液壓密封圈有限元分析與研究.pdf

1、密封圈是液壓系統(tǒng)防止泄漏,提高容積效率,保證系統(tǒng)正常工作的重要元件,現(xiàn)代液壓控制技術(shù)對(duì)密封提出了更高的要求。本文分析了密封圈在工作中失效的因?yàn)榧靶问?；采用有限元方法建立了不同截面形狀的密封圈的仿真模?對(duì)其密封性能進(jìn)行模擬,分析中考慮了幾何非線性、材料非線性、狀態(tài)非線性；研究了影響密封圈密封性能的因素,提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案；對(duì)液壓密封圈溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力耦合場(chǎng)進(jìn)行分析,探討了生熱對(duì)密封性能的影響。研究?jī)?nèi)容和所得結(jié)論如下:
　　 l、Y

2、x形密封圈有限元分析。
　　 應(yīng)用超彈性理論和非線性理論,對(duì)Yx形液壓密封圈的性能進(jìn)行模擬,分析了其失效的位置和模式,研究了參數(shù)對(duì)密封性能的影響,提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。
　　 研究表明:最大應(yīng)力出現(xiàn)在上下唇交匯處；變形最大區(qū)域發(fā)生在Yx形開口靠近內(nèi)唇處；根部有較大的接觸壓力,根據(jù)失效準(zhǔn)則,這兩處容易發(fā)生失效。壓力增大時(shí),剪應(yīng)力明顯增加；最大接觸壓力隨介質(zhì)壓力呈線性增長(zhǎng)。最大變形隨初始?jí)嚎s率的增加而線性增大,最大剪應(yīng)力在壓縮

3、率為20％時(shí)達(dá)到最大。槽口圓角半徑對(duì)Yx形密封圈密封性能的影響很小。摩擦系數(shù)增大時(shí),最大剪切應(yīng)力明顯增加,但最大變形和最大接觸壓力都有減小的趨勢(shì)。由此提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,并對(duì)其進(jìn)行分析,結(jié)果表明接觸寬度明顯減小,根部磨損得到改善,摩擦減小,可以提高密封圈的使用壽命。
　　 2、O形密封圈仿真分析。
　　 分析表明:O形密封圈根部、密封圈和活塞接觸部位附近變形較大,最大Mises應(yīng)力發(fā)生在根部。介質(zhì)壓力增加時(shí),密封圈最大變形

4、和等效應(yīng)力明顯增大,接觸應(yīng)力線性增加；初始?jí)嚎s率增大時(shí)變形、剪切應(yīng)力、Mises應(yīng)力、最大接觸應(yīng)力隨之增加；摩擦系數(shù)增大使接觸應(yīng)力和Mises應(yīng)力增大。因此應(yīng)選擇合適的壓縮率,為防止壓力增大時(shí)根部發(fā)生間隙咬傷,加入擋圈,以避免密封槽口處出現(xiàn)應(yīng)力集中,提高密封圈使用壽命。
　　 3、對(duì)O形和Yx形密封圈溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。
　　 應(yīng)用傳熱學(xué)原理,分析了橡膠密封圈摩擦生熱和機(jī)械滯后生熱的機(jī)理,對(duì)密封圈溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。由于橡膠材料

5、的導(dǎo)熱性差,密封圈在工作過程中溫升的熱源有兩個(gè):摩擦生熱和機(jī)械滯后生熱。摩擦生熱主要使密封圈與活塞桿接觸部分溫度升高,機(jī)械滯后生熱使密封圈中心部分溫度較高,其溫升明顯高于摩擦引起的溫升；兩種熱源下,密封圈具有很高的溫度場(chǎng)；油壓、相對(duì)滑動(dòng)速度以及油溫的增大,均使密封圈溫升明顯增加。因此限制工作壓力和相對(duì)滑動(dòng)速度以及較好散熱條件,提高密封性能和使用壽命有利。
　　 4、對(duì)密封圈的溫度.結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合分析。溫度升高時(shí),橡膠硬度下降,密封