基于正交试验的高压X形密封圈结构优化

基于正交试验法,利用ANSYS软件建立带挡圈X形密封圈的二维轴对称几何模型,分析沟槽结构、挡圈结构、安装状态和操作工况等参数对密封圈静密封性能和可靠性的影响;以最大Von Mises应力值最小为优化目标,对X形密封圈结构进行优化。结果表明:沟槽口和沟槽底的倒角尺寸过大或过小均会使密封圈产生应力集中;最大Von Mises应力随挡圈倒角尺寸和挡圈宽度的增大均先增大后减小,随着密封间隙的增大而快速增大;增大密封圈压缩率有利于提高主密封面上的接触压力,但会引起最大Von Mises应力增加;增大密封圈拉伸率有利于减小最大Von Mises应力,但X形圈安装变得困难;在高压(流体压力大于10 MPa)条件下,操作工况、安装状态参数和挡圈结构参数依次为影响密封圈密封性和可靠性的主要因素,是密封圈结构优化设计需重点研究的对象。     

齿形滑环密封圈力学性能分析及结构改进

建立齿形滑环密封系统的数值计算模型,采用有限元方法分析O形圈和滑环的接触压力和应力分布,并探讨初始压缩率、介质压力和滑环齿厚对齿形滑环密封圈密封性能的影响。结果表明:齿形滑环密封系统中O形圈的高应力区出现在靠近凹槽底部位置,而滑环的高应力主要集中在与轴筒和凹槽接触的2个尖角部位;增加初始压缩率可提高密封圈的密封性能,但密封圈的应力也逐渐增大;介质压力越大,密封圈的应力及密封面上的接触压力也随之增大;适当增加滑环齿厚可提高密封圈的密封性能及滑环抵御变形的能力。针对齿形滑环密封圈中滑环与凹槽接触的2个尖角处最易发生失效的问题,采用对其两尖角倒角的改进方案。结果表明:在相同工作条件下,改进后齿形滑环密封圈主密封面的最大接触压力提高,而且滑环和O形圈截面的最大Von Mises应力减小。因此,改进后的齿形滑环密封圈密封性能更好,使用寿命更长。     

沟槽形状对O形橡胶密封圈密封性能的影响

为了研究沟槽形状对O形橡胶密封圈密封性能的影响,利用有限元分析软件ANSYS对装配在燕尾沟槽中的O形橡胶密封圈进行建模,分析其在不同压缩率和介质压力下的变形与受力情况,获得对应的最大Von Mises应力、最大剪切应力、最大接触压力的分布情况,并与矩形槽的情况进行对比。结果表明:在不同压缩率和不同介质压力时,O形密封圈与燕尾沟槽配合使用时的最大Von Mises应力、最大接触压力均大于与矩形槽配合使用时,特别是在介质压力较高时,说明与燕尾沟槽配合使用时O形密封圈密封效果更好。     

水液压O形圈锥面密封特性分析

针对水液压提升阀中的锥面密封问题,利用Abaqus有限元分析软件建立了锥面密封结构的二维轴对称模型,对其进行密封性能分析。分析了不同预压缩率、不同密封压力作用对O形密封圈所受最大接触压力、最大Mises应力的影响,确定了密封圈的易失效位置以及接触面的压力分布规律。结果表明:随着压缩率及密封圈所受液体压力的增大,密封圈所受到的最大Mises应力及接触面最大接触压力随之增大;带圆倒角的密封槽口或减小密封间隙,能有效减小密封圈挤出时密封槽口对密封圈的剪切应力,从而提高密封圈使用寿命,为水液压提升阀等液压元件的锥面密封结构设计提供设计依据。     

O形密封圈密封性能非线性有限元数值模拟

利用ABAQUS软件建立海底采油设备用O形密封圈轴对称模型,对其在不同压缩率、不同油压时的Von Mi-ses应力及密封面接触压力分布规律进行探讨,确定O形密封圈材料易失效位置;分析压缩率和油压对O形密封圈最大Von Mises应力、最大接触压力及最大接触压与油压压差的影响。结果表明:O形密封圈最大Von Mises应力、密封面最大接触压力随压缩率和油压的增加而增加,且O形密封圈在中低高压下的密封能力高于超高下的密封能力,为海底采油设备用O形密封圈的结构设计及选型提供相关参考。     

O形橡胶密封圈密封性能的有限元分析

利用ANSYS建立了液压系统中液压缸用O形橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析计算了O形密封圈缸筒和轴套的间隙、密封轴套槽口倒角半径、O形密封圈的截面尺寸、橡胶材料参数、初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响。结果表明:O形密封圈缸筒和轴套的间隙对剪切应力的影响很大;轴套沟槽宽度、O形密封圈的截面尺寸和橡胶材料参数对密封面最大接触压力的影响很大;初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都很大;对于本文分析的结构,在其它条件不变的情况下密封轴套槽口倒角半径对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都不大;分析结果验证了长期使用的经验设计。     

硬度对液压马达O形密封圈性能影响的分析

以仿真转台液压马达密封结构为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立其有限元模型,采用罚函数技术和库仑摩擦模型对O形密封圈和马达密封副间的摩擦接触进行有限元分析,研究O形密封圈材料硬度对接触压力、密封圈Mises应力和密封圈与马达密封副间接触面积的影响,分析接触压力、密封圈Mises应力峰值和接触面积的分布规律。结果表明：接触压力随O形密封圈材料硬度的变化呈“驼峰”式变化;在“驼峰”位置随材料硬度的增加而增大;材料硬度小于85 HA时,对O形密封圈Mises应力的影响并不明显;材料硬度大于85 HA时,Mises应力增大幅度变大,容易导致密封圈损坏;密封圈与马达轴间静接触面积整体上随密封圈材料硬度的增大而减小,故应尽量控制密封圈硬度,保证足够的接触面积。     

O形圈密封沟槽倒角半径对密封性能的影响

密封沟槽口处倒角可避免O形圈安装和使用过程中被锐边划伤,但沟槽口倒角半径的选择多半依据经验,实际使用中发现密该倒角半径对密封性能有重要影响。该文选取GB/T3452.1-2005下18×1.8的O形密封圈,在其他参数不变的情况下,利用ABAQUS有限元软件分析了介质压力从2.5~16MPa变化时密封沟槽口倒角半径对O形密封圈内部Von Mises应力和接触压力的影响。分析表明,倒角半径r从0.1mm变化到0.5mm,在介质压力较小时,该倒角对密封性能影响不明显;而在高介质压力下,最大Von Mises应力增加43%左右,挤入密封间隙的量明显增加,且最大接触压力点向沟槽槽口移动,对密封性能有影响明显。     

深海高压环境下O形密封圈的密封性能研究

针对深海高压环境下的O形密封圈,建立了有限元模型,仿真分析了O形密封圈在不同硬度、不同工况下的密封性能,探讨了O形密封圈的材料硬度、径向压缩率和外界压力对密封接触压力的影响。研究表明,在径向压缩率为17%~26%的范围内,O形密封圈的材料硬度与截面压缩率相比,材料硬度的增加对初始接触压力的提高的影响更加显著;在静水压力的作用下,O形密封圈具有良好的自紧性能,并且接触压力始终大于外界静水压,其密封安全裕度的大小约为初始接触压力;经分析计算,邵氏硬度90 HA的聚氨酯O形密封圈,在22%的初始安装压缩率的条件下,密封安全裕度约为10 MPa,能满足6 km深海高压密封的要求。为进一步验证有限元分析的正确性,进行了O形密封圈的深海试验,试验结果表明密封可靠,与仿真结果相一致。     

热机耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴密封性能分析*

针对高温、三维复合运动(往复+旋转)耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封失效问题,设计氢化丁腈橡胶热老化试验,基于热老化试验数据建立热老化效应冲击螺杆钻具传动轴总成O形密封圈三维有限元模型,采用有限元方法研究流体压力、温度、摩擦因数和往复速度对传动轴总成O形密封圈静密封及动密封性能的影响。结果表明:静密封状态下高应力区位于O形密封圈右侧,高接触压力区位于O形密封圈内接触面、外接触面和侧面,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大,最大接触压力整体上随着摩擦因数的增大而减小;动密封状态下最大von Mises应力和最大接触压力在往复速度为0.4 m/s和摩擦因数为0.25出现异常规律,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大。由此建议密封圈在静密封和动密封状态,在往复速度小于0.4 m/s和较小摩擦因数下运行。     

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。     

高压大型天然气快开盲板用C形橡胶圈密封性能分析

针对国内高压大型天然气过滤器快开盲板用C形橡胶密封圈,利用ABAQUS建立其有限元模型,分析密封槽宽度、内压、初始密封间隙、材料硬度、槽口倒角半径、钢圈直径对其性能的影响,得到这些参数的合理取值范围。结果表明：材料硬度对密封圈密封性能的影响较小,密封槽宽度对密封可靠度有一定影响,随密封槽宽度增加,最大接触压力呈下降趋势,密封可靠度有所降低;随着内压的增加,最大接触压力与内压的差值呈增大趋势,密封可靠性增加;随初始密封间隙增加,应力增加,密封可靠度有所降低;密封槽口倒角半径对密封圈剪切破坏的影响较大,倒角半径增大密封圈发生局部剪切破坏的可能性增大;钢圈直径对C形橡胶圈应力应变影响较大,钢圈直径增大,剪切应力呈减小趋势。     

O形旋转密封圈的密封性能有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立了摆动液压油缸O形旋转密封圈的二维轴对称模型,分析计算了旋转轴直径、O形圈截面直径、O形圈内圆周向压缩率等结构参数对密封面最大接触压力和范·米塞斯(Von Mises)应力的影响。结果表明:介质压力为0时,旋转轴直径、O形圈截面直径对范·米塞斯(Von Mises)应力和密封面最大接触压力影响较大;O形圈内圆周向压缩率对Von Mises应力影响较大;在介质压力下,旋转轴直径、O形圈截面直径分别对Von Mises应力及最大接触压力的影响都不大,O形圈内圆周向压缩率主要是为了避免橡胶的焦耳效应;分析结果验证了长期使用的设计经验。     

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。     

基于ABAQUS的流体压力渗透O形圈密封性能仿真研究

为了探究液压系统中O形圈预压缩率、介质压力以及系统温度对O形圈密封性能的影响,该文通过有限元方法在ABAQUS中建立O形圈密封的二维有限元模型,采用流体压力渗透的加载方式模拟介质加压过程,该加载方式能自动精确地找到密封分离与接触的临界点,分析了O形圈在上述因素作用下等效应力和接触压力的变化规律。结果表明:预压缩率和系统温度对O形密封圈密封性能有一定的影响,而O形圈应力的变化主要取决于介质压力的变化,随着介质压力的增大,密封圈的接触压力也随之增大,并且密封圈的接触压力始终存在,表明O形密封圈密封性能良好。     

重卡轮毂轴承刚-柔组合密封结构设计及优化

针对某重卡轮毂轴承早期失效的问题，设计一种具有刚-柔组合密封槽的密封单元；采用半简化有限元法，建立密封单元的有限元模型，分析密封圈的压缩率、硬度和密封槽尺寸对接触应力和等效应力的影响；利用VB语言编写有限元分析的接口程序，以接触应力和等效应力为密封性能的评价指标，对关键影响因素进行优化。〖JP2〗结果表明：随压缩率和材料硬度的增大，最大接触应力和等效应力均增大，随密封槽尺寸的增加等效应力减小，而最大接触应力先减小后增大；O形圈的压缩率对密封性能的影响最大，其次为材料硬度、密封槽尺寸。给出密封单元关键因素的取值范围：初始压缩率15%~20%，O形圈材料邵氏硬度75~80，密封槽尺寸1.6~1.7 mm，并通过动态注油试验进行验证。     

基于ANSYS的聚氨酯蕾形密封圈有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立液压支架立柱上使用的聚氨酯蕾形密封圈有限元模型,仿真分析不同工况下液压支架立柱导向套的密封性能,探讨压缩率和介质工作压力对蕾形圈密封性能的影响。结果表明：聚氨酯蕾形圈Von Mises最大应力出现在与导向套和活塞杆接触区域的中间部分,该区域最先出现裂纹而引起损坏失效;提高压缩率能改善密封性能,但过大的压缩率容易导致蕾形圈内应力过大而出现裂纹;工作压力对密封圈Von Mises应力的影响不大;工作介质压力增大聚氨酯蕾形圈接触压力也增大,且最大接触压力始终大于介质工作压力,能够保证液压支架立柱密封性能。     

Y形组合密封的密封性能研究

应用ABAQUS软件建立YO组合密封的有限元模型,分别比较Y形组合密封与Y形密封、聚氨酯和丁腈橡胶2种材料的Y形组合密封,在密封区域的静态接触压力和Mises应力分布,分析O形圈截面直径对2种材料Y形组合密封性能的影响规律。结果表明：Y形组合密封在密封区域的接触压力和Mises应力均大于相同规格、材料的Y形圈,且外行程时Y形组合密封接触压力增大更明显,应力分布更均匀,验证了Y形组合密封的双重密封和改善根部抗撕裂的特性;在O形圈截面直径相同的情况下,聚氨酯组合密封外行程与内行程的最大接触压力差值远远高于丁腈橡胶组合密封,而丁腈橡胶组合密封Mises应力分布更均匀;随着O形圈截面直径的增大,聚氨酯组合密封的最大接触压力呈现先增大后减小的趋势,丁腈橡胶组合密封呈现逐渐减小的趋势,但两者的Mises应力均呈现逐渐增大的趋势,且丁腈橡胶组合密封增大更显著。研究结果为不同工作条件下密封件的选择提供了参考依据。     

旋塞阀柱面O形圈密封性能研究

以旋塞阀柱面O形橡胶密封圈为对象进行受力分析;利用ABAQUS软件实现阀芯旋转运动的三维非线性接触动力学仿真,分析了密封圈硬度、摩擦因数及阀芯旋转速度等因素对柱面密封圈最大接触压力和Von Mises应力状况的影响。结果表明:柱面O形密封圈的左右两端是最大应力发生的主要部位;密封圈硬度值和摩擦因数是影响密封性能的重要因素;阀芯旋转速度在一定范围内运行时,对密封性能影响较小。     

压缩率对O形橡胶密封圈密封性能的影响

首先分析了O形橡胶密封圈有限元分析的现状,然后从工程实例人手,分析了压缩率对橡胶密封圈密封性能的影响,利用有限元分析软件ANSYS对O形橡胶密封圈在不同压缩率下的接触压力分布进行了分析,说明提高压缩率对密封圈的密封性能有显著的影响;以此分析结果为基础可以合理设计密封槽的尺寸和缸筒与活塞间的间隙.