斯特林发动机活塞杆帽式密封预紧力和寿命问题的研究

摘要

斯特林发动机是以高压氢气或氦气为工质的活塞式发动机，它是以封闭式回热循环的方式进行工作，因此活塞杆密封的性能直接决定了斯特林发动机工作的可靠性，而密封件的性能和工作寿命又是密封问题的关键所在，如何在保证密封性能的前提下，找到密封件和活塞杆配合的最佳安装参数和预紧力是提高斯特林发动机活塞杆密封寿命的关键问题所在。
　　本文以斯特林发动机帽式密封为主要研究对象，分别通过有限元分析、理论计算以及实验的方法得出密封圈和活塞杆之间接触应力的分布、大小等情况，并研究了不同预紧力对密封件寿命的影响。
　　首先，利用有限元软件 ANSYS分析了在不同密封圈过盈量和O型圈压缩量的情况下，帽式密封工作的应力分布情况和最大接触应力存在的位置，得到最适合安装参数；其次，根据理论公式计算出了接触应力的大小，然后设计实验，通过薄膜压力传感器实际测量不同情况下的预紧力，并将实验结果与理论分析和计算结果相互验证；最后，在摩擦实验台上测试在不同预紧力下帽式密封件的密封能力，分析不同预紧力对帽式密封密封性能和寿命的影响。通过理论和实验综合选择出帽式密封的最佳安装参数和预紧力，为斯特林密封研究的其他相关问题，如热力学问题，密封结构优化等问题提供参考。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 研究的目的与意义

1.3 关于活塞杆密封的研究现状

1.4 课题来源及主要研究内容

1.5 本章小结

第2章 斯特林发动机活塞杆帽式密封安装参数制定

2.1 斯特林发动机活塞杆密封结构介绍

2.2 帽式密封件的结构形式和密封原理

2.3 帽式密封预紧力形成分析

2.4 安装参数的选择

2.5 本章小结

第3章 不同安装参数下帽式密封有限元分析

3.1 有限元模型参数的确定

3.2 模型的建立

3.3 有限元数值模拟

3.4 本章小结

第4章 活塞杆帽式密封预紧力理论计算和实验测量

4.1 接触应力理论计算

4.2 预紧力测量实验

4.3 本章小结

第5章 不同预紧力下帽式密封密封性能试验分析

5.1 斯特林发动机活塞杆密封试验台设计

5.2 斯特林发动机活塞杆试验台简介与工作原理

5.3 帽式密封装置的密封性能测试

5.4 不同预紧力下帽式密封件密封实验分析

5.4 本章小结

结论与展望

1. 结论

2. 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士研究生期间发表的论文