基于有限元分析软件Abaqus建立旋转唇密封模型,计算得到其静态接触压力和径向变形影响系数矩阵,然后通过油封数值计算模型计算得到其泵吸率;在工况一定的情况下,分析理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚结构参数对密封性能的影响,并应用田口实验法进行正交试验设计,以信噪比作为衡量泵吸率稳定性的指标,得到影响密封可靠性的最佳参数组合;应用响应曲面分析,得到油封的极限状态方程,并通过蒙特卡洛法计算基于结构参数的油封可靠度。结果表明:各结构参数对泵吸率的影响排序依次是理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚;所研究油封的密封可靠度为0.999 87。

将全局网络重构的有限元方法与润滑条件下的数值计算模型相结合,分析油封在润滑条件下的磨损过程中,唇口轮廓、接触压力、最大接触压力、泵吸率和摩擦扭矩等密封性能参数的变化趋势。模拟结果表明:油封磨损可以分为2个阶段,第一阶段为初期磨损阶段,该阶段唇口的磨损速率较大,最大接触压力也呈现较大的下降趋势;第二阶段为稳定磨损阶段,该阶段磨损速率较小,磨损量也较小,最大接触压力变化趋势趋于平缓;唇口轮廓的磨损程度随着磨损时间的增加而逐渐趋于平缓,并且空气侧的磨损程度比油侧更为严重;泵吸率呈现出先下降后上升的变化趋势,说明磨损会导致的唇尖材料损失,会引起油封密封性能的不稳定;摩擦扭矩由于受磨损导致的径向力和润滑油剪切作用相互变化的叠加影响,呈现上升的趋势。