非理想形貌O形圈的密封性能分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州理工大学能源与动力工程学院 作者:张峰

  利用有限元分析软件ABAQUS对非理想形貌O形橡胶密封圈在不同密封间隙和介质压力下的变形与受力情况进行了分析研究,得出了相应的Von Mises应力与接触压力分布,并与理想形貌O形圈的情况进行了对比。结果表明:非理想形貌(错模、分模扯缩、分模飞边) O形圈在不同密封间隙和不同介质压力下的最大接触压力均大于介质压力,能够达到密封效果,但是其最大Von Mises应力均大于理想形貌O形圈的最大Von Mises应力,表明非理想形貌O形圈应力松弛现象越明显,容易出现裂纹,带有分模飞边形貌的O形圈Von Mises应力明显高于其他两种。

  引言

  目前,液压系统中的密封性能基本都是通过橡胶密封件来保证的,O形橡胶密封圈由于具有结构简单、成本低廉及安装方便等优点而广泛应用于液压系统中。国内外学者对O形圈密封性能的研究主要是基于理想表面形貌展开的,实际表面形貌对O形圈密封性能的影响还未有研究报道。

  本文利用有限元分析软件ABAQUS,针对三种典型的非理想形貌(错模、分模扯缩、分模飞边表面缺陷)的O形圈建立了二维轴对称有限元计算模型,在不同密封间隙以及不同介质压力的工作状态下,对其安装和工作过程中的变形、内部等效应力、接触压力分布等影响密封结构密封性能的参数进行了分析。并将结果与理想形貌的O形圈工作状态下对应参数进行了对比,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为本研究对密封圈设计制造、评价及使用具有一定的指导意义。

1、几何模型的建立

  设计如图1所示的典型平面静密封结构,密封圈尺寸:272×5.3(国际标准ISO 3601/1),具体密封结构参数见表1。

非理想形貌O形圈的密封性能分析

图1 典型平面静密封结构

表1 密封结构参数

非理想形貌O形圈的密封性能分析

  根据密封圈的截面尺寸,结合工程实际生产中最常见的O形圈表面缺陷,并参考满足质量要求的三种表面缺陷最大允许偏差,建立如图2、图3、图4所示几何模型。

非理想形貌O形圈的密封性能分析

2、结论

  通过对带表面缺陷的O形圈的仿真分析,并与理想形貌O形圈的计算结果作对比,获得如下主要结论和发现:

  (1)非理想形貌O形圈在受挤压的状态下,一般均能满足接触压力大于介质压力的密封条件,所以主要依据Von Mises应力分布与最大Von Mises应力值来判断密封性能的好坏,根据最大Von Mises应力值的位置判断密封圈易损位置。

  (2)3种典型缺陷类型下,O形圈内部最大Von Mis⁃es分布位置不同,其中错模和分模飞边模型下的最大接触应力位置分布在缺陷附近,而分模扯缩状态下的最大Von Mises应力分布点和理想形貌下的分布基本一致。

  (3)在缺陷分模飞边的状态下,其Von Mises应力变动最大,并且远高于理想形貌下的对应值,所以生产过程中应该尽量避免此类缺陷的出现。

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