车辆传动装置高PV值旋转密封件性能评价及设计优化

摘要

旋转密封件是湿式离合器配油装置上的重要部件，在车辆传动系统中有着广泛地应用。随着动力技术向着高负荷、高转速方向发展，对旋转密封提出了更高的要求。实际工作过程中，往往会因为旋转密封件失效而导致传动系统发生故障，影响车辆正常行驶。因此，在高PV（P代表流体压力，V代表端面滑移速度）值下，如何保证旋转密封件不失效成为车辆传动装置设计开发过程中的重要课题。本文通过理论分析、仿真模拟和试验等方法，针对某重型车辆传动装置上旋转密封件进行了尺寸优化与匹配设计，提升了旋转密封系统的性能指标。
　　依据流体力学，建立了旋转密封系统间隙流场的数学模型，并进行了理论分析，推导出间隙流场的压差流流量、离心力引起的流量与压降、以及摩擦功率损失的计算公式。根据进油衬套内圆柱面和旋转轴外圆柱面间流场、密封环侧面与旋转轴槽侧面之间流场、密封环内圆周面和旋转轴槽外圆柱面间流场的进出口压差以及摩擦功率损失，提出复合材料密封环与封严系统的匹配设计方案和设计标准，并通过正交试验选取了密封环与轴槽的最优匹配结果，形成每种尺寸序列密封环与其封严系统的选用规范。
　　通过对密封环的受力分析，结合密封设计准则，得到密封环轴向宽度b与径向厚度h的比值的优化范围，提出b/h>1的设计形式。对密封环切口自由间隙进行了理论计算与分析，确定了密封环切口自由间隙的下限与上限，并考虑了温升对切口自由间隙的影响，综合考察了切口自由间隙随密封环轴向宽度b和径向厚度h的变化关系。
　　建立了旋转密封系统的流体域计算模型，通过CFX数值模拟的方法，得到旋转密封系统内流场的流线图、流速矢量图和密封系统的泄漏量数据。对优化前后的密封模型的泄漏量数据进行对比分析，验证了优化的正确性与有效性。有针对性地考察了旋转密封系统的进口油压（0~3.5MPa）、油液温度（40℃、100℃）以及旋转轴转速（0~5000 rpm）等因素对密封系统内流体流动状态和系统泄漏量的影响规律。
　　设计并搭建了旋转动密封综合性能试验台，通过试验完成了旋转密封系统静态与动态的泄漏量测量，并获取了不同进口油压、油液温度、以及旋转轴转速下密封系统泄漏量的规律曲线。对比优化前后旋转密封系统的泄漏量的试验结果，充分验证了旋转密封件设计优化的合理性与正确性。通过试验数据与仿真数据对比，验证了仿真模型的可靠性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 密封系统相关概述

1.3 国内外旋转密封技术研究现状

1.4 本论文的主要研究内容

第二章 旋转密封系统间隙流场的数学建模

2.1 旋转密封系统几何建模与相关假设说明

2.2 密封系统各段流场的数学建模

2.4 本章小结

第三章 旋转密封系统的尺寸优化与匹配设计

3.1 密封环轴向宽度b与径向厚度h比值的确定

3.2 密封环切口自由间隙的理论分析

3.3 密封环轴槽间隙的尺寸约束

3.4 密封系统尺寸设计的正交试验分析

3.5 本章小结

第四章 旋转密封系统泄漏量的数值模拟

4.1 CFD数值模拟的分析流程

4.2 旋转密封系统流体计算域模型的建立

4.3 流体计算域前处理

4.4 计算结果分析

4.5 本章小结

第五章 旋转密封系统泄漏量的试验研究

5.1 旋转动密封综合性能试验台

5.2 密封泄漏量试验

5.3 试验结果与分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文