一种连续回转电液伺服马达密封结构的优化方法

1.本发明涉及流体力学技术领域，具体公开了一种连续回转电液伺服马达密封结构的优化方法。


背景技术：

2.连续回转电液伺服马达组合式动密封装置的密封原理为：o形圈安装在密封的位置，受到配合工件的挤压后会被压缩并产生弹性形变，使其与转轴紧密接触，形成一次密封作用。另外，工作介质压力p也会作用在o形圈上，使其进一步压缩变形并贴紧缸壁，形成二次密封作用。这种密封形式可以随着介质压力的改变自动调节密封压力的大小，从而使装置形成自适应密封效果，可以有效的阻止马达的介质泄漏。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种连续回转电液伺服马达密封结构的优化方法，以便更好地提高连续回转电液伺服马达密封性能。
4.步骤1，通过abaqus软件分别建立刚性支撑环与聚四氟乙烯楔形接触角度分别为30
°
、35
°
、40
°
、45
°
、50
°
和55
°
时的组合密封模型。将建好的组合密封模型进行网格划分，对尖角处进行网格加密处理。
5.步骤2，将划分好的网格在abaqus软件中进行数值模拟，得到不同介质压力下不同楔形接触角度时的组合密封模型的接触处mises应力分布情况；
6.步骤3，两密封面之间油膜流体方程为：
[0007][0008]
式中：h(x)为油膜厚度分布函数，m；p为油膜压力，pa；ρ(x)为密度分布函数，kg/m3；η(x)为粘度分布函数，pa
·
s；x为油膜轴向宽度，m。
[0009]
式(1)中的ρ(x)和η(x)通过如下公式计算：
[0010]
ρ(x)＝ρ0[1 cap/(1 cbp)]
ꢀꢀ
(2)
[0011]
η(x)＝η0exp(αbp)
ꢀꢀ
(3)
[0012]
式中：ρ0为常温p＝0时介质密度；η0为常温p＝0时介质粘度；αb为粘—压系数；ca、cb为介质常数。
[0013]
αb可用如下的wooster公式求得：
[0014]
αb＝34.95
×
10-9
9.65
×
10-9
lgη0ꢀꢀ
(4)
[0015]
将式(1)移项变换得：
[0016][0017]
则：
[0018][0019]
上式中，c为常数，在x＝xm处，有则常数项为：
[0020]
c＝-6rωρ
mhm
ꢀꢀ
(7)
[0021]
式中：ρm为油液密度；hm为油膜厚度。
[0022]
则由式(6)和式(7)可得：
[0023][0024]
前文已求出油膜压力分布p，由此可计算出各节点的压力梯度dp/dx、介质密度ρ和动力粘度η。当x＝xm时，由式(2)计算出ρm。只需再求出hm便可逐点求出接触区的油膜厚度h(x)。
[0025]
基于dowson和higginson的理论，在入口区x＝xa处，有且引入中间变量q：
[0026][0027]
令h＝ρh，h
α
＝h(α)，式(1)可将式(9)化成：
[0028][0029]
整理得：
[0030][0031]
又因为：
[0032][0033]
所以有：
[0034][0035]
由式(13)，计算得到点x＝xm处hm的值，若要求出油膜厚度h(x)只需找到x＝x
α
点，该点为油膜入口区压力二阶导为零的点。入口区油膜压力可表示为：
[0036]
p
in
＝c0 c1x c2x2 c3x3ꢀꢀ
(14)
[0037]
式中：x为干接触区边界到介质油膜接触区距离；c0、c1、c2、c3为待定系数。
[0038]
根据边界条件，采用三次多项式拟合指数型函数是可用到的最高阶形式：
[0039][0040]
式中：p
in
为入口区压力，pa；b
x
为密封环x方向宽度，m；pf为介质压力，pa；l为油膜入口点到干接触区边界的距离，m。
[0041]
根据式(14)和式(15)可得4个待定系数为：
[0042][0043]
富油润滑l取值为100μm。
[0044]
由平行平板流体力学理论，可得质量流量qm为：
[0045][0046]
由粘性剪切力产生的摩擦力f为：
[0047][0048]
步骤4，通过步骤3计算出组合密封结构的泄漏量和粘性摩擦力，绘制不同介质压力下组合密封的关系曲线图；通过分析仿真结果确定密封效果最好的组合密封结构。
[0049]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0050]
本发明首先在abaqus软件中建立了刚性支撑环与聚四氟乙烯楔形接触角度分别为30
°
、35
°
、40
°
、45
°
、50
°
和55
°
时的组合密封模型，然后通过流体仿真技术对马达密封进行模拟仿真，通过分析不同介质压力下不同组合密封模型间泄漏量与摩擦力，确定最优组合密封结构，发明通过理论分析和仿真模拟相结合的方式，能够真实地模拟不同组合密封结构马达在不同介质压力下的密封情况，对连续回转电液伺服马达的研制具有十分重要的意义。
附图说明
[0051]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0052]
图1是本发明流程图。
[0053]
图2是组合密封结构示意图。
[0054]
图3是刚性支撑环与聚四氟乙烯楔形不同接触角度组合密封模型。
[0055]
图4是不同角度组合密封网格划分。
[0056]
图5是楔形接触角度为30
°
时接触区长度与接触应力。
[0057]
图6是楔形接触角度为35
°
时接触区长度与接触应力。
[0058]
图7是楔形接触角度为40
°
时接触区长度与接触应力。
[0059]
图8是楔形接触角度为45
°
时接触区长度与接触应力。
[0060]
图9是楔形接触角度为50
°
时接触区长度与接触应力。
[0061]
图10是楔形接触角度为55
°
时接触区长度与接触应力。
[0062]
图11是不同介质压力下组合密封泄漏量。
[0063]
图12是不同介质压力下组合密封粘性摩擦力。
具体实施方式
[0064]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0065]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，以便更好地理解本发明。具体步骤如下：
[0066]
步骤1：通过abaqus软件分别建立刚性支撑环与聚四氟乙烯楔形接触角度分别为30
°
、35
°
、40
°
、45
°
、50
°
和55
°
时的组合密封模型。图3为创建好的组合密封模型，然后将建好的组合密封模型进行网格划分，对尖角处进行网格加密处理，如图4所示；
[0067]
步骤2：将划分好的网格在abaqus软件中进行数值模拟，得到不同介质压力下不同楔形接触角度时的组合密封模型的接触处mises应力分布情况如图5-10所示；
[0068]
步骤3：通过公式17，公式18计算组合密封泄漏量和粘性摩擦力；
[0069]
步骤4：通过步骤三计算出组合密封结构的泄漏量和粘性摩擦力，绘制不同介质压力下组合密封的关系曲线图；通过分析仿真结果确定密封效果最好的组合密封结构。
[0070]
对图5进行分析可得：该组合密封结构在不同楔形角度下的泄漏量随着介质压力的增加而减小，这是因为随着介质压力增加，组合密封表面与转轴间的接触应力增大，导致间隙泄漏量减小。其中刚性支撑环为45
°
时泄漏量最小，从图6中可以看到随介质压力增加，组合密封表面间粘性摩擦力不断增大，其中刚性支撑环为45
°
时，组合密封间粘性摩擦力最小，综合组合密封表面泄漏量与摩擦力大小可得刚性支撑环为45
°
时组合式密封效果最优。
[0071]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0072]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨
论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0073]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0074]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0075]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0076]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0077]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。