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1、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11112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城计量测试技术研究所北京,100095)(2.清华大学机械工程系北京,100062)摘要:波形弹簧作为航空密封组件中的一个重要零件,其力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弹性元件的波形弹簧力学性能进行了研究,包括理论计算、有限元分析等内容,改进了波形弹簧轴
2、向受力及变形计算方法,进行了实际测试和试验验证,有效提高了波形弹簧的设计计算精度。关键词:航空密封;波形弹簧;力学性能;有限元分析中图分类号:TH135文献标识码:ADOI编码:10．14016/j.cnki．1001-9227．2017．05．048Abstract:Asanimportantpartoftheaviationsealing,mechanicalpropertiesofthewavespringhaveagreatinfluenceonpropertiesoftheaviationsealing.Intheactualm
3、anufactureanduseoftheprocessexistsuchproblems,designcharacteristicsandproductcharacteristicsofactualmeasurementisdifferent,lackofeffectiveandreliabletheoreticalguidance.Inthispaper,mechanicalpropertiesofthewavespringasaprecisionelasticelementintheaviationsealingarestudied
4、,includingthetheoreticalcalculation,finiteelementanalysis.Thepaperimprovedthewavespringaxialdeformationcalculationmethodunderaxialforce,andobtainedtheactualtestandthetestverification,finallyeffectivelyimprovedtheprecisionofthewavespringdesignandcalcu-lation.Keywords:aviat
5、ionsealing;wavespring;mechanicalproperties;FEA弹簧相比较可节省约50%的安装空间;受力均衡易于消0引言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,以美国为首的航空强国,投入大更稳定、结构更紧凑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得[5-12]取代普通圆柱弹簧而广泛使用。国内外的研究人员更高的性能,将采用更高的循环参数,在这种需求下
6、,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[1]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、与实际偏技术和产品主要应用于飞机和发动机附件传动系统、发动差较大等问题,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
7、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[2]簧、蝶形弹簧、波形弹簧等。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
8、验证。布若干个正弦波形,通常选用板材借助模具在冲床等设备[3]上冲压或选用带材在专用设备上卷绕成型。在密封组1结构及性能参数件中,处于压缩工作状态的波形弹簧因轴向压缩而产生轴航空密封组件一般应
