斯特林机活塞环性能分析及其结构参数优化

来源：振动与冲击杂志2025年第12期北京时间：

作者：杨东亚yangdy@lut,，闪文帅，李金龙,，牛钦楦,，高贵

单位：1.兰州理工大学机电工程学院，兰州730050；2.兰州理工大学温州泵阀工程研究院，浙江温州325000；3.中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，兰州730000

摘要：为改善斯特林机活塞环密封性能,首先利用数值仿真分析了活塞环在压差作用下的力学特性，获取了装配过盈量δ、浮动环轴向厚度σ、浮动环外径D和皮碗唇缘深度L这4个结构参数对活塞环密封性能的影响规律。在此基础上，利用响应面法以活塞环-缸套接触面接触压力趋近以实验结果所设的望目值为优化目标，对活塞环的上述4个结构参数进行优化以确定其最佳组合方案。结果表明：浮动环与缸套密封界面最大接触压力随δ的增加而增加，随σ的增加呈先增后减，随D的增加呈先减后增，随L增加呈先平稳波动后增加。通过估计回归系数和方差分析发现，结构参数影响力有差异，σ对最大接触压力影响最显著，其次是L和D，δ最小。此外，σ与L的交互项对响应的影响显著。当δ为0.03 mm、σ为1.05 mm、D为55.6 mm、L为0.95 mm时，活塞环Ⅰ密封面上的最大接触压力由12.124 MPa降至10.717 MPa，活塞环Ⅱ上由4.027 MPa升至4.3287 MPa。利用THT07-135高温摩擦磨损实验机验证表明，优化后摩擦面温升下降、摩擦系数上升且磨损率显著降低、优化设计科学有效。这种反求引导式优化设计方法可为高性能密封件的研制提供有效方案。<br>

关键词：斯特林机；活塞环密封；接触压力；参数优化；响应面法