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。     

水液压O形圈锥面密封特性分析

针对水液压提升阀中的锥面密封问题,利用Abaqus有限元分析软件建立了锥面密封结构的二维轴对称模型,对其进行密封性能分析。分析了不同预压缩率、不同密封压力作用对O形密封圈所受最大接触压力、最大Mises应力的影响,确定了密封圈的易失效位置以及接触面的压力分布规律。结果表明:随着压缩率及密封圈所受液体压力的增大,密封圈所受到的最大Mises应力及接触面最大接触压力随之增大;带圆倒角的密封槽口或减小密封间隙,能有效减小密封圈挤出时密封槽口对密封圈的剪切应力,从而提高密封圈使用寿命,为水液压提升阀等液压元件的锥面密封结构设计提供设计依据。     

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。     

低温往复O形圈失效机制研究

针对油气弹簧O形圈低温往复条件下普遍出现的失效现象,采用有限元方法建立O形圈摩擦力计算模型,研究常温与低温工况下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力随油液压力的变化规律。结果表明,随油液压力的增加,常温下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力均增大,而低温下Von Mises应力、接触宽度减小,接触应力和摩擦力增大;低温工况下O形圈的Von Mises应力、接触应力和摩擦力远大于常温工况;当油液压力大于12 MPa时,摩擦力随油液压力的变化率增加;低温工况下橡胶材料的玻璃化导致的O形圈拉力与摩擦力增大是其密封性能下降进而失效的主要因素,实际使用中必须予以考虑。     

低温U形金属密封环密封性能有限元分析

为了研究U形金属密封环在不同工作条件下的密封性能,利用ABAQUS软件建立某U形金属密封环的二维轴对称模型,在静密封条件下计算分析U形密封环初始压缩量、工作压力及工作温度等操作参数对密封环最大Von Mises应力、接触压力大小及其分布以及接触宽度的影响。结果表明,在工作工况下,U形密封环上最大Von Mises应力小于材料屈服极限,最大接触压力满足密封要求,且在低温条件下适当增大工作压力可以提高其密封性能。根据计算结果,提出此U形密封环的极限工作条件,对该U形金属密封环的设计和使用有一定的指导意义。     

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。     

旋冲载荷下传动轴组合密封沟槽敏感参数研究*

随着勘探深度的增加,地层压力升高和岩石硬度增加,螺杆钻具经常发生横向涡动、纵向跳动、扭向振动及黏滑现象,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具,对比相同工况下星形圈、O形圈和组合圈密封特性,得到不同密封圈在静密封、动密封状态下接触压力分布,根据主密封面接触压力判定方法得到最佳密封圈结构。根据该结构研究沟槽敏感参数,并讨论沟槽形状、位置、数目和宽度等对组合圈密封特性的影响。结果表明:组合圈密封效果远远优于O形圈及星形圈;沟槽形状采用等腰三角形、沟槽数目为3时密封性能最优,沟槽位置于中间最合理;静、动密封状态下,主密封面接触压力随沟槽宽度增大而增大,而静密封状态下次接触面接触压力及O形圈应力几乎不变。     

基于ABAQUS的流体压力渗透O形圈密封性能仿真研究

为了探究液压系统中O形圈预压缩率、介质压力以及系统温度对O形圈密封性能的影响,该文通过有限元方法在ABAQUS中建立O形圈密封的二维有限元模型,采用流体压力渗透的加载方式模拟介质加压过程,该加载方式能自动精确地找到密封分离与接触的临界点,分析了O形圈在上述因素作用下等效应力和接触压力的变化规律。结果表明:预压缩率和系统温度对O形密封圈密封性能有一定的影响,而O形圈应力的变化主要取决于介质压力的变化,随着介质压力的增大,密封圈的接触压力也随之增大,并且密封圈的接触压力始终存在,表明O形密封圈密封性能良好。     

O形旋转密封圈的密封性能有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立了摆动液压油缸O形旋转密封圈的二维轴对称模型,分析计算了旋转轴直径、O形圈截面直径、O形圈内圆周向压缩率等结构参数对密封面最大接触压力和范·米塞斯(Von Mises)应力的影响。结果表明:介质压力为0时,旋转轴直径、O形圈截面直径对范·米塞斯(Von Mises)应力和密封面最大接触压力影响较大;O形圈内圆周向压缩率对Von Mises应力影响较大;在介质压力下,旋转轴直径、O形圈截面直径分别对Von Mises应力及最大接触压力的影响都不大,O形圈内圆周向压缩率主要是为了避免橡胶的焦耳效应;分析结果验证了长期使用的设计经验。     

硬度对液压马达O形密封圈性能影响的分析

以仿真转台液压马达密封结构为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立其有限元模型,采用罚函数技术和库仑摩擦模型对O形密封圈和马达密封副间的摩擦接触进行有限元分析,研究O形密封圈材料硬度对接触压力、密封圈Mises应力和密封圈与马达密封副间接触面积的影响,分析接触压力、密封圈Mises应力峰值和接触面积的分布规律。结果表明：接触压力随O形密封圈材料硬度的变化呈“驼峰”式变化;在“驼峰”位置随材料硬度的增加而增大;材料硬度小于85 HA时,对O形密封圈Mises应力的影响并不明显;材料硬度大于85 HA时,Mises应力增大幅度变大,容易导致密封圈损坏;密封圈与马达轴间静接触面积整体上随密封圈材料硬度的增大而减小,故应尽量控制密封圈硬度,保证足够的接触面积。     

水泥环破碎器矩形异形活塞密封性能分析

针对传统圆柱形液压活塞承载力不足问题,提出一种矩形异形活塞,研究其在不同工况下的密封性能。基于Abaqus软件建立异形活塞有限元模型,研究介质压力、密封间隙、活塞运动状态以及摩擦因数对密封性能的影响,并分析异形密封环不同位置处的应力分布和翻转情况。结果显示：静密封时,介质压力越大,密封环的最大Mises应力和最大接触应力越大;密封间隙越小,最大Mises应力与最大接触应力越大;相比静密封,内行程过程中最大Mises应力和最大接触应力都有明显增加,且随摩擦因数增加而增加,而外行程中最大Mises应力和最大接触应力相比静密封差异较小;各工况下应力最大值均出现在密封环圆弧段;在活塞运动过程中密封圈并未发生翻转,只是存在位置的平移情况。研究结果证明了异形活塞的可行性以及良好的密封性能,为活塞结构设计与优化提供了依据。     

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。     

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。     

两种密封结构橡胶密封圈密封性对比分析*

以发动机出水口处螺栓预紧橡胶密封结构为例,分别建立橡胶密封圈在三孔和四孔螺栓装配结构下的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对比分析橡胶密封圈在不同螺栓装配结构下在不同工作温度下的密封性能和应力状态。结果表明:随着温度的升高,三、四孔螺栓预紧结构下密封圈的von Mises应力、接触应力、最大真实应变及接触宽度均逐渐增大;各工况下采用三孔和四孔螺栓装配结构时密封圈的密封性能相差不大且均满足密封要求,但采用三孔结构时密封圈具有更小的von Mises应力,有利于提高密封圈的使用寿命。     

基于Abaqus的井下U形金属密封环性能研究

为满足井下流量控制阀在高温高压、强腐蚀工况下的密封要求,提出一种可用于径向密封的U形金属密封环;利用Abaqus软件建立密封环的二维有限元分析模型,计算在预紧和井下实际工况条件下的最大Mises应力和接触压力的分布情况,分析初始压缩量、密封环厚度和井下压力对密封性能的影响。结果表明:随着初始压缩量的增加,最大接触压力先增大后减小再增大;随密封环厚度增加,最大接触压力先减小后增大;随井下压力增加,最大接触压力波动增加。初压缩量为0.4 mm、密封环厚度为3.7 mm时密封效果最优;在井下工作压力为30 MPa时,U形金属密封环能够满足密封条件,实现紧密密封。     

基于正交法的凿岩机水封Y形圈结构参数优化

凿岩机水封在工作过程中承受旋转和冲击复合作用,易造成Y形圈密封失效和疲劳失效。为提高凿岩机水封性能,综合考虑旋转和冲击2种运动形式,对不同结构参数下的Y形密封圈性能进行有限元仿真;基于正交试验法,以最大接触应力和最大von Mises应力作为密封性能评价指标,通过极差分析得出影响密封性能的主、次要因素,并对Y形密封圈结构参数进行优化改进。结果表明：对最大接触应力有显著影响的因素是唇厚、倒角长度和唇长度,最大接触应力随唇厚和倒角长度的增加呈上升趋势,随唇长度的增加呈下降趋势;对最大von Mises应力有显著影响的因素是唇厚、唇口深度和唇与钎尾夹角,最大von Mises应力随唇口深度和唇与钎尾夹角的增加呈上升趋势,随唇厚的增加呈下降趋势。经过优化改进后,Y形密封圈的最大接触应力和最大von Mises应力分别下降了15%和45%。在保证密封效果的条件上,最大接触应力的下降减少了Y形密封圈的磨损,而最大von Mises应力的大幅下降,大大提高了Y形密封圈的寿命。     

气缸盖螺栓密封圈密封性有限元分析与试验研究

运用有限元理论与ABAQUS分析计算软件,建立某乘用车发动机气缸盖螺栓密封圈与缸体装配体的有限元计算模型,计算密封圈在装配状态下的最大接触压力和Von Mises应力,并采用静态面压试验进行验证。结果表明,该密封圈满足密封性与强度设计要求,具有足够的安全裕度;仿真分析结果与试验结果吻合较好,验证了有限元分析方法的合理性。分析密封圈与缸体的摩擦因数与密封介质压力对密封性能的影响。结果表明,密封圈与缸体的摩擦因数对密封性能影响较小;接触面上的最大接触压力随着密封介质压力的增大而增大,密封性能随之增强。     

矩形密封圈应力和接触压力的影响因素

为了将矩形橡胶密封圈应用于叶片式液压摆动油缸的旋转密封,利用大型有限元软件ABAQUS,求解矩形密封圈在配合挡圈使用前后,不同介质压力和预压缩量下应力与接触面压力分布情况;探讨相应的接触压力与介质压力、预压缩量的关系;并利用MATLAB绘制了分析结果曲线图。结果表明：矩形密封圈的最大范·米塞斯应力随预压缩量和介质压力的增长呈线性增长,随密封间隙的增加呈指数增长;矩形密封圈配合挡圈使用既能保证密封能力,又可以明显优化其内部的应力分布情况,防止密封挤出,延长密封圈的使用寿命。     

航空发动机石墨圆周密封接触特性分析

基于结构受力分析,利用ANSYS分析某型在役航空发动机石墨圆周密封的接触特性,研究不同工况参数对密封环最高温度、最大变形、最大应力及接触压力作用规律。结果表明:石墨圆周密封环主密封面应力分布比较均匀,密封环接头处应力最大,这与应用时接头处磨损较重的实际情况相符;辅助密封面和密封跑道应力分布均匀,密封座端面应力沿径向呈梯度分布,最大应力位于密封座靠近密封跑道边缘处;随滑动速度的增大,密封环主密封面最高温度增大,而最大变形、最大应力和接触压力表现为先减小后增大;石墨密封环主密封面最高温度、最大变形、最大应力和接触压力随密封压差增大而增大。