基于流量因子统计学方法建立油封唇口的混合流体润滑模型,耦合油封的能量守恒方程及黏温方程,通过迭代求解获得油封唇口的温度分布、不同转速下油封唇口的最高温度及温差变化情况;对比分析考虑和不考虑温差情况下油封各项密封性能。结果表明随着转速的增大,唇口最高温度线性递增,而唇口温差先增大后减小;油封工作时,唇口区域的温度先迅速升高后下降,越靠近唇尖的位置温度越高;与不考虑温度的情况比较,考虑温度变化的影响时密封区域的油膜厚度减小,油膜承载力下降,不利于密封。

利用有限元分析软件模拟分析双唇油封主唇区域的静态接触压力分布,并与单唇油封的静态接触压力进行比较;同时分析双唇油封安装后副唇的位移和变形。结果表明油封的腰部结构不同导致双唇油封主唇区域密封效果低于单唇油封;副唇的位移和变形导致在实际运行中副唇与旋转轴存在空隙,影响防尘效果。为改善双唇油封的性能,提出采用渐进式腰部结构代替原弓形腰部结构和采用较长的防尘唇的双唇型油封结构优化方案。结果表明采用渐进式腰部结构的双唇油封的主唇口接触压力曲线更接近单唇油封,密封效果优于普通双唇油封;采用较长的防尘唇,且安装时使防尘唇与旋转轴之间具有一定的过盈量,可以使防尘唇在油封装配变形后仍保持与旋转轴接触,减少了防尘唇唇尖与旋转轴之间的空隙,能够有效地提升防尘效果。

基于旋转轴密封的泵送机理,综合考虑密封唇表面三角形纹理方向的影响,建立了油封密封区域的数值计算模型,模型耦合了关于温度求解的能量守恒方程.通过迭代求解数值方程,得到唇表面三角形纹理不同方向(以三角形的重心为旋转中心,分别向右旋转0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°,315°)时油封的泵汲率、油膜厚度、摩擦扭矩、唇口密封压力、唇口平均温度、唇口最高温度等密封性能参数,结果表明:所研究的三角形纹理的8个方向,泵汲率随方向的变化最显著,变化差值为0.7836 mL/h,而其余密封性能参数变化值相比较小,表面纹理设计时应优先考虑三角形纹理方向对泵汲率的影响;综合考虑各项密封性能参数,三角形纹理方向为135°时油封的泵汲率、摩擦扭矩、唇口平均温度、唇口最高温度均较优,在8组不同纹理方向油封中密封性能最优.