深海液压系统X形橡胶圈密封性能分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西南交通大学机械工程学院 作者:张毅

  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。

  X 形橡胶圈是在O形圈的基础上改进而来,在液压系统中可以替代O形圈。与O形圈相比,X 形圈具有较低的摩擦力,能较好地克服扭转,可获得更好的密封效果。深海液压系统工作在深海环境下,在深海5 000 m 处环境压力达到50 MPa,对X 形圈的密封性能提出了更高的要求。

  目前,国内外学者对X 形圈的密封性能的研究较少。本文作者利用ANSYS 有限元软件建立了深海液压系统X 形橡胶圈密封结构的二维轴对称模型,分析了不同密封状态下,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,为研究深海环境下X 形圈的密封性能提供参考。

  1、有限元分析模型

  1.1、仿真模型

  根据密封技术手册确定深海液压系统X 形圈密封结构及其仿真模型,如图1 所示。

X 形圈密封结构及其仿真模型

图1 X 形圈密封结构及其仿真模型

  X 形圈密封结构中,X 形圈线径为3.53 mm,密封槽宽度为3.9 mm,槽底圆角半径为0.3 mm,倒角半径为0.1 mm,最大压缩量为0.5 mm。

  仿真模型中,X 形橡胶圈采用超弹性单元PLANE182,弹性模量E = 14.04 MPa,泊松比ν =0.499,X 形圈密封结构的接触类型为刚柔接触,刚性面为目标面、柔性面为接触面,接触单元分别采用TARGE169、CONTA172 单元。

  1.2、橡胶模型

  橡胶是一种近似不可压缩、高弹性、高度非线性的超弹性体,在ANSYS 中可采用简化后仅有2 个材料参数的Mooney-Rivlin 模型,即W =C10( I1 - 3) +C01( I2 - 3) ,其中I1,I2为应力张量不变量,C10、C01分别取1.87、0.47 MPa。

  1.3、基本假设

  根据模型边界特点,可做如下假设:

  (1) 密封槽壁的刚度远大于橡胶,视为X 形圈的边界约束;

  (2) X 形圈具有确定的弹性模量、泊松比;

  (3) X 形圈受到的压缩视为由缸体约束边界的位移引起;

  (4) X 形圈材料是均匀连续的。

  1.4、载荷

  基于以上假设,可施加以下载荷:

  (1) 预压缩,根据预压缩率,沿压缩方向施加一定的位移;

  (2) 环境压力,深海环境压力为50 MPa;

  (3) 密封压力,在X 形圈接触油液的一侧施加密封压力;

  (4) 位移,缸体相对密封槽向右移动10 mm。

  根据静态密封和动态往复密封的具体要求,分别施加不同载荷。

  3、结论

  (1) 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;承载和滑动密封时,不会形成密闭空腔,可应用于深海环境。

  (2) X 形圈等效、剪切、接触、摩擦应力随压缩率、密封压力和摩擦因数的增大而增大。

  (3) 承载密封时,X 形圈密封压力对接触应力、等效应力、剪切应力变化的影响依次减小。

  (4) 滑动过程中,摩擦应力不断变化之后逐渐趋于稳定,摩擦因数、密封压力、压缩率对摩擦应力变化的影响依次减小。

  深海液压系统X形橡胶圈密封性能分析为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/seal/static/046491.html

  与 静密封 橡胶圈密封 相关的文章请阅读:

  静密封http://www.chvacuum.com/seal/static/