[发明专利]基于有限元磨损退化分析的橡塑轴封寿命预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于有限元磨损退化分析的橡塑轴封寿命预测方法及系统。所述方法采用有限元的方法进行磨损退化的物理建模，得到所述橡塑轴封密封唇口的二维模型，并根据所述二维模型及橡塑轴封密封唇口的三维形貌仿真得到瞬态性能参数，将摩擦扭矩及泵汲率作为橡塑轴封失效判断条件，当摩擦扭矩或泵汲率达到失效阈值时停止仿真迭代，根据仿真时间步长及当前仿真次数计算得到橡塑轴封的理论寿命，提高了橡塑轴封寿命预测的准确度性；并且本发明方法无需进行加速寿命试验，节省了大量人力物力资源，降低了橡塑轴封寿命预测成本。

技术领域

本发明涉及橡塑轴封技术领域，特别是涉及一种基于有限元磨损退化分析的橡塑轴封寿命预测方法及系统。

背景技术

橡塑轴封又被称为油封，主要由金属骨架、紧固弹簧和密封唇口三部分组成，作为一种常见的动密封件，广泛应用于齿轮泵及燃油泵等部件中。其主要特点为结构简单、价格低廉和寿命持久。橡塑轴封在工作条件下，失效形式包含：材料老化硬化、弹簧失效和唇口摩擦磨损，其中最主要的失效机理为密封唇口的摩擦磨损退化。橡塑轴封的失效直接导致油液的大量泄漏，不但会产生工作腔内环境的污染，更严重的会导致爆炸的发生，危害到人机安全，因此对其进行寿命预测十分重要。橡塑轴封的使用寿命通常在1000小时左右，对于橡塑轴封产品的寿命估计方法，通常采用先抽样，再进行加速寿命试验获得，得到的数据准确度并不高，同时由于橡塑轴封价格低廉的特点，对其进行加速寿命试验将耗费极大的人力物力资源。因此对其进行理论层面上的寿命预测十分有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于有限元磨损退化分析的橡塑轴封寿命预测方法及系统，以解决现有橡塑轴封寿命预测方法准确度低、耗费成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于有限元磨损退化分析的橡塑轴封寿命预测方法，所述方法包括：

获取实际测量得到的橡塑轴封密封唇口的二维轮廓曲线；所述二维轮廓曲线的横坐标为橡塑轴封轴向取样长度，纵坐标为密封唇口表面的轮廓高度；

根据所述二维轮廓曲线确定所述橡塑轴封密封唇口的三维形貌轮廓高度；

获取生产厂家给定的所述橡塑轴封密封唇口的三维模型；

将所述三维模型转换为所述橡塑轴封密封唇口的二维模型；

根据所述二维模型确定所述橡塑轴封密封唇口的弹性形变量；

根据所述三维形貌轮廓高度及所述弹性形变量确定油膜厚度；

将所述油膜厚度带入简化的雷诺方程中进行第一次的迭代计算，直至油膜压力收敛后得到迭代后的油膜厚度；

获取全局热平衡方程及当前泵汲率；

根据所述全局热平衡方程及所述当前泵汲率确定油膜粘度；

将所述油膜粘度带入所述简化的雷诺方程中进行第二次的迭代计算，直至温度收敛后得到迭代后的油膜粘度及迭代后的油膜压力；

根据所述迭代后的油膜厚度、所述迭代后的油膜粘度及所述迭代后的油膜压力确定当前摩擦扭矩、当前泵汲率和当前磨损率；

判断所述当前摩擦扭矩是否大于摩擦扭矩失效阈值且所述当前泵汲率大于泵汲率失效阈值，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为所述当前摩擦扭矩大于摩擦扭矩失效阈值且所述当前泵汲率大于泵汲率失效阈值，则根据给定的仿真时间步长后和所述当前磨损率确定当前磨损量，并根据所述当前磨损量修改所述二维模型，返回所述根据所述二维模型确定所述橡塑轴封密封唇口的弹性形变量的步骤；

若所述第一判断结果为所述当前摩擦扭矩小于等于摩擦扭矩失效阈值或所述当前泵汲率小于等于泵汲率失效阈值，则根据所述仿真时间步长及当前仿真次数确定所述橡塑轴封密封唇口的寿命。