旋转冲击载荷下组合密封的敏感参数研究

在高温、三维复合运动耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封极易失效,限制了冲击螺杆钻具的推广应用.为研究高温、高转速和往复运动耦合作用下传动轴总成密封特性及参数敏感性,定义轴与滑环形成的接触面为主密封面,O形密封圈与槽底面形成的接触面为次密封面,基于主密封面接触压力,对影响冲击螺杆钻具传动轴组合圈密封特性的相关参数进行数...     

热机耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴密封性能分析*

针对高温、三维复合运动(往复+旋转)耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封失效问题,设计氢化丁腈橡胶热老化试验,基于热老化试验数据建立热老化效应冲击螺杆钻具传动轴总成O形密封圈三维有限元模型,采用有限元方法研究流体压力、温度、摩擦因数和往复速度对传动轴总成O形密封圈静密封及动密封性能的影响。结果表明:静密封状态下高应力区位于O形密封圈右侧,高接触压力区位于O形密封圈内接触面、外接触面和侧面,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大,最大接触压力整体上随着摩擦因数的增大而减小;动密封状态下最大von Mises应力和最大接触压力在往复速度为0.4 m/s和摩擦因数为0.25出现异常规律,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大。由此建议密封圈在静密封和动密封状态,在往复速度小于0.4 m/s和较小摩擦因数下运行。     

矩形橡胶密封圈的有限元分析

利用ANSYS建立了矩形橡胶密封圈的有限元模型,分析了初始压缩率和液体压力对矩形圈变形和密封面处接触压力的影响,并与O形圈进行了对比。结果表明,矩形圈密封面处的接触压力随初始压缩率和液体压力的增加而增大;矩形圈较O形圈的接触压力均匀、密封面大、密封效果好且初始压缩率小、老化速度慢、尺寸稳定性好,但矩形密封圈的接触面积大,散热效果差,只能用于静密封。     

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。     

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。     

加氢枪用滑环式组合密封圈密封性能研究

本文提出一种加氢枪用滑环式组合密封圈,工作压力达70MPa,由PEEK材料的滑环和氟橡胶的O形圈组成。模拟分析了密封圈的静密封机理及介质压力的影响。测试了密封圈的静密封和动密封性能。结果表明:滑环与活塞杆的接触压力,及滑环与O形圈的接触压力,随介质压力呈线性变化,前者斜率大于后者。最大Von Mises应力分布在滑环圆周槽内,低于PEEK的屈服极限。组合密封圈在70MPa下可实现零气泡的静密封漏率。     

航空液压作动器O形圈静密封性能及可靠性有限元分析

利用ANSYS Workbench软件建立了一个航空液压作动器O形圈静密封数值仿真模型,研究了O形圈在不同压合量、油液压力、温度等条件下的接触压力分布和Mises应力分布,以此得到压合量、油液压力、温度等因素对O形圈静密封性能和使用寿命的影响。结果表明：随压合量、油液压力的增大或者温度的升高,O形圈的最大接触压力和最大Mises应力都增大,密封性能良好但是使用寿命下降。计算了各压合量和油液压力下O形圈的有效密封宽度,并利用有效密封宽度来评价O形圈静密封的可靠性。     

格莱圈动密封性能分析及密封参数优化*

针对伺服液压缸活塞中使用的格莱圈组合密封形式,利用有限元分析软件ANSYS Workbench建立其二维轴对称有限元模型,研究格莱圈在不同密封参数(O形圈预压缩率、矩形滑环的厚度、O形圈的材料硬度)下对其动密封性能的影响。结果表明:在矩形滑环的中间区域,主密封面上最大接触压力随着O形圈预压缩率和O形圈材料硬度的增加而增大,随着矩形滑环厚度的增加而减小;启动摩擦力随着O形圈预压缩率和O形圈材料硬度的增大而增大,随着矩形滑环厚度的增大而减小。基于响应曲面法,以最大接触压力和最小启动摩擦力为优化目标,对格莱圈的密封参数进行优化设计。优化后最大接触压力增大,启动摩擦力减少,提高了格莱圈的密封性能。     

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。     

牙轮钻头单金属密封性能分析及结构创新

针对石油钻采过程中牙轮钻头密封易失效的问题，在ANSYS Workbench软件中建立单金属密封模型并进行有限元分析，研究其预装配以及环境压力2个载荷步下的整体密封状态。分析不同环境压力、装配位移、O形圈硬度、静环尺寸等重要参数对动密封面以及橡胶圈表面接触压力的影响。数值模拟结果表明：动密封面接触压力呈线性分布，保证了良好的内外压差；橡胶圈两侧接触压力为33 MPa，支撑环处接触压力达到37 MPa，满足密封要求。为改善静环外侧易磨损导致密封失效的问题，对静环和支撑环结构进行创新，增加O形圈与支撑环之间的接触面积。结果表明：新结构的动密封面接触压力呈矩形分布，在保证了密封效果的前提下解决了静环易变形磨损的问题；静环支撑环之间的接触压力由37 MPa提高至55 MPa，同时增加了静环底部接触面的接触压力，有效地提高了单金属的密封性能。     

旋转组合密封圈表面结构对密封性能的影响

为研究旋转组合密封圈表面结构对密封性能的影响规律,对方圈表面分别加工单槽和双槽等不同表面结构,利用ABAQUS仿真分析不同表面结构的旋转组合密封圈在完成过盈安装与流体加载后的应力及接触压力分布,并研究油槽宽度变化对组合密封性能的影响。仿真结果表明:在过盈安装与流体加载情况下,O形圈的最大von Mises应力均有所减少,而带槽密封圈最大von Mises应力都出现增长,且过盈安装状态下应力增幅较大;带槽密封圈接触面被油槽分为多段,每段接触压力曲线相似,而接触压力均有不同程度的增大;方圈最大von Mises应力值在过盈安装状态下随着宽度增加而增大,在流体加载状态下随着宽度增加有不同程度的减小。方圈表面增加油槽有利于在动密封面上形成多个动压润滑区域,对增强密封性能、改善润滑条件具有一定作用,但增加油槽后会增大方圈应力,增加疲劳损坏风险。     

不同沟槽棱圆角半径对带挡环的O形圈密封的影响

O形圈密封沟槽棱圆角有利于O形圈和挡环的安装,防止O形圈或挡环被锐边划伤而影响密封可靠性,且沟槽棱圆角半径对O形圈密封性能也有较大影响.以沟槽棱圆角半径为变量,利用有限元分析软件建立有、无挡环配合使用2种O形圈密封结构的二维轴对称模型,分析在35 MPa介质压力下静密封和动密封2种密封状态下O形圈密封性能,比较不同半径...     

基于ANSYS的O形圈活动量对密封性能影响探究

以某飞机某部位作动筒渗漏和密封圈扭转断裂的故障为切入点,利用有限元分析软件ANSYS建立O形橡胶密封圈(简称O形圈)的二维轴对称模型,对装配阶段和静压阶段下不同配合间隙、沟槽深度、沟槽宽度、圆柱度和偏载对密封性能的影响进行分析。结果表明：在一定范围内,配合间隙、沟槽深度、沟槽宽度对密封性能影响较大,而圆柱度和偏载对密封性能影响较小;在允许的范围内,较小的配合间隙、合适的沟槽深度和宽度能够得到优异的密封性能。该作动筒的O形圈发生渗漏和扭转断裂的原因为密封槽宽度偏大,综合考虑,对密封槽宽度进行改进能够有效提升O形圈的密封性能。     

给水泵油封装置O形密封圈的有限元非线性分析

为解决给水泵油封装置中O形圈因密封失效而引起泄漏的问题，利用有限元法对密封圈的大变形、超弹性进行非线性接触分析。首先建立密封圈与转动环沟槽之间的轴对称模型，分析O形圈在不同压缩率、不同轴向压力下的应力分布规律，进而对油封装置结构改进，最后利用试验台位测试油封的密封性能。结果表明： O形密封圈压缩率越大主接触面峰值应力越大，侧接触面应力基本不变；密封圈轴向压力的增加，接触应力也急剧上升，侧面接触应变较大，但工况内无胶料“挤出”发生；改进后双密封O形圈动环结构密封可靠性、安全性更高，在不同工况下进行密封性能试验，油封装置无泄漏，为油封密封圈选型以及避免给水泵实际运行中出现“滴、漏”现象具有一定的指导意义。     

双向连通槽热流固耦合热变形研究

针对传统的螺旋槽型不能满足旋转设备反向运转的密封要求的问题,根据双向槽型机械密封结构特点,提出一种双向连通槽型,通过建立热流固耦合模型,确立传热边界条件,采用ANSYS Workbench对几何模型进行单向耦合计算,讨论密封环在转速、压力作用下热变形规律.结果表明:双向连通槽泄漏量整体比螺旋槽型泄漏量小,且双向连通槽由...     

高压氢气环境下橡胶O形圈静密封结构有限元分析

利用ABAQUS软件建立了高压氢气环境下橡胶O形圈静密封结构的有限元分析模型,研究了高压氢气作用下由于橡胶材料的吸氢膨胀对O形圈变形及应力的影响,探讨了不同初始压缩率、氢气压力、沟槽间隙、有无挡圈等工况下O形圈最大Von Mises应力、最大剪切应力和最大接触应力的变化规律。结果表明:高压氢气环境下,吸氢膨胀会导致橡胶O形圈的截面高度和面积的增加,但对O形圈的应力基本无影响。增加O形圈压缩率会提高初始安装工况下的接触应力,有利于初始密封的形成,但当介质压力较大时,过高的压缩率会显著增加剪切应力,导致O形圈发生剪切破坏。相较于低压工况,高压下密封沟槽间隙对O形圈的Mises应力和剪切的影响非常显著,较大的沟槽间隙会使O形圈发生挤出和剪切破坏,而安装密封挡圈可明显改善O形圈的变形和应力情况,有效防止O形圈被挤入沟槽间隙,同时提高密封性能。     

水下柔性连接器的O形圈球面密封性能分析

水下柔性连接器可解决水下油气管道在连接时因管道角度偏离而无法成功对接的问题。水下连接器的密封结构以球面上的O形圈为主，为了验证连接器密封结构在水下的密封性能，通过对O形圈材料本构方程的计算分析，得到O形圈橡胶材料的重要材料参数；从von Mises应力、接触压力、不同接触面的接触宽度等方面，分析不同介质压力对O形圈密封性能的影响。结果表明：水下柔性连接器密封结构在不同工作状态下均能够保持良好的密封性能，且介质压力越大，O形圈与球形结构上的密封槽之间的接触应力就越大，连接器密封性能有所提升。通过压力试验验证了O形圈球形结构应用在水下是可靠的。     

应力松弛条件下O形圈的密封性能研究

为了研究O形圈的应力松弛规律及其在应力松弛条件下的密封性能,通过O形圈应力松弛试验,得到其轴向载荷衰减规律,将这些载荷值导入ANSYS中计算出O形圈的接触压力,并利用逾渗理论计算出O形圈密封面的泄漏率。研究结果表明:应力松弛条件下,O形圈上的轴向载荷随时间缓慢下降,初始压力越大轴向载荷衰减得越快,总体来看O形圈上的轴向载荷随时间遵循F_z=Aexp(-t/B)+C的衰减规律;施加的载荷越大O形圈与其接触面各点的接触压力越大,且不同载荷下O形圈与其接触面各点的接触压力均大于介质压力;应力松弛条件下O形圈密封面的泄漏率极小。试验、仿真计算及理论分析均表明,O形圈在应力松弛条件下具有良好的密封性能,证明了O形圈作为静密封的可靠性。     

典型橡胶O形圈密封结构实验装置的设计与应用

为了开展橡胶O形圈密封结构的老化状态检测研究,结合工程实际,设计一种典型橡胶O形圈密封结构的实验装置,并结合应用实例,解释该实验装置的应用。该实验装置不仅方便开展自由条件和约束条件下的激励实验,而且方便实现橡胶O形圈压缩量、衬套沟槽形状和大小的不同;方便衬套和橡胶O形圈的更换,可以通过更换不同老化程度的橡胶O形圈模拟结构的不同老化状态;方便传感器的布置,可以通过空气增压模拟介质压力,可以保持衬套轴向位置的稳定而不会影响其相对缸筒组件的转动,为研究橡胶O形圈密封结构的老化状态检测奠定了实验基础。