基于正交试验的高压X形密封圈结构优化

基于正交试验法,利用ANSYS软件建立带挡圈X形密封圈的二维轴对称几何模型,分析沟槽结构、挡圈结构、安装状态和操作工况等参数对密封圈静密封性能和可靠性的影响;以最大Von Mises应力值最小为优化目标,对X形密封圈结构进行优化。结果表明:沟槽口和沟槽底的倒角尺寸过大或过小均会使密封圈产生应力集中;最大Von Mises应力随挡圈倒角尺寸和挡圈宽度的增大均先增大后减小,随着密封间隙的增大而快速增大;增大密封圈压缩率有利于提高主密封面上的接触压力,但会引起最大Von Mises应力增加;增大密封圈拉伸率有利于减小最大Von Mises应力,但X形圈安装变得困难;在高压(流体压力大于10 MPa)条件下,操作工况、安装状态参数和挡圈结构参数依次为影响密封圈密封性和可靠性的主要因素,是密封圈结构优化设计需重点研究的对象。     

水力加压器组合密封结构设计及参数优化

为了提高水力加压器密封性能,设计一种由滑环与O形密封圈组成的组合密封;利用流体压力渗透载荷的加载方法对密封结构进行有限元仿真,得到单因素滑环结构参数对密封性能的影响规律;利用正交试验,分析多因数滑环结构参数综合作用对活塞密封性能的影响。研究结果表明:滑环沟槽底部厚度、滑环侧边宽度、滑环高度、活塞单边径向密封间隙对动密封面接触压力影响依次减弱,新型密封结构选择滑环高度6.5 mm、滑环侧边宽度2.65 mm、滑环沟槽底部的厚度0.7 mm、单边径向间隙0.25 mm时,其最大接触应力比常规O形密封圈结构提高了245%;新型密封结构中的动密封面接触应力比常规O形密封圈结构有了显著的提高,提高了水力加压器的密封性能。     

基于数值模拟的矩形密封圈参数化分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立二维轴对称模型,对静密封中矩形密封圈与O形密封圈的密封性能进行了对比,分析了矩形密封圈压缩率、材料硬度、截面长宽比和倒角尺寸对矩形密封圈的变形、接触压力和Mises应力的影响。结果表明:在静密封中,矩形密封圈的密封性能优于O形密封圈的密封性能;压缩率越大,密封性能越好;材料硬度是影响密封性能的重要因素;截面长宽比对密封性能影响最小;倒角尺寸越小对最大Mises应力和最大接触压力影响越明显;矩形密封圈的接触压力分布均匀,更适合静密封结构。     

带台阶的D形橡胶密封圈密封特性分析

使用有限元方法分析一种新型带台阶的D形橡胶密封圈在不同预压缩率、工质压力和结构参数下的密封特性,并将之与相同尺寸的普通D形密封圈进行对比。分析结果表明:与普通D形密封圈相比,带台阶D形密封圈在高预压缩率下能获得更好的密封效果,但使用寿命较短;在低工质压力下,带台阶D形密封圈的密封性能更优,且使用寿命较长;在高工质压力下,2种D形密封圈的密封效果基本一致,但带台阶D形密封圈的使用寿命较短;结构参数H_1/H_2(底座矩形高度与截面弧形高度比)是影响D形密封圈密封性能的重要参数,当H_1/H_2的比值为3∶1时,2种D形密封圈的综合密封性能最优。     

基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。     

工况因素对S密封结构强度与密封性能的影响

S密封是为满足石油天然气行业的高温、高压和复杂的流体介质工况而专门设计的一类特殊密封圈。为研究S密封的结构强度和密封性能,建立S密封圈二维轴对称模型,仿真研究其在安装工况和作业工况下压缩量、介质压力和温度载荷对密封面结构强度和密封性能的影响规律。结果表明:在安装工况时, S密封圈弹性体最大等效应力和最大剪切应力出现在密封圈内部中心位置,最大等效应力分布呈轴向对称;在作业工况时,最大等效应力和最大剪切应力在中间靠近间隙位置;随着外过盈量和介质压力增大,弹性体最大等效应力和内外接触应力均呈现增大趋势;温度增加时,最大等效应力和内外最大接触应力均增加,但最大等效应力增加趋势较小。研究结果为S密封圈的性能和强度优化研究提供理论支撑。     

基于正交试验的纯水液压缸鼓形密封结构改进

为提高纯水介质下液压缸活塞用鼓形密封的性能,以ZY10000-20-40DB型掩护式液压支架的活塞密封为研究对象,利用Ansys有限元软件建立鼓形密封结构二维轴对称模型,通过正交试验的方法,分析活塞内外行程情况下,不同密封沟槽结构参数和密封圈结构参数的鼓形密封的密封性能以及破损特性,并对鼓形密封结构进行优化。结果表明：相比于密封圈结构参数,密封沟槽结构参数对密封性能的影响较小,沟槽内倒角的尺寸变化对密封性能没有影响;密封圈边长尺寸过大或过小都会引起应力的集中;最大von Mises应力和接触应力都随着密封圈外凸圆弧半径的增大而增大,随着密封圈内凹圆弧半径的增大而减小。优化后的鼓形密封的最大接触应力增大18%～20%,密封性能显著提升。     

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。     

基于ANSYS的Y形橡胶密封圈密封性能研究

利用有限元软件ANSYS模拟分析了往复运动Y形密封圈的静态和动态密封性能。研究了短唇倾角、唇谷高2个结构参数对Y形密封圈静态密封性能的影响;分析了工作油压、往复运动速度和摩擦系数3个工况参数对Y形圈动态密封性能的影响。结果表明:当短唇倾角在6°~10°,唇谷高在5~6 mm时,Y形圈的静态密封性能较好,且随着短唇倾角和唇谷高的增加,其静态性能增强;当工作油压小于10 MPa、往复运动速度在0.2~0.5 m/s时,Y形圈的动态密封性能较好,而密封圈与活塞杆间的动态摩擦系数对其密封性能影响不明显。     

往复密封用X形圈的优化设计及有限元分析

针对液压系统用X形密封圈的易失效部位,对其截面结构进行了改进设计.依据有限元理论,在有限元软件ABAQUS中建立了X形圈和其优化结构的二维轴对称密封模型,分析了它们在静密封和往复动密封中的密封性能.通过分析比较发现,对X形圈截面优化后可以提高其承载能力和疲劳寿命,增强其密封性能；在承载范围内,流体的压力越大,密封圈的最大等效应力和最大接触应力越大；往复运动速度越大,主密封面的最大接触应力随时间的波动性就越大.     

Yx形液压密封圈的有限元分析及结构优化

应用超弹性理论和非线性理论,采用有限元方法对Yx形液压密封圈的性能进行模拟,分析其失效的位置和模式,研究参数对密封性能的影响,提出结构优化模型。结果表明:Yx形密封圈工作时最大应力出现在上下唇交汇处,变形最大区域发生在Yx形开口靠近内唇处,其根部有较大的接触压力,并且可能发生咬伤现象;介质压力增大时,剪应力和最大接触压力明显增加;最大变形随初始压缩率的增加而线性增大,最大剪应力在压缩率为20%时达到最大;槽口圆角半径对Yx形密封圈密封性能的影响很小;摩擦因数增大时,最大剪切应力明显增加,但最大变形和最大接触压力都有减小的趋势。结构尺寸优化后,密封性能增强,接触宽度明显减小,密封圈根部摩擦和磨损得到改善,可以提高密封圈的使用寿命。     

压紧环唇形密封圈优化设计研究

为了提高盾构机主轴承密封圈的密封性能,建立主轴承密封圈优化设计流程,利用ANSYS Workbench分析研究压紧环唇形密封圈结构尺寸对其密封性能的影响,结果发现压紧环的直径、密封圈唇口的倾斜角度和密封圈的高度对其密封性能影响较大,结合这些参数,对压紧环唇形密封圈进行优化设计,优化分析的结果大幅提高了密封圈的密封性能,为盾构主轴承密封圈的设计选型提供了参考。     

O形橡胶密封圈密封性能的有限元分析

利用ANSYS建立了液压系统中液压缸用O形橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析计算了O形密封圈缸筒和轴套的间隙、密封轴套槽口倒角半径、O形密封圈的截面尺寸、橡胶材料参数、初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响。结果表明:O形密封圈缸筒和轴套的间隙对剪切应力的影响很大;轴套沟槽宽度、O形密封圈的截面尺寸和橡胶材料参数对密封面最大接触压力的影响很大;初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都很大;对于本文分析的结构,在其它条件不变的情况下密封轴套槽口倒角半径对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都不大;分析结果验证了长期使用的经验设计。     

液压支架立柱组合蕾形密封圈结构参数与密封性能研究

以某大采高液压支架立柱组合蕾形密封圈为研究对象,采用有限元法分析唇内、外倾角和唇谷高等结构参数对组合蕾形密封圈静密封性能的影响,同时研究油压压力、密封间隙、立柱活塞速度、摩擦因数对密封圈动密封性能的影响。结果表明:一定取值范围内,唇内、外倾角和唇谷高越大,静密封性能越好;油压越大、密封间隙越小,动密封性能越好;摩擦因数越大,外行程时动密封性能越好,内行程时则相反;活塞运动速度对动密封性能影响较小。为保证该组合蕾形密封圈具有良好的综合密封性能,各参数优化取值范围为:唇外倾角20°~30°,唇内倾角20°~35°,唇谷高度12.2~13.2 mm,摩擦因数小于等于0.1,密封间隙0.1~0.3 mm,油压不超过50 MPa。     

基于有限元的O形橡胶圈密封性能分析

该文首先简要介绍了密封圈工作过程对密封性能的几个影响因素。随后以水下用高压舱的O形橡胶圈密封(以下简称O形圈)过程为分析实例,采用ansys建立密封截面的工作模形,其中O形圈采用超弹性体单元hyper56模拟,密封舱体端面采用刚性单元模拟。通过改变密封截面的参数和介质压力,计算出了不同参数下的仿真结果。最后分析仿真结果总结了几个密封影响因素对密封性能的影响机理,提出如何提高O形圈密封性能的改进方向。     

基于实际间隙的全回转推进器桨毂动密封性能研究

全回转推进器桨毂动密封采用O形密封,其实际间隙的改变直接导致压缩率变化,从而对密封性能产生影响。从设计角度和工作角度对桨毂密封端面的实际间隙进行分析,研究服役过程中的装配误差、实际工况和摩擦磨损导致的间隙变化规律以及相互耦合。基于该实际间隙,在ABAQUS软件中建立桨毂动密封有限元模型,分析不同压缩率和介质压力下动密封的密封性能,如Mises应力、润滑脂油膜厚度和压力等,揭示了不同间隙下桨毂动密封性能的变化规律。结果表明:随着压缩率增大,最大Von-Mises应力和最大油膜压力增加,最小油膜厚度略微减小,最大Von-Mises应力由O形密封圈与桨叶法兰主接触区和桨毂体侧壁渐渐向主接触区过渡;随着介质压力增大,最大Von-Mises应力和最大油膜压力增加,最小油膜厚度略微减小,最大Von-Mises应力由O形密封圈与桨叶法兰主接触区和桨毂体底部逐渐向法兰低压接触区过渡;最大油膜压力始终大于油压值,动密封不会发生失效;通过适当增加装配间隙和介质压力有利于密封圈在自密封作用下获得更好的密封性能。     

叶片减振器O形密封圈结构设计与性能分析

O密封圈是叶片减振器的易损件,结合叶片减振器的性能及O形密封圈的结构特性,利用非线性的有限元力学分析方法对叶片减振器静密封O形密封圈结构进行建模、计算,完成O形密封圈的选型,结构设计以及优化其结构参数,提高叶片减振器静密封性能,确定叶片减振器静密封性能失效的准则,为叶片减振器密封圈优化设计与性能研究奠定基础.根据叶片减振器的实际工作压力,对O形密封圈的应力进行了仿真,结果准确可信.并通过实车实验的可靠性考核,证明了利用有限元设计静密封结构的方法可行.     

牙轮钻头径向非对称扁平密封性能研究

为了提高HAR橡胶密封圈寿命,提出一种新的径向非对称扁平密封结构。相比传统对称截面扁平密封圈,径向非对称截面的密封接触面积更小,因而减小了内圈动密封面旋转产生的热量以及磨损。通过试验对比氢化丁腈橡胶(HNBR)与丁腈橡胶（NBR）的性能,选择出合适的橡胶密封圈材料;分别建立径向非对称扁平密封圈与传统对称截面扁平密封圈的有限元模型,对比2种结构的密封性能;在不同的环境压力和温度下对径向非对称扁平密封圈的密封性能进行评价,并在现场进行应用验证。仿真结果表明：径向非对称扁平密封圈接触应力更大,密封性能更优;同时,其Mises应力明显低于传统对称截面扁平密封圈,证明径向非对称扁平密封更适合长期稳定工作。现场应用结果同样验证：在高温高压工况下,径向非对称扁平密封圈密封性能可靠,具有较高的实用价值。     

钢丝绳葫芦电机端盖密封性能的非线性接触分析

建立钢丝绳葫芦的电机端盖-密封垫-葫芦箱体密封系统的有限元模型,采用非线性接触分析方法,分析钢丝绳葫芦在正常运行和制动工况下的密封性能,研究螺栓预紧力以及垂向载荷对密封系统密封性能的影响。结果表明,在起重机正常运行和制动工况下,密封垫接触状况良好,未出现内外边界相连的间隙,具有较好的密封性能;通过计算发现,随着垂向载荷力的增加,密封垫间隙和相对错动值不断增大,在螺纹极限预紧力内随着螺纹预紧力的增加,密封垫间隙和相对错动值不断减小,密封性能得到提高。     

高压大型天然气快开盲板用C形橡胶圈密封性能分析

针对国内高压大型天然气过滤器快开盲板用C形橡胶密封圈,利用ABAQUS建立其有限元模型,分析密封槽宽度、内压、初始密封间隙、材料硬度、槽口倒角半径、钢圈直径对其性能的影响,得到这些参数的合理取值范围。结果表明：材料硬度对密封圈密封性能的影响较小,密封槽宽度对密封可靠度有一定影响,随密封槽宽度增加,最大接触压力呈下降趋势,密封可靠度有所降低;随着内压的增加,最大接触压力与内压的差值呈增大趋势,密封可靠性增加;随初始密封间隙增加,应力增加,密封可靠度有所降低;密封槽口倒角半径对密封圈剪切破坏的影响较大,倒角半径增大密封圈发生局部剪切破坏的可能性增大;钢圈直径对C形橡胶圈应力应变影响较大,钢圈直径增大,剪切应力呈减小趋势。