液壓式配氣系統(tǒng)O型密封圈動密封特性分析

2014-12-22 陳家兌 貴州大學(xué)

  利用ABAQUS 軟件建立活塞運(yùn)動速度為4 m/s、介質(zhì)壓力為6 MPa、摩擦因數(shù)為0. 3 的液壓式配氣系統(tǒng)O 型密封圈有限元分析模型,分析不同往復(fù)運(yùn)動速度、預(yù)壓縮率、介質(zhì)壓力對液壓式配氣系統(tǒng)O 型密封圈動密封特性的影響。結(jié)果表明:O 型密封圈密封面的接觸壓力隨位移的變化而產(chǎn)生波動,接觸壓力隨介質(zhì)壓力、預(yù)壓縮率的增大呈線性增大,運(yùn)動速度對接觸壓力影響不大,接觸壓力曲線波動幅度隨運(yùn)動速度、介質(zhì)壓力、預(yù)壓縮率的增大而增大;O 型密封圈與油缸之間接觸面的動密封性能優(yōu)于O 型密封圈與活塞之間接觸面;O 型密封圈在推程時的動密封性能優(yōu)于回程;預(yù)壓縮率小于10%時,O 型密封圈不能滿足該液壓式配氣系統(tǒng)的動密封要求,要確保O 型密封圈的密封性,需要選擇合理的預(yù)壓縮率。

  O 型密封圈具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆容易、密封性能良好和成本低等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在液氣壓系統(tǒng)中。對于O 型密封圈的設(shè)計、使用,大多數(shù)情況下依賴傳統(tǒng)原則和工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。隨著社會的發(fā)展,各種流體傳動系統(tǒng)中O 型密封圈的密封性能要求越來越高,傳統(tǒng)的方法已不能滿足O 型密封圈設(shè)計、使用的要求。為此,許多學(xué)者采用有限元方法對O 型密封圈進(jìn)行了相關(guān)研究。陳國定等研究了O 形密封圈在“安裝”狀態(tài)和密封流體介質(zhì)作用下的力學(xué)性能,造成密封圈撕裂損壞及材料松弛的當(dāng)量Cauchy 應(yīng)力峰值大小及位置隨密封流體介質(zhì)作用的變化情況,以及軸和密封接觸面間的接觸壓力及剪應(yīng)力分布狀態(tài)。劉溪涓等采用接觸單元法,對O 型密封圈建立了一種新的含有接觸計算的超彈性有限元模型。王偉和趙樹高研究了O 型密封圈在安裝和使用中的接觸變形、接觸寬度以及密封界面上的接觸應(yīng)力分布規(guī)律,O 型密封圈安裝過程中不同壓縮率對接觸應(yīng)力的影響,以及考慮應(yīng)力松弛過程下使用的應(yīng)力分布。孫健等人對O 型密封圈不同變形情況下的壓縮量、壓縮后施加側(cè)壓后的應(yīng)力、不同接觸界面摩擦因數(shù)情況下的變形及扭轉(zhuǎn)進(jìn)行了研究。譚晶等人研究了O 型密封圈密封結(jié)構(gòu)、參數(shù)對密封面最大接觸壓力和剪切應(yīng)力的影響。陳敏等人研究了不同位移壓縮下密封界面上的接觸壓應(yīng)力。李振濤等研究了在不同壓縮率、不同油壓時的Von Mises 應(yīng)力及密封面接觸壓力分布規(guī)律及壓縮率、油壓對O 型密封圈最大Von Mises應(yīng)力、最大接觸壓力的影響。鐘亮等人研究了預(yù)壓縮量、流體壓力、摩擦因數(shù)以及運(yùn)動速度對O型密封圈密封性能的影響。目前對于O 型密封圈的研究主要集中在密封圈溝槽結(jié)構(gòu)參數(shù)、失效準(zhǔn)則、受壓下的變形分析、靜態(tài)接觸力的分布、可靠性分析等靜密封特性的研究上,對于動密封特性的研究較少,對于往復(fù)高速運(yùn)動的O 型密封圈密封特性研究就更少。O 型密封圈在往復(fù)高速運(yùn)動條件下的工況十分復(fù)雜,導(dǎo)致了O 型密封圈在運(yùn)動過程中其接觸壓力變化的復(fù)雜性,所以對往復(fù)高速運(yùn)動的O 型密封圈的動密封特性進(jìn)行研究具有重要意義。

  液壓式配氣系統(tǒng)中油缸的柱塞運(yùn)動在發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時可高達(dá)4 m/s,系統(tǒng)油壓可高達(dá)6 MPa,密封屬于高速高壓動密封,密封要求高。本文作者利用ABAQUS 軟件對橡膠O型密封圈在不同往復(fù)運(yùn)動速度、預(yù)壓縮率、介質(zhì)壓力下的動密封特性進(jìn)行研究,為橡膠O 型密封圈在液壓式配氣系統(tǒng)的應(yīng)用提供借鑒。

結(jié)論

  (1) O 型密封圈密封面的接觸壓力在運(yùn)動過程中會隨位移的變化而波動變化,運(yùn)動速度對運(yùn)動過程中O 型密封圈密封面的接觸壓力均值影響不大,但對波動幅度影響較大,接觸壓力波動幅度隨運(yùn)動速度的增大而加大;介質(zhì)壓力、預(yù)壓縮率對運(yùn)動過程O型密封圈密封面的接觸壓力影響較大,接觸壓力隨介質(zhì)壓力、預(yù)壓縮率的增大呈線性增大,接觸壓力波動幅度也隨介質(zhì)壓力、預(yù)壓縮率的增大而增大。

  (2) O 型密封圈與活塞之間接觸面的接觸壓力小于O 型密封圈與油缸之間接觸面的接觸壓力,即O型密封圈與油缸之間接觸面的密封性優(yōu)于O 型密封圈與活塞之間接觸面。

  (3) 推程時O 型密封圈密封面的接觸壓力均值比回程時大,且波動幅度也比回程時小,即O 型密封圈在推程時的密封性優(yōu)于回程。

  (4) 預(yù)壓縮率小于10% 時,所選O 型密封圈不能滿足活塞運(yùn)動速度為4 m/s、介質(zhì)壓力為6 MPa、摩擦因數(shù)為0.3 的液壓式配氣系統(tǒng)的動密封要求,要確保O 型密封圈的密封性,需要選擇合理的預(yù)壓縮率。