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随着技术不断的进步与发展,机械密封早已在各种流体机械设备中得到广泛的应用,并且在机泵用轴封中占有举足轻重的地位。机械密封件是机械设备中众多的基础零件之一,但是却关系着机械设备一系列的重要性能;机械密封件也是一个易损件,因此一直是国内外学者研究的重要课题。机械密封的研究由于涉及诸多方面的理论知识,例如摩擦力学,流体力学,传热学和结构力学等等,比较复杂,因此国内外学者对机器密封件的研究还并不深入,目前对密封件的研究的最有效的方法是利用大量的资料和经验,超越现实的研究是没有必要的。
本文对波形弹簧式汽车水泵机械密封件建立模型,结合了国内外学者对机械密封的理论研究,分析此波形弹簧式机械密封的性能,借助计算机软件的迅速发展,从流体力学的角度,利用CFD流体软件对机械密封运转过程中密封端面的液膜进行了三维数值模拟以研究其密封端面的内部流场,首先用PRO/E建立了液膜的三维模型,用Fluent自带的软件Gambit对液膜的三维模型进行了网格划分,再导入Fluent中进行一系列参数的确定,通过数值仿真机械密封件运转时候液膜的静压分布、动压分布、速度分布等,分析密封件运转过程中内部流场,研究密封的结构对流场的影响;由于密封件的轴对称性,从结构力学的角度上通过有限元ANSYS软件对密封副温度场和应力场的进行了二维模拟,选用Plane55单元模拟温度场,划分网格后得到密封副的有限元模型,通过计算得到具体的换热系数和热流密度载荷分配等参数,在对密封副的温度场进行模拟后得出温度场的等温线和温度分布图等数据;在应力场的模拟上换用Plane182单元,进行数值模拟后对得到的密封副的应力场的位移图和应力分布图等数据进行整理和分析。
结合数值模拟的结果和数据分析并得出结论,提出了对该密封的材料和造型方面上的建议,使波形弹簧式密封件具有更良好的性能。提高波形弹簧式密封的质量,延长波形弹簧式密封的寿命,对以后的机械密封设计有一定的参考价值。