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航空密封用波形弹簧力学性能理论研究及有限元分析张家远,等
航空密封用波形弹簧力学性能理论研究及有限元分析
张家远,胡国良,吕成龙,庄成乾,黄伟峰
(1.中国航空工业集团公司北京长坡计量测试技术研究所北京,100095)
(2.清华大学机械工程系北京,1000
摘要;波形弾簧作为航空密封组件中的一个重要零件,其カ学性能对密封组件性能影响很大。在实际制造和使用
过程中存在设计特性与实际特性相差较大、缺少有效可靠理论指导等问题。本文对航空密封组件中作为精密惮性元件
的波形弹簧カ学性能进行了研究,包括理论计算、有限元分析等内容,改进了波形弾簧轴向受力及变形计算方法,进行
实际测试和试验验迁,有效提高了波形弹簧的设计计算精度。
关键词:航空密封;波形弾簧;力学性能;有限元分析
中图分类号:TH135
文献标识码:A
)Ol编码:10.14016/j.cnki.1001-9227.2017.05.048
Abstract: As an important part of the aviation sealing, mechanical properties of the wave spring have a great influence on
properties of the aviation sealing. In the actual manufacture and use of the process exist such problems, design characterislics and
product characteristics of actual measurement is different, lack of effeetive and reliable theoretical guidance. In this paper
mechanical properties of the wave spring as a precision elasti element in the aviation sealing are studied, including the theoretical
caleulation, finite element analysis. The paper improved the wave spring axial deformation calculation method under axial force
and obtained the actual test and the test verification, finally effectively improved the precision of the wave spring design and calcu-
Key words: aviation sealing wave spring; mechanical properties; FEA
弹簧相比较可节省约50%的安装空间;受力均衡易于消
除传动过程中的轴向跳动,能减小振动有效降低噪音。正
在军用和民用航空发动机对先进密封技术的紧迫需是由于波形弹簧具有在允许变形范围内弹性系数大而且
求下,自20世纪80年代,以关国为首的航空强国,投人大更稳定、结构更紧湊等优点而在航空密封组件中得以逐步
量的精力来研发密封技术。下一代航空发动机为了获待取代普通圆柱弹簧而广泛使用。国内外的研究人员-2
更高的性能,将采用更高的循环参数,在这种需求下,国外对波形弹簧做了不少的研究工作,研究成果一定范围内满
防控强国已经研发了多种先进的密封技术。航空密封足实际工程应用,但也存在理论不完整、不系统、与实际偏
技术和产主要应用于飞机和发动机附件传动系统、发动差较大等间题,不满足航空等精度要求更高的行业应用需
机主气流通道和二次气流通道以及主轴支点轴承滑油系求,因此,对波形弹簧设计、工艺及测试技术开展研究是一
统、直升机传动系统等,常用于空气、燃油和滑油等流体介项有重要意义和价值的工作。
质密封。密封组件通常具备一对相对滑动的密封面,称为
作者所在单位中国航空工业集团公司北京长城计量
主密封副,主密封副受到被密封介质的压力作用,介质压测试技术研究所同时作为国防科技工业第一计量测试研
力使得主密封副分离,为了保持主密封副的贴合,需要通
究中心,承担了多个国家重点型号航空发动机密封技术研
过弹性元件等补偿零件提供补偿力。通常作为补偿零件
究及产品研制任务,涉及不同材料、型式、性能要求的波形
提供补偿力的弹性元件是各种类型的弹簧,例如圆柱弹弹簧的设计、制造和测试问题,在研制过程中开展了大量
簧、蝶形弹簧、波形弹簧等2。
的实践,积累一些经验。本论文研究的问题,提出的方法
波形弹簧的型面呈波浪状,一般在圆周方向上均匀分
来源于上述研制过程,并得到了实际验诎
布若干个正弦波形,通常选用板材借助模具在冲床等设备
上冲压或选用带材在专用设备上卷绕成型。在密封组
结构及性能参数
件中,处于压缩工作状态的波形弹貧因轴向压缩而产生轴
航空密封组件一般应用于中低压力工作条件,要求弹
向力。波形弹簧具有轴向装配形式紧凑的特点,适用于相
对简单和紧凑的密封形式,在同等的负荷条件下与圆な性元件币量轻、尺寸小,尤其是轴向尺寸小有利于密封件
整体的结构更紧湊,因而较多选用单层波形弾簧。由于航
收稿日期:2016-11-27
空密封组件通常是一个轴向旋转和对称的结构件,?此
作者简介:张家远(1965-),男,四川人,硕上研究生,高数工程
师,主要研究方向为长度专业计量技术与航空石墨密封技其中使用的波形弹簧在圆周⊥周期性均匀分布多个波峰
研究
和波谷。图1所示为三正弦波波形弹簧的三维结构及主
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万方数据