滑理论(简称弹流，Herrebrugh的弹流膜厚公式考虑了弹性变形的影响，但未考Elasto—HydrodynamicLubrication，EHL)进行求解。在弹流问题中，虑压力对流体粘度的影响，即油的粘压效应。由于只有压力超过油膜厚度很小，但很关键：油膜厚度值的大小决定了接触表面的20MPa时，粘度才随压力的增高而加大，而弹性密封表面压力通润滑是全膜润滑状态，还是部分润滑状态。13Dowson与Higgin—常较小，因而不考虑粘压效应是合理的。Herrebrugh膜厚公式为：son于1959年获得弹流问题的首组数值解后，几十年来，许多学日=3．01(器)n6／(

4、(1)者对于弹流油膜厚度的计算曾做过不少努力。Martin公式没有考式中：日一最小膜厚；叼。一流体在0．1MPa的压力下的动力粘度；虑弹性变形和粘压效应，只适用于高速的轻载情况；Gatcombe和“～密封表面两接触体的相对运动速度；一接触面单位接Blok给出的公式仅考虑粘压效应，只适用于刚性等粘度的润滑状触长度上的载荷，与密封面的接触压力相关。态；Herrebrugh解积分方程给出了等粘度下弹性体间油膜厚度公R可由密封表面两接触体的曲率半径R和R计算如下式，比较符合弹性橡胶密封表面工况。尺=(2)叶片式液压摆动缸可直接将油压转换成摆动运动，具有结构E为当量弹性模量，

5、计算公式为：紧凑、机械效率高、扭矩输出平稳、操控性好等优点，因而得到广E，：—一(3)泛应用。叶片式摆动液压缸最大缺点是叶片密封困难，不能直接1-v，1一，应用0形圈这类常用的密封元件；其运动部件的间隙处往往存El。E2在较大的内泄露，从而降低了摆动液压缸的总效率和可靠性，尤式中：E、一两接触体的弹性模量、一两接触体的?自松比。其是摆动液压缸用于电液伺服系统时，其内泄露的变化会影响伺3密封面接触压力服系统的性能。因此，建立叶片密封泄露量数值模型、进行泄露HmTebrugh的弹流膜厚公式需要计算密封面的接触压力。假的理论研究是十分必要的。设柔性密封与之相对运动的刚性元

6、件间的接触区存在着完全的将基于Herrebmgh的弹性体问油膜厚度公式，以矩形截面流体动力油膜，考虑到紊『生密封的弹性模量很小，油膜厚度很薄，-k来稿E1期：2009—08—06-h"基金项目：武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室开放基金资助项目(2009A06)l2谢良喜等：基于弹流理论的叶片动密封膜厚与泄漏量的数值研究第6期密封接触区有无油膜对其中的压力分布影响不大，因此可以用接l=，u2=Rs'uS。触区的静接旨压力分布近似地代替往复运动时产生的流休动压5实例计算力分布。叶片密封的接触压力数学模型是根据线弹性胡克定理，基于MATLAB建立了求解程序。输

7、入数据为：密封尺寸的轴将公式加以变形得到的同。门柱叶片密封图，如图1所示。向部分(6b，b：)=(4，5，25)mm，密封尺寸的径向部分为(4，80，5)mm，定子内径和转子外径分别为R=64ram，R,=38mm，密封圆角=0．1mm。橡胶密封的弹性模量E=24MPa(22oC时)，泊松比"l=0．475；钢的弹性模量E2=21000MPa，泊松比t，F：o．3。密封油压l：20MPa，油缸角速度可-0．7rad／s。计算结果，如表1一表3所示。表1转子叶片密封径向区的计算结果图1『_]柱形叶片密封当弹弦封的应变不超过(1o-q5)q,~#，根据弹期克定理，有