T形气缸盖罩垫密封性能的有限元分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)广东工业大学材料与能源学院 作者:丘佛球

  运用有限元软件对平型、加强筋型和凸台型T 形缸垫的应力、应变以及接触应力分布规律进行研究,对比分析这几种T 形缸垫的密封性能。结果表明,加强筋能提高缸垫的密封能力,但不同的加强筋结构对密封能力有着不同的影响,设计不合理的加强筋,还容易导致T 形气缸盖罩垫过快失效和老化。平型气缸盖罩垫适用于密封周期长但密封力要求不高的情况;而加强筋型气缸盖罩垫则适用于密封力要求高但密封周长不长的情况;凸台型气缸盖罩垫的综合性能高,能满足密封周期长和密封力要求比较高的情况。

  T形气缸盖罩垫已广泛应用于发动机上,它安装在气缸盖密封槽和气缸盖之间,当安装入密封槽后,由于橡胶在气缸盖的压缩下产生变形,在橡胶与气缸盖之间产生了接触力,该接触力即密封力,从而起到密封作用,防止漏气和漏油。由于气缸盖罩垫的密封空间封闭且密封原理涉及多方面的知识,因此对于气缸盖罩垫的密封情况研究比较困难,随着计算机技术以及有限元数值计算方法的不断发展,不少学者已经采用有限元方法对橡胶!密封件进行了分析,包括对橡胶的超弹性体力学行为以及接触问题的分析,也有学者运用有限元分析法对气缸盖罩垫进行了分析,例如万欣等人对有I 形和T 形两种气缸盖罩垫的密封性能进行了对比分析,郭晨海等对气缸盖罩垫的密封性能进行分析,得到气缸盖罩垫中密封力的分布规律并分析漏油的可能原因。

  本文作者主要运用有限元软件对几种不同结构的T 形气缸盖罩垫的密封性能进行分析,得出它们的应力、应变、接触应力等分布规律,并将这几种T 形气缸盖罩垫的密封性能进行对比,根据它们的特点提出它们分别适用于哪种密封情况,为T形气缸盖罩垫的选用以及设计提供参考。

  1、缸垫的结构及装配

  T 形气缸盖罩垫有多种结构形式,本文作者主要对以下几种结构进行研究,如图1 所示。T 形气缸盖罩垫的整体结构差别不大,主要不同点在于顶端部有无加强筋以及加强筋的形状。如图1( a) 所示为平型T 形气缸盖罩垫的结构截面图,其顶端部是平的,无加强筋结构。如图1(b)所示为加强筋型T 形气缸盖罩垫的结构截面图,其顶端部有加强筋,但加强筋尺寸很小且均匀分布在顶端部。如图1( c) 所示为凸台型气缸盖罩垫的结构截面图,其顶端部也有加强筋,与加强筋型气缸盖罩垫不同的是加强筋尺寸比较大且位于顶端部的中间,可认为是带有凸台的阶梯式结构。

T形气缸盖罩垫截面图

图1 T形气缸盖罩垫截面图

  气缸盖罩垫预先安装在密封槽内,再将气缸盖向下压缩至装配位置,使气缸盖罩垫与气缸盖以及密封槽接触产生接触应力即密封力从而达到密封效果,其装配关系如图2 所示。

T形气缸盖罩垫装配图

图2 T形气缸盖罩垫装配图

  4、结论

  (1) 采用有限元分析法对几种T 形气缸盖罩垫进行分析,得出了它们的应力、应变以及接触应力的分布规律。

  (2) 对比分析了这几种T 形气缸盖罩垫的密封性能,分析表明加强筋能提高缸垫的密封能力,不同的加强筋结构对密封能力有着不同的影响。但设计不合理的加强筋,容易导致T 形气缸盖罩垫过快失效和老化。

  (3) 根据这几种气缸盖罩垫的特点,提出平型气缸盖罩垫适用于密封周期长但密封力要求不高的情况;加强筋型气缸盖罩垫则相反,适用于密封力要求高但密封周长不长的情况;凸台型气缸盖罩垫的综合性能高,既能满足密封周期长的要求,也适用于密封力要求比较高的情况。该研究为T 形气缸盖罩垫的选用和设计提供参考。

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