[发明专利]一种组合密封油膜厚度求解方法

说明书

本发明公开了一种组合密封有限元求解方法，具体包括以下步骤：步骤一：运用ABAQUS软件对组合密封进行有限元仿真分析，得到组合密封密封表面接触处的接触应力。步骤二：保存组合密封密封表面接触处的接触应力，运用MATLAB软件进行分段线性插值拟合接触压力分布p(x)。步骤三到步骤五：采用一维稳态雷诺方程来得到组合密封接触表面间油膜的流体方程。推导得到未知量h_m，之后对其进行求解。步骤六到步骤八：求解h_m，找到未知量x＝x_α，之后对其进行求解。步骤九：求解x＝x_α点。通过此步骤便可求解出组合密封接触表面在不同介质压力下的油膜厚度。

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，具体公开了一种组合密封油膜厚度求解方法。

背景技术

组合密封在密封领域有着非常重要的地位，尤其以O型密封圈与聚四氟乙烯组成的组合密封，在产品设计时，如何有效的计算出组合密封油膜厚度，估计产品泄漏量，已成为产品设计的一个重要方面。

组合密封中O型截面密封环几何形状不规则，密封情况较为复杂，很难求解出接触应力分布的表达式，因此求解密封表面的油膜厚度更加困难。

另外，橡胶材料属于超弹性体，具有高度非线性，并且不可压缩，对橡胶密封件的分析涉及到力学、材料学和摩擦学等众多领域的知识，不论采用数值解还是解析解，求解难度都比较大。

传统结构力学的理论和研究方法对于橡胶密封元件的分析只能作为参考依据。

因此，如何精确求解组合密封油膜厚度，是目前学术领域的一个研究热点，对于弥补现有求解方法的不足，具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：克服工程中对组合密封油膜厚度计算的精度不够，充分考虑求解过程中的影响因素，基于一维稳态雷诺方程，提出了一种组合密封油膜厚度求解方法，可以高效精确地求解组合密封油膜厚度，省去了迭代的麻烦。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种组合密封油膜厚度求解方法，包括以下步骤：

步骤一：取组合密封O型密封圈安装沟槽角度为90°、120°、150°和180°，运用ABAQUS软件对组合密封进行有限元仿真分析，得到组合密封密封表面接触处的接触应力。

步骤二：保存组合密封密封表面接触处的接触应力，运用MATLAB软件进行分段线性插值拟合接触压力分布p(x)。

步骤一与步骤二为本发明的前处理步骤，不属于本发明的权利范围，因此在本发明中不进行详细叙述。

步骤三：采用一维稳态雷诺方程来描述组合密封的润滑状态，同时考虑油液密度和运动粘度变化带来的影响，得到组合密封接触表面间油膜的流体方程：

其中：h为油膜厚度分布函数，m；ω为马达转速，ras/s；p为油膜压力，Pa；R为转轴半径，m；ρ为密度分布函数，kg/m³；η为粘度分布函数，Pa·s；x为液压油油膜轴向宽度，m。

上式中的密度和粘度分布函数可通过如下公式求得：

ρ＝ρ₀[1+c_ap/(1+c_bp)] (2)

η＝η₀exp(α_Bp) (3)