Y形活塞杆密封动静态性能分析及结构优化

为提高液压缸活塞杆用Y形密封的可靠性,研究其在动、静密封状态下的密封特性。通过有限元分析,研究Y形密封在不同工况下的受力、变形及主密封面接触压力分布规律。根据液压往复密封原理,研究不同介质压力下活塞杆密封在往复行程中的泄漏量的变化趋势。结果表明：Y形密封在安装工况下抵抗压力冲击的能力较弱;随着介质压力增大,Y形密封在静密封状态下的密封性能指数、动密封状态下的净泵回量均有所下降,防止泄漏的能力降低;高压工况下,Y形密封抗挤出能力降低,根部被挤入密封间隙,将出现咬伤现象导致密封系统失效。针对Y形密封工作过程中出现的咬伤问题,使用根部倒角的方法进行结构优化;利用中心设计方法建立以单个往复行程中的泄漏量为目标函数的响应面模型,对Y形密封进行结构优化。优化后的Y形密封在动、静密封状态下的密封性能得到提高,磨损速度、被咬伤的风险降低,提高了Y形密封的可靠性。     

基于正交试验的深海Y形密封圈结构优化

为提高深海极端环境中Y形圈的密封性能,采用有限元仿真分析Y形圈往复运动中接触应力和剪切应力的特征,通过正交试验分析Y形圈的根部倒角、唇底深度、唇间夹角、唇底圆角半径、唇边长度5个截面参数对其最大接触应力和最大等效应力的影响规律。结果表明：Y形圈根部倒角对密封影响最大,唇底深度、唇间夹角和唇底圆角半径对密封性能的影响次之,三者的影响程度基本相当,唇间夹角对密封影响最小。提出一种优化的Y形圈结构,研究表明,其最大接触应力提高3.99%、最大等效应力降低20.50%;当从海面到下潜到深海5 km的过程中,Y形圈最大接触应力、最大等效应力优于优化前,二者增幅都小于5%。相关研究有效提高了Y形圈在深海环境中的密封性能和可靠性,具有工程应用指导意义。     

Y形组合密封的密封性能研究

应用ABAQUS软件建立YO组合密封的有限元模型,分别比较Y形组合密封与Y形密封、聚氨酯和丁腈橡胶2种材料的Y形组合密封,在密封区域的静态接触压力和Mises应力分布,分析O形圈截面直径对2种材料Y形组合密封性能的影响规律。结果表明：Y形组合密封在密封区域的接触压力和Mises应力均大于相同规格、材料的Y形圈,且外行程时Y形组合密封接触压力增大更明显,应力分布更均匀,验证了Y形组合密封的双重密封和改善根部抗撕裂的特性;在O形圈截面直径相同的情况下,聚氨酯组合密封外行程与内行程的最大接触压力差值远远高于丁腈橡胶组合密封,而丁腈橡胶组合密封Mises应力分布更均匀;随着O形圈截面直径的增大,聚氨酯组合密封的最大接触压力呈现先增大后减小的趋势,丁腈橡胶组合密封呈现逐渐减小的趋势,但两者的Mises应力均呈现逐渐增大的趋势,且丁腈橡胶组合密封增大更显著。研究结果为不同工作条件下密封件的选择提供了参考依据。     

基于有限元分析的O形圈密封高压咬伤问题研究

该文对O形密封圈采用超弹性单元建立了轴对称非线性二维有限元分析模型,利用ANSYS有限元分析软件,采用增强拉格朗日几何非线性和接触非线性算法求解。对液压静态O形橡胶密封圈在不同预压缩量、胶料硬度、介质压力、密封腔间隙等边界条件下,进行O形圈的变形应力-应变分布规律研究,确定导致高压下O形圈间隙咬伤的密封失效准则和失效判据。建立了实现O形圈高压下有效密封的包络区域,并同试验结果对比验证了仿真结果的正确性,为指导高压下O形圈密封沟槽的优化设计提供参考。     

蒸压釜Y形橡胶密封圈应力分析及结构优化

采用有限元方法分析蒸压釜Y形橡胶密封圈在预安装、预压紧及工作状态下的变形与应力分布特性,结果表明蒸压釜密封槽密封腔的密封主要依靠Y形圈唇尖部位完成,同时该部位也最易损坏。分析蒸压釜Y形密封圈结构参数与密封圈应力变化之间规律,得到对Y形密封圈密封性能影响较大的结构参数,并通过正交试验方法对Y型密封圈进行结构优化。通过优化,在保证接触面可靠的接触压力的条件下降低了Von-mises应力,且Von-mises应力最大值位置由原来的密封唇尖转移到密封唇内侧,有效降低密封唇唇尖部位发生损坏的可能性;同时唇夹角的增大与Y形圈长度的减小可以达到节省材料的目的。因此,通过对Y形密封圈的优化达到了延长使用寿命、节省材料的目的。     

蒸压釜Y形橡胶密封圈有限元分析及结构优化

采用有限元方法分析蒸压釜Y形橡胶密封圈在预安装、预压紧及工作状态下的变形与应力分布特性,结果表明蒸压釜密封槽密封腔的密封主要依靠Y形圈唇尖部位完成,同时该部位也最易损坏。分析蒸压釜Y形密封圈结构参数与密封圈应力变化之间规律,得到对Y形密封圈密封性能影响较大的结构参数,并通过正交试验方法对Y型密封圈进行结构优化。通过优化,在保证接触面可靠的接触压力的条件下降低了Von mises应力,且Von mises应力最大值位置由原来的密封唇尖转移到密封唇内侧,有效降低密封唇唇尖部位发生损坏的可能性;同时唇夹角的增大与Y形圈长度的减小可以达到节省材料的目的。因此,通过对Y形密封圈的优化达到了延长使用寿命、节省材料的目的。     

往复密封轴用Y形密封圈密封性能分析

为研究往复密封轴用Y形密封圈在静、动密封工作时的密封性能,利用有限元软件ABAQUS建立了Y形密封圈二维轴对称有限元模型,讨论了工作压力、密封间隙、往复运动速度、摩擦系数对其密封性能的影响。结果表明:静密封工作时,Y形密封圈内部应力基本呈对称分布;动密封工作时,Y形密封圈内唇侧应力明显大于外唇侧应力,外行程应力变化波动幅度大于内行程相应应力变化波动幅度,外行程更易引起密封圈失效;Y形密封圈根部、上端开口处、内唇唇口、密封圈与活塞轴接触区域较易发生失效;Y形密封圈最大接触应力均大于相应工作压力,具有较好的密封性能;往复运动速度对最大Von Mises应力影响较小;工作压力、密封间隙、摩擦系数对最大剪切应力影响较大。     

具有复合作用的异型密封

在液压和气动系统中,常用的密封有O形圈、Y形圈和V形圈。本文再介绍三种具有复合作用的密封形式。1 “Z”形密封“Z”形密封如图1a所示。主要用于运动副中孔的密封。用它可以代替两个Y形密封,使构件的轴向尺寸减小。两个V形腔受力时的合力作用,分别压向密封槽底和密封孔壁,加强了这两处的接触压力,提高了密封效果。如图1b。这种形式的密封,还具有O形圈密封的特点,即自润滑作用强、摩擦力小。     

基于ANSYS的Y形密封圈密封性能研究

利用有限元分析软件ANSYS研究Y形密封圈的密封性能,分析不同工作压力下密封偶合面间的压力分布与变形,得到密封偶合面间的接触应力分布规律及接触应力与工作介质压力之间的关系。模拟不同工况时Y形圈与相对运动表面间的摩擦力大小及Y形圈的挤出状况,给出不同间隙和不同工作压力下的挤入临界曲线。结果表明:Y形密封圈接触压力的最大值发生在密封圈与缸体接触的唇部区域;摩擦力最大值发生在Y形圈与活塞及缸体接触的2个唇形区域;Y形密封圈上下唇的最大接触压力随着工作压力的增加而增大,且总是大于工作压力,并且外行程时受到的摩擦力总是大于内行程时受到的摩擦力,因而具有良好的耐压性和密封性能。     

基于ANSYS的挖掘机铲斗油缸用Y形圈温度场分析

采用有限元分析软件ANSYS研究20 t挖掘机铲斗油缸用Y形圈在一个往复运动周期内、不同热源作用下的温度分布;采用控制变量法分析各因素(介质压力、往复运动速度、介质温度等)对Y形圈温度场的影响。结果表明:只考虑摩擦生热时,最高温度出现在Y形圈密封唇口处,考虑机械滞后生热时,最高温度出现在Y形圈根部较厚的部位,且在一定环境温度下摩擦生热对Y形圈最高温度的影响较大;相比于介质压力,活塞杆往复运动速度对Y形圈最高温度的影响更为显著,在只考虑机械滞后生热时,油液温度对Y形圈最高温度的影响较大,介质压力和往复速度对Y形圈最高温度的影响较小。     

基于ANSYS的Y形圈温度场分析

采用有限元分析软件ANSYS研究20 t挖掘机铲斗油缸用Y形圈在一个往复运动周期内、不同热源作用下的温度分布;采用控制变量法分析各因素(介质压力、往复运动速度、介质温度等)对Y形圈温度场的影响。结果表明:只考虑摩擦生热时,最高温度出现在Y形圈密封唇口处,考虑机械滞后生热时,最高温度出现在Y形圈根部较厚的部位,且在一定环境温度下摩擦生热对Y形圈最高温度的影响较大;相比于介质压力,活塞杆往复运动速度对Y形圈最高温度的影响更为显著,在只考虑机械滞后生热时,油液温度对Y形圈最高温度的影响较大,介质压力和往复速度对Y形圈最高温度的影响较小。     

双作用多级液压油缸密封装置的改进

针对双作用多级油缸密封装置在使用过程中存在的划伤、失效、变形等缺陷,在油缸密封装置的滑环两侧设置支撑环,避免了滑环唇边被挤入过油孔划伤破坏,采用双O形密封圈结构并在O形圈的密封槽内设置挡圈,避免了O形密封圈被间隙咬伤和中心活塞杆与相邻缸筒之间严重磨损,从而保证密封可靠,延长油缸在高压环境中的工作寿命。     

基于有限元分析方法的Y形圈性能优化设计

基于有限元分析方法对Y形圈的抗挤出性能和摩擦性能进行优化。分析Y形圈在不同介质压力下的密封性能和抗挤出能力,提出对Y形圈进行根部倒角的方法以改善其根部在较高介质压力的抗挤出能力,并通过对不同倒角大小的抗挤出效果的分析,选择在标准沟槽下的合适倒角值;采用正交实验设计方法分析Y形圈各关键结构参数对其摩擦性能的影响,基于总径向力和最大接触压力这两个指标对结构参数水平进行优选,使优化的Y形圈结构具有较低摩擦力和较高接触压力,从而改善了Y形圈的摩擦性能。     

超临界CO2连续萃取装置不同密封结构性能比较

为探究超临界CO₂连续萃取环境下合适的料仓用密封件,利用ANSYS软件建立O形、Y形与U杯形密封圈二维对称模型,分析推入过程中压缩量、摩擦因数影响下密封件的接触应力、等效应力和最佳推入形式,以及承压状态下密封件应力分布与应力的变化规律。结果表明:在推入过程中,O形圈拥有较好的预紧密封性能,U杯形圈的等效应力最小且应力分布均匀;随着压缩量与摩擦因数的增大,O形与Y形圈应力变化会发生波动,而U杯形圈各应力保持线性增长;承压工作状态下,唇形的Y形和U杯形密封件密封性能优于O形圈; Y形圈在高压工况下密封性能最优异,但低唇底部容易发生剪切破坏,影响其使用寿命,而U杯形圈在高压工况下密封性能表现最稳定、可靠。     

深海环境下的O形圈静密封设计

针对深海高压特殊环境,将现有O形圈密封结构进行改进和优化使其在海下具有更好的密封性能。利用ANSYS软件建立O形橡胶圈二维轴对称模型,分析深海环境下密封槽直径、O形圈材料、密封槽深度、法兰间隙等对O形圈密封性能影响。结果表明:深海环境下,应适当加大密封槽直径以避免压缩后O形圈与槽壁间形成空腔;深海环境下使用的O形圈,采用丁腈橡胶,选择压缩率在20%~25%之间,密封间隙为0较为合适。     

Y形密封圈的有限元分析及结构改进

采用有限元软件ABAQUS,分析活塞和活塞杆间Y形密封圈密封面上的接触压力和摩擦力。针对Y形密封圈存在的密封面接触压力过大和摩擦力波动较大的问题,在原来的Y形圈唇部增加一个O形密封圈,起静密封和提供弹力支撑的作用。分析结果表明,优化后Y形圈接触压力和摩擦力明显减小,且摩擦力曲线波动更小,既能保证密封效果,又减小了因摩擦过大引起的Y形圈磨损失效,提高了Y形圈的使用寿命。     

基于有限元的电液舵机O形圈密封多参数耦合优化

某型号弹载电液舵机采用O形圈密封,其工作可靠性和使用寿命与O形圈密封性能密切相关。为了探究压缩率、槽口圆角和密封间隙在耦合条件下对其密封性能的影响,建立了二维有限元模型,施加了流体压力载荷,研究了压缩量、槽口圆角和密封间隙等参数对O形圈在承载时的等效应力和接触应力的影响,为密封结构的优化提供了理论依据。     

一种新型Y形密封单元及其在液压油缸密封中的应用

针对数控机床用液压平衡油缸密封单元的易损问题,对典型的密封单元失效模式进行总结,在分析一般O形圈及Y形圈密封原理的基础上,设计一种新型的Y形密封单元,并成功用于多台数控机床液压平衡油缸的维修和改造。实践证明新型Y形密封单元能大幅提高液压平衡油缸的密封性和寿命,并可应用于其他类型往复运动装置的密封。     

对O形密封圈最大密封间隙的探讨

针对O形密封圈的密封特点,分析了密封间隙对O形圈密封可靠性的影响,探讨了该密封间隙的极限值。     

振动环境下O形圈静密封性能分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了加挡圈O形圈二维轴对称几何模型，对高压工况下振动对密封圈静密封性能的影响进行研究。首先，给出了振动工况下O形圈的密封行为变化，预测密封件易失效部位；其次，对比分析了不同压力和振动幅值对密封静力学性能的影响。结果表明：较大的介质压力加剧O形圈被挤入张开的密封间隙，活塞杆振动挤压O形圈材料，从而造成应力集中，因此在介质压力较大时，需要注意防震；而提高挡圈材料的回弹性，能有效防止由于振动造成的O形圈的失效损坏。