机械密封用波形弹簧承载特性分析,该文是机械密封类本科论文怎么写和机械密封和承载和波形有关函授毕业论文范文.
机械密封论文参考文献：
胡国良 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
【摘 要】 本文深入分析了波型弹簧的高度方向正弦变化与周向曲率的结构特点,通过虚功原理与莫尔定理的方法建立波形弹簧承载特性理论计算模型,得出载荷 - 变形关系曲线,建立有限元模型,对比两者的计算结果.分析了接触区摩擦系数和波形弹簧系数与承载能力之间的关系,进而使波形弹簧提高承载力水平的有关方法.
【关键词】 承载特性 波形弹簧 理论模型
一、波形弹簧的类型与结构
从结构的角度来看,波形弹簧包括组合型与单片型两种类型；从加工方法的角度来看,波形弹簧包括绕制型和冲压型两种类型.
1.1 单片型
单片弹簧指的是仅有一圈或一层的波形弹簧.
冲压弹簧在制作工艺上相对简单,然而其冲压切口垂直于金属纤维方向,金属材料纤维被切断,一定程度上影响了簧片质量.
1.2 组合型
单片绕型弹簧在承载与变形能力方面的局限性比较大,为了进一步强化波形弹簧的弹簧特性和承载力,需要将多个单片簧组合起来,形成如图 2 所示的波型弹簧.
根据不同的组合方式,组合波形弹簧可以划分为串联型和并联型两种不同的形式.
1.3 并联组合波形弹簧
在将多个波形弹簧组合在一起时,波谷与波谷相对,波峰与波峰相对的平等叠合即并联组合.从加工方式的角度来看,并联组合包含绕制式与冲压式两种.
圈数在一圈以上的弹簧即绕制式波形弹簧.另外,以平等叠合状绕制而成的弹簧即绕制式并联组合波形弹簧.该类型的波形弹簧不会对金属微观纤维造成损伤,其应力分布与承载能力明显优于冲压组合簧,但制造工艺却十分复杂.其圈数通常也在 6 圈以内,同样是出来精度方面的考虑.在需要调节弹簧刚度时,可以截取一定圈数.
二、波形弹簧理论模型
在受载变形过程中,波形弹簧底座与上下表面的接触区会出现滑动,在径向约束力 F c 和摩擦力 F f 的作用下,会一定程度上提高其承载力水平.因此,本次研究将承载 P A 划分为两个部分：（1）将变形压缩时波形弹簧所产生的反作用力记为 P z ；（2）波形弹簧的径向移动会受到接触区径向力Fr的作用而产生阻碍, 并形成一定的附加承载力P r . 因此,波形弹簧理论模型可以被划分为以下两个部分,其一是单纯求解 P z ,忽略径向力；其二是结合径向力解出 P r .将二者的计算结果结合起来生成理论计算模型.
根据图 1-2 可知,将单个区域内作用于弹簧的径向摩擦力记为 F f ,将径向力记为 F r ,将对径向移动造成的限制的其他作用力记为 F c ,则有 F r 等于F c +F f .
在弹簧处于稳定状态并完成加载后,结合虚功定理,高弹簧沿 Z 方向并在载荷 P A 作用下压缩了 δ z ,将接触区在变形所作下所产生的移动记为 δ R ,则有如下公式：
三、模型验证
令 F r 等于0,将有限元计算结果与本文模式进行对比,对比结果如图 3 所示,发现压缩量与理论计算模型和有限元计算模型之间呈线性关系,与弹簧受力变形特点相符合,另外引入Grudee模型计算结果, 发现该模型计算结果严重偏离实际.
结论：本次研究所提出的理论模型基本吻合有限元模型计算结果,理论模型有充分的正确性；经计算得出载荷曲线,同时也提出了与承载能力有效的各项因素.以上研究结果对于波形弹簧的设计有一定的借鉴意义.
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