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斯特林发动机Leningrader密封件材料及密封性能研究

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题的意义及背景

1.1.1 能源现状及太阳能的利用

1.1.2 斯特林发动机滑动密封(Leningrader密封)和材料简介

1.2 课题来源及研究内容

1.2.1 课题来源

1.2.2 技术指标

1.2.3 研究内容

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内研究现状

1.3.2 国外研究现状

本章小结

第2章 斯特林发动机密封装置及密封件材料

2.1 斯特林发动机密封装置

2.1.1 斯特林发动机滑动密封装置

2.1.2 滑动密封Leningrader密封(主密封)装置

2.2 斯特林发动机密封材料的选取

2.2.1 PTFE的结构和性能特点

2.2.2 PTFE材料的改性研究

2.3 PTFE填充材料研究

2.4 斯特林发动机密封材料的选取

本章小结

第3章 斯特林发动机密封件材料的成型工艺分析

3.1 密封件材料冷压成型工艺

3.1.1 材料的压制压力

3.1.2 材料的压制时间

3.1.3 材料的加压速率

3.2 密封件材料烧结固化工艺

3.2.1 材料的升温速率

3.2.2 材料的烧结温度

3.2.3 材料的保温时间

3.2.4 材料的冷却速率

3.3 斯特林发动机密封材料烧结工艺的确定

本章小结

第4章 不同填料对密封材料的摩擦磨损和力学性能

4.1 实验部分

4.1.1 试样制备

4.1.2 实验方法

4.2 结果与分析

4.2.1 复合材料的摩擦系数

4.2.2 复合材料的磨损量

4.2.3 复合材料的压缩模量

4.2.4 复合材料的压缩强度

4.3 计算方法

本章小结

第5章 斯特林发动机Leningrader密封性能分析

5.1 流体润滑模型分析

5.1.1 弹性体的流体动压(力)润滑模型

5.2 弹流润滑模型建立及计算

5.3 斯特林发动机Leningrader密封部件的力学分析

5.4 斯特发动机滑动密封速度方程

5.5 斯特林发动机润滑分析

5.5.1 平均雷诺方程

5.5.2 油膜厚度模型

5.5.3 弹性变形方程

5.5.4 径向载荷平衡方程

5.5.5 微凸体接触模型

5.5.6 润滑油粘度—压力模型

5.5.7 边界条件

5.6 最小油膜厚度的计算

5.6.1 Herrebrugh和Martin最小油膜厚度

5.6.2 Dowson和l格鲁宾(Γpyбии)最小油膜厚度公式

5.6.3 修正统一的油膜厚度计算公式

5.6.4 流体动压润滑状态分析

本章小结

第6章 斯特林发动机密封件密封寿命预测

6.1 斯特林发动机活塞杆的寿命预测

6.1.1 寿命预测理论基础和磨损方程的建立

6.1.2 PTFE复合材料寿命预测方程的建立

6.1.3 PTFE复合材料使用寿命预测

6.1.4 PTFE复合材料使用寿命计算

本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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摘要

斯特林发动机是一种利用太阳能热的活塞式发动机,通过加热工质气体推动活塞杆运动进行工作,具有对能源的广泛适用性和优异的环境特性等特点,因此得到了广泛的应用和发展。然而,斯特林发动机的密封性能和密封件的使用寿命一直制约着其发展。针对目前斯特林发动机的密封性能低和密封件的使用寿命短等问题,本文主要对Leningrader密封装置的密封性能和密封件的使用寿命进行了研究。通过弹流润滑等相关理论对密封性能进行了理论分析;通过摩擦磨损性能和力学性能试验对密封件的使用寿命进行了分析和研究。具体研究内容如下:
  1.根据聚四氟乙烯在不同温度时状态不同的特点,确定了斯特林发动机密封材料的成型工艺。主要分析了烧结固化工艺过程中的升温、保温和冷却三个阶段的升、降温速率、烧结时间以及烧结温度,确定了合适的聚四氟乙烯复合材料的成型工艺,进一步优化了复合材料的抗磨性能和力学性能。
  2.在确定了斯特林发动机密封件密封材料和成型工艺的基础上,对MoS2/POB/PTFE、PI/POB/PTFE以及AF/POB/PTFE三种复合材料的力学性能及摩擦磨损性能进行实验研究,实验结果表明:PI和AF分别与POB协助润滑与减磨效应降低了POB/PTFE复合材料的摩擦系数与磨损量,并提高了复合材料的压缩模量和压缩强度,相比于MoS2/POB/PTFE复合材料,PI/POB/PTFE以及AF/POB/PTFE的力学性能、摩擦稳定性、耐磨性更好,进一步改善了POB/PTFE复合材料的综合性能。
  3.通过弹性润滑理论对Leningrader密封性能进行分析,得出了Leningrader密封的最小油膜厚度,并根据最小油膜厚度确定了斯特林发动机的Leningrader密封润滑状态;通过寿命预测理论预测了MoS2/POB/PTFE、PI/POB/PTFE以及AF/POB/PTFE等三种复合材料的寿命,从而确定了斯特林发动机密封件的使用寿命。

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