端面油膜密封縫隙變粘度流體流動特性及其應用研究.pdf

1、端面密封是一種軸向密封，又稱機械端面密封，簡稱機械密封，是流體機械旋轉軸密封最為主要的類型，是常用的旋轉軸密封，與壓蓋軟填料密封相比，具有泄漏量低，摩擦磨損小，使用壽命長、工作可靠、不需要日常維護等一系列優(yōu)點，因此在現(xiàn)代工業(yè)生產中得到了廣泛的應用。
　　動力卡盤屬于自動定心卡盤，配以不同的動力裝置（氣缸、油缸或電機），便可組成氣動卡盤、液壓卡盤或電動卡盤。氣缸或油缸裝在機床主軸后端，用穿在主軸孔內的拉桿或拉管，推拉主軸前端卡盤體內

2、的楔形套，由楔形套的軸向進退使3個卡爪同時徑向移動。這種卡盤動作迅速，卡爪移動量小，適于在大批量生產中使用。從目前國內對液壓動力卡盤的需求看，最高轉速超過6000rpm的液壓動力卡盤都需要從國外進口。主要原因之一是國內還不具備生產與液壓動力卡盤配套的中空旋轉油缸的技術。旋轉油缸中固定部件和旋轉部件之間的密封是限制此技術發(fā)展的瓶頸，鑒于其密封處于高界面滑速、高邊界壓差及高環(huán)境溫度的工況，普通的接觸式端面密封因高的pV值而難于勝任，因而這些

3、部位的密封，應采用非接觸型的動密封形式。
　　在西方發(fā)達國家動力卡盤占據了很大的市場，手動卡盤雖有一定市場，但需求不斷下降，動力卡盤在國外特別在歐洲已被大量采用，主要應用在加工中高精度數控機床，普通機床采用數量也不斷增加。我國在上世紀80年代中期，由于受當時生產條件限制，只能生產一種短圓柱型的具有普通轉速、精度低的鑄鐵盤體的低檔次產品。由于我國數控技術迅速發(fā)展要求將高速楔式動力卡盤和高速回轉油缸配套使用在數控機床上。液壓回轉油缸是

4、液壓動力卡盤的動力源。當前，高速液壓回轉油缸的研究和產品在國內外未見報道，針對這一全新技術，作者進行了大量地理論分析和實驗研究。
　　首先，在查閱大量國內外資料的基礎上，分析了國內外端面油膜密封、變粘度流體流動特性和液壓動力卡盤的研究與應用情況，指出了研究液壓回轉油缸的重要意義，明確了研究液壓回轉油缸的主要技術難點，在此基礎上，提出了解決液壓回轉油缸技術難點所需的關鍵技術，確定了本文的主要研究內容。
　　在考慮粘度函數為常數

5、和不為常數的兩種情況下，給出了平面端面油膜密封縫隙流體的壓力分布和摩擦轉矩的計算公式，從而可以確定端面密封的開啟力，并可以計算出功率損失。在不考慮粘度變化和考慮粘度變化兩種情況下，對影響平面端面油膜縫隙流體的泄漏特性、粘性摩擦損失進行對比分析后，采用功率損失最小原則對平面端面油膜密封的端面間隙進行了優(yōu)化，為液壓回轉油缸的結構設計及研制奠定堅實的理論基礎。
　　介紹了深槽端面密封的工作機理，給出了圓弧深槽端面油膜密封的結構形式，在不

6、考慮粘度變化和考慮粘度變化兩種情況下，對影響圓弧深槽端面油膜縫隙流體的壓力分布進行對比分析后，得到了圓弧深槽端面油膜密封縫隙流體的流體動力特性，為液壓回轉油缸的結構設計及研制奠定堅實的理論基礎。當槽的數量在6個及以上時，轉速對泄漏量的影響變得不太明顯，而且泄漏量隨轉速的增加而減小，從而符合了“上游泵送”的理論。在動力粘度η不為常數，槽的數量為6，未開槽區(qū)域油膜厚度不變，轉速在1000~10000rpm的情況下，當槽深度達到1mm的時候對

7、摩擦轉矩的影響不再明顯。
　　在不考慮粘度變化和考慮粘度變化兩種情況下，對影響圓弧淺槽端面油膜縫隙流體的壓力分布進行對比分析后，得到了圓弧淺槽端面油膜密封縫隙流體的流體動力特性，為液壓回轉油缸的結構設計及研制奠定堅實的理論基礎。當槽的數量在6個及以上時，轉速對泄漏量的影響變得不太明顯，而且泄漏量隨轉速的增加而減小，從而符合了“上游泵送”的理論。在動力粘度η不為常數，槽的數量為6，未開槽區(qū)域油膜厚度不變，轉速在1000~10000r

8、pm的情況下，當槽深度達到0.05mm的時候對摩擦轉矩的影響不再明顯。
　　仿真分析研究是現(xiàn)代各行業(yè)運用較多的研究手段，特別是數值仿真技術，它具有節(jié)約成本、節(jié)省時間等優(yōu)點而被廣泛采用。本文運用ANSYS軟件對回轉部件進行了模態(tài)分析，為液壓回轉油缸樣機的實驗奠定了基礎；運動ADINA軟件分析了平面、圓弧深槽、圓弧淺槽端面油膜密封縫隙流體的流體特性，驗證了理論分析的正確性。
　　在端面油膜密封縫隙流體流動特性理論分析的基礎上，對