高压气体密封橡胶O形圈往复摩擦特性实验

采用往复摩擦实验研究高压气体密封条件下橡胶O形圈的摩擦性能,分析密封压力大于3 MPa条件下密封压力、压缩率和橡胶材料对O形圈往复运动摩擦性能的影响规律。结果表明：高压条件下O形圈所呈现的摩擦力-位移时变曲线特征与低压条件相同,且黏滞特性明显。高压条件下随着密封压力的增加,丁腈橡胶O形圈最大摩擦力和滑动摩擦力呈线性增长,与低压下最大摩擦力存在极大值和滑动摩擦力趋于稳定不同;高压条件下丁腈橡胶O形圈的最大摩擦力与压缩率呈非线性关系,最大摩擦力存在极大值,与低压下最大摩擦力随压缩率的增大而增大不同;与丁腈橡胶材料不同,三元乙丙橡胶、硅橡胶和氟橡胶的摩擦力随密封压力的增加而逐步增加并趋于平稳,且摩擦力小于丁腈橡胶。     

高压气体密封橡胶O形圈往复摩擦特性实验研究

采用往复摩擦实验研究高压气体密封条件下橡胶O形圈的摩擦性能,分析密封压力大于3 MPa条件下密封压力、压缩率和橡胶材料对O形圈往复运动摩擦性能的影响规律。结果表明:高压条件下O形圈所呈现的摩擦力-位移时变曲线特征与低压条件相同,且黏滞特性明显。高压条件下随着密封压力的增加,丁腈橡胶O形圈最大摩擦力和滑动摩擦力呈线性增长,与低压下最大摩擦力存在极大值和滑动摩擦力趋于稳定不同;高压条件下丁腈橡胶O形圈的最大摩擦力与压缩率呈非线性关系,最大摩擦力存在极大值,与低压下最大摩擦力随压缩率的增大而增大不同;与丁腈橡胶材料不同,三元乙丙橡胶、硅橡胶和氟橡胶的摩擦力随密封压力的增加而逐步增加并趋于平稳,且摩擦力小于丁腈橡胶。     

丁腈橡胶O形圈的静密封及微动密封特性

利用有限元软件Abaqus建立丁腈橡胶O形圈的轴对称有限元分析模型,分析丁腈橡胶O形圈作为静密封和微动密封时的性能参数.研究表明,O形圈作为静密封时,当流体压力达到6 MPa以上时,必须使用挡圈来避免装配间隙倒角处的剪切失效并提高O形圈的工作压力;在微动密封内外行程中,O形圈的Von Mises应力分布存在较大差异,极值位置变化趋势相反,并且内外行程分别存在一随流体压力增加而增加的固定临界黏滑位移,微动位移小于该值时,O形圈处于黏滑状态,微动位移大于该值时,O形圈发生完全滑动;压缩率增加时,O形圈往复运动过程中受到的滑动摩擦力会急剧增加,在保证密封性的基础上,压缩率取值不宜过大.     

O形圈动密封特性的有限元分析

利用软件ABAQUS建立了O形圈的轴对称有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对其不同工况下的力学性能进行了研究。结果表明:往复动密封中,O形圈主密封面最大接触应力与Von Mises应力的作用位置随运动方向的变化而改变,且大小随时间呈波动变化;速度小于0.25 m/s时,速度对摩擦力与剪切应力几乎无影响;随着摩擦系数、介质压力的增大,摩擦力与剪切应力对速度的敏感性变高;介质压力与摩擦系数对摩擦力与剪切应力影响较大,剪切应力与摩擦力呈同步变化;密封外行程Von Mises应力与剪切应力均大于内行程,更易引起疲劳与剪切破坏;预压缩率增加到一定值时,O形圈在动密封中所受的摩擦力急剧上升,动密封中预压缩率不宜过大。     

格莱圈动密封性能分析及密封参数优化*

针对伺服液压缸活塞中使用的格莱圈组合密封形式,利用有限元分析软件ANSYS Workbench建立其二维轴对称有限元模型,研究格莱圈在不同密封参数(O形圈预压缩率、矩形滑环的厚度、O形圈的材料硬度)下对其动密封性能的影响。结果表明:在矩形滑环的中间区域,主密封面上最大接触压力随着O形圈预压缩率和O形圈材料硬度的增加而增大,随着矩形滑环厚度的增加而减小;启动摩擦力随着O形圈预压缩率和O形圈材料硬度的增大而增大,随着矩形滑环厚度的增大而减小。基于响应曲面法,以最大接触压力和最小启动摩擦力为优化目标,对格莱圈的密封参数进行优化设计。优化后最大接触压力增大,启动摩擦力减少,提高了格莱圈的密封性能。     

泥水盾构机密封用O形圈静态接触应力分析

利用ANSYS软件对泥水盾构机密封用O形圈进行建模,分析静态接触下接触应力与压缩率、流体压力、摩擦因数、硬度之间的变化规律,并拟合接触应力与压缩率和流体压力之间的函数关系。结果表明:随着硬度、压缩率、流体压力和摩擦因数的增大,主接触应力、Von-Mises应力和剪切应力均增大,其中摩擦因数整体上对O形圈应力影响很小;O形圈硬度越大,应力随压缩率的变化率越大;当O形圈承受较小流体压力时,应选用硬度较小的O形圈,使得Von-Mises应力、剪切应力均较小,O形圈产生裂纹、剪切失效的概率减小;当O形圈承受较大流体压力时,应选用硬度大的O形圈,以保证产生的主接触应力大于流体压力。接触应力与压缩率和流体压力之间满足正比例的关系,通过接触应力与压缩率和流体压力关系的拟合式,可计算得到不同流体压力下O形圈的合适压缩率。     

双浮动密封橡胶O形圈接触应力分析

针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈各应力最大值随压缩率的增加呈线性增大, O形圈内高应力分布区域随压缩率的增加而增大,并由接触部位附近向其中间位置扩散;摩擦因数对O形圈各应力影响很小,而浮封座和浮动环的斜面角度对O形圈等效应力和接触压力影响较大;随着浮封座斜面角的增加,等效应力总体趋于减小,接触压力先减小后缓慢增加,而剪切应力整体变化较小;随着浮动环斜面角的增加,等效应力、接触压力呈递增趋势,剪切应力曲线上下波动,但整体变化不明显。确定双浮动密封浮封座和浮动环斜面角度最优值,为双浮动密封结构设计提供了指导。     

深海液压系统X形橡胶圈密封性能分析

利用ANSYS软件建立深海环境下工作的液压系统的X形圈密封结构的二维轴对称模型,计算X形圈在不同密封状态下的应力分布,分析压缩率、密封压力、摩擦因数等因素对其密封性能和相关应力的影响。结果表明:应力随压缩率、密封压力、摩擦因数的增大而增大;静态密封时,X形圈内侧与密封槽会形成密闭空腔,不适合应用于深海环境;承载密封时,密封压力对接触应力、等效应力、剪切应力的影响依次减小;滑动密封时,摩擦应力逐渐趋于稳定,且密封压力和摩擦因数对摩擦应力影响较大。     

低温往复O形圈失效机制研究

针对油气弹簧O形圈低温往复条件下普遍出现的失效现象,采用有限元方法建立O形圈摩擦力计算模型,研究常温与低温工况下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力随油液压力的变化规律。结果表明,随油液压力的增加,常温下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力均增大,而低温下Von Mises应力、接触宽度减小,接触应力和摩擦力增大;低温工况下O形圈的Von Mises应力、接触应力和摩擦力远大于常温工况;当油液压力大于12 MPa时,摩擦力随油液压力的变化率增加;低温工况下橡胶材料的玻璃化导致的O形圈拉力与摩擦力增大是其密封性能下降进而失效的主要因素,实际使用中必须予以考虑。     

有缆智能配水器O形圈密封模拟研究

为研究有缆智能配水器密封用O形圈在高温高压工况条件下各密封参数的变化规律，利用ABAQUS有限元仿真软件，分析不同摩擦系数、沟槽倒角、沟槽底圆、压缩率、密封间隙对O形圈有效应力的影响规律。采用正交试验对五种密封参数作用下的O形圈最大有效应力进行极差分析。结果表明：O形圈最大有效应力随摩擦系数、密封间隙增大而增大，随沟槽倒角、压缩率增大而先减小后增大，随沟槽底圆增大而呈现波动现象且波动范围很小；影响O形圈最大有效应力的主要因素从大到小依次为摩擦系数、密封间隙、沟槽倒角、压缩率和沟槽底圆。采用优化密封参数后的有缆智能配水器目前已成功应用90余井次，密封效果良好，目前皆处于正常运转状态。     

矩形橡胶密封圈的有限元分析

利用ANSYS建立了矩形橡胶密封圈的有限元模型,分析了初始压缩率和液体压力对矩形圈变形和密封面处接触压力的影响,并与O形圈进行了对比。结果表明,矩形圈密封面处的接触压力随初始压缩率和液体压力的增加而增大;矩形圈较O形圈的接触压力均匀、密封面大、密封效果好且初始压缩率小、老化速度慢、尺寸稳定性好,但矩形密封圈的接触面积大,散热效果差,只能用于静密封。     

帽形滑环式组合密封的密封性能研究

采用ABAQUS软件建立帽形滑环式组合密封有限元模型,研究不同工作压力、密封间隙、运动速度和摩擦因数对其密封性能的影响规律。研究结果表明:静密封工况下,活塞杆与O形圈间的最大接触应力是影响密封性能的关键因素,随着工作压力的增大或密封间隙的减小,O形圈与帽形滑环的最大Von Mises应力均逐渐增大,各表面间的接触应力也逐渐上升;动密封工况下,工作压力越大、密封间隙越小,接触应力越大,密封间隙为0.3 mm其动密封性能最优,而随摩擦因数的增大,接触应力总体呈上升趋势,运动速度则对于接触应力基本无影响。     

液压式配气系统O型密封圈动密封特性分析

利用ABAQUS软件建立活塞运动速度为4 m/s、介质压力为6 MPa、摩擦因数为0.3的液压式配气系统O型密封圈有限元分析模型,分析不同往复运动速度、预压缩率、介质压力对液压式配气系统O型密封圈动密封特性的影响。结果表明:O型密封圈密封面的接触压力随位移的变化而产生波动,接触压力随介质压力、预压缩率的增大呈线性增大,运动速度对接触压力影响不大,接触压力曲线波动幅度随运动速度、介质压力、预压缩率的增大而增大;O型密封圈与油缸之间接触面的动密封性能优于O型密封圈与活塞之间接触面;O型密封圈在推程时的动密封性能优于回程;预压缩率小于10%时,O型密封圈不能满足该液压式配气系统的动密封要求,要确保O型密封圈的密封性,需要选择合理的预压缩率。     

真空环境中O形密封圈泄漏分析

使用ABAQUS有限元分析软件建立了O形密封圈的二维轴对称模型,重点研究了压缩率与介质压力对O形圈接触应力、接触长度的影响,结果表明:O形密封圈的接触应力大小与接触宽度随着压缩率和介质压力的增大而增大。除此之外,通过应用Roth.A真空泄漏理论分析了压缩率、表面粗糙度、温度对O形密封圈密封性能的影响,结果表明:O形密封圈的泄漏率随着压缩率的增大而减小,随着表面粗糙度和温度的增大而增大,为了保证O形圈的密封性能,应当适当提高压缩率与密封表面的加工精度。     

丁腈橡胶O形圈往复密封性能实验研究

根据《用于评估液压往复密封应用的标准试验方法》设计往复密封标准试验台,能够对不同类型的密封环进行整环测试;对不同工况下的丁腈橡胶O形圈进行实验研究,并与工程解进行比较和分析,结果具有较好的一致性。结果表明:丁腈橡胶的力-位移响应滞后性很明显;同样的工况条件下,润滑油的润滑与减摩效果优于去离子水;在小压差范围内,随压力增加,摩擦力基本呈线性增加;随往复速度增加,摩擦力会逐渐增大,但增长率会逐渐变小,直至滑动摩擦力达到稳定值。     

电液伺服摆动马达的密封泄漏与摩擦特性

为了提高电液伺服摆动马达的密封效果,借助于有限元软件ADINA对采用聚四氟乙烯密封件和O形圈的组合密封在不同密封结构、预压缩量和介质压力下进行接触应力分析;由缝隙流动原理推导泄漏量和摩擦力之间的关系;综合考虑密封泄漏量和摩擦力,确定适合于摆动马达的密封结构形式及预压缩量;利用摩擦磨损试验机测试聚四氟乙烯在相同介质压力、不同频率下的摩擦因数,分析其摩擦情况。结果表明,O形圈预压缩量为20%时具有较好的密封效果;星形密封件具有更高的耐压能力,更适合于摆动马达的应用场合;聚四氟乙烯的摩擦因数随着工作频率的增加而减小,说明其适合在高频率的条件下工作。研究表明,该组合密封符合电液伺服摆动马达的动态性能要求。     

封隔器配套用O形圈压缩率优化研究

为优化封隔器配套用O形圈压缩率选用,在对比国内外O形圈设计标准基础上,在不同工况下对某规格的O形圈进行摩擦力和液密、气密试验测试与有限元模拟计算。综合试验与有限元模拟结果,在35 MPa的密封要求下,提出封隔器配套用O形圈的压缩率推荐值为10%～13%。该设计值小于国际标准值,在满足操作工况允许的载荷条件下,摩擦力降低约47.8%,有效地解决了O形圈密封性能和摩擦力之间的协调性问题。     

SRM长期贮存下橡胶O形圈泄漏分析

使用ABAQUS有限元软件对贮存条件下固体火箭发动机（SRM）橡胶O形密封圈的力学状态和变形情况进行数值模拟分析。通过分析SRM密封结构的泄漏机制,在基于Roth密封理论建立的分子流泄漏模型中引入橡胶老化模型,建立长期贮存条件下橡胶O形圈的泄漏率模型,研究贮存时间、压缩率和法兰表面粗糙度对SRM长期贮存下橡胶O形圈泄漏率的影响。结果表明：SRM在贮存条件下橡胶O形圈的应力呈哑铃状对称分布,在橡胶圈和法兰的上下接触面附近、沟槽右侧壁易出现应力集中;SRM橡胶密封圈的泄漏率随贮存时间的增长而增大,初始泄漏率随时间推移增长较快,但最终趋于稳定;压缩率的增大有利于降低SRM密封结构的泄漏率;在相同的贮存时间内,法兰表面粗糙度越大,橡胶圈的泄漏率越大。     

旋冲载荷下传动轴组合密封沟槽敏感参数研究*

随着勘探深度的增加,地层压力升高和岩石硬度增加,螺杆钻具经常发生横向涡动、纵向跳动、扭向振动及黏滑现象,限制了冲击螺杆钻具的推广应用。为研究高温、高转速和往复运动耦合作用下传动轴总成密封特性及参数敏感性具,对比相同工况下星形圈、O形圈和组合圈密封特性,得到不同密封圈在静密封、动密封状态下接触压力分布,根据主密封面接触压力判定方法得到最佳密封圈结构。根据该结构研究沟槽敏感参数,并讨论沟槽形状、位置、数目和宽度等对组合圈密封特性的影响。结果表明:组合圈密封效果远远优于O形圈及星形圈;沟槽形状采用等腰三角形、沟槽数目为3时密封性能最优,沟槽位置于中间最合理;静、动密封状态下,主密封面接触压力随沟槽宽度增大而增大,而静密封状态下次接触面接触压力及O形圈应力几乎不变。     

高压氢气环境下橡胶O形圈静密封结构有限元分析

利用ABAQUS软件建立了高压氢气环境下橡胶O形圈静密封结构的有限元分析模型,研究了高压氢气作用下由于橡胶材料的吸氢膨胀对O形圈变形及应力的影响,探讨了不同初始压缩率、氢气压力、沟槽间隙、有无挡圈等工况下O形圈最大Von Mises应力、最大剪切应力和最大接触应力的变化规律。结果表明:高压氢气环境下,吸氢膨胀会导致橡胶O形圈的截面高度和面积的增加,但对O形圈的应力基本无影响。增加O形圈压缩率会提高初始安装工况下的接触应力,有利于初始密封的形成,但当介质压力较大时,过高的压缩率会显著增加剪切应力,导致O形圈发生剪切破坏。相较于低压工况,高压下密封沟槽间隙对O形圈的Mises应力和剪切的影响非常显著,较大的沟槽间隙会使O形圈发生挤出和剪切破坏,而安装密封挡圈可明显改善O形圈的变形和应力情况,有效防止O形圈被挤入沟槽间隙,同时提高密封性能。