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。     

接触式中间旋转环式机械密封的结构优化

借助ANSYS分析影响中间旋转环式机械密封性能的关键结构参数,结果表明,静环和动环的伸出长度对密封性能的影响很小,中间环厚度和密封面宽度对密封性能的影响较大,且中间环厚度及密封面宽度对密封性能的影响是相互独立的;中间环厚度增大时,最高温度和最大等效应力减小,但最大接触压力和泄漏量增大;密封面宽度增大时,最高温度、最大等效应力和泄漏量增加,但最大接触压力减小。对密封环结构进行优化,得出最佳的动静环伸出长度、中间环厚度和密封面宽度,优化后机械密封的最高温度、最大等效应力、最大接触压力下降,对机械密封的运转更为有利。     

中间旋转环式机械密封结构优化研究

借助ANSYS分析影响中间旋转环式机械密封性能的关键结构参数,结果表明,静环和动环的伸出长度对密封性能的影响很小,中间环厚度和密封面宽度对密封性能的影响较大,且中间环厚度及密封面宽度对密封性能的影响是相互独立的;中间环厚度增大时,最高温度和最大等效应力减小,但最大接触压力和泄漏量增大;密封面宽度增大时,最高温度、最大等效应力和泄漏量增加,但最大接触压力减小。对密封环结构进行优化,得出最佳的动静环伸出长度、中间环厚度和密封面宽度,优化后机械密封的最高温度、最大等效应力、最大接触压力下降,对机械密封的运转更为有利。     

超高压动密封结构设计及耦合变形分析

旋转动密封是海洋机器人电机和深井钻井设备的关键部件,密封失效往往会造成重大的经济损失。针对高压动密封由于环境压力波动而过早失效的情况,对平衡式机械密封模型进行受力分析,确定了不受压力波动影响的有限元模型,并在不同压力下对所设计的密封进行了热力耦合分析,得到密封端面在低压下的位移和应力云图,结果显示高温下双侧受压动密封面的温度最高点出现在密封面的中径附近;动密封面的变形和应力受环境压力比较明显,从内径到外径的热变形和应力逐渐变小,在接近外径处变形出现突降。     

基于ANSYS的聚氨酯蕾形密封圈有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立液压支架立柱上使用的聚氨酯蕾形密封圈有限元模型,仿真分析不同工况下液压支架立柱导向套的密封性能,探讨压缩率和介质工作压力对蕾形圈密封性能的影响。结果表明：聚氨酯蕾形圈Von Mises最大应力出现在与导向套和活塞杆接触区域的中间部分,该区域最先出现裂纹而引起损坏失效;提高压缩率能改善密封性能,但过大的压缩率容易导致蕾形圈内应力过大而出现裂纹;工作压力对密封圈Von Mises应力的影响不大;工作介质压力增大聚氨酯蕾形圈接触压力也增大,且最大接触压力始终大于介质工作压力,能够保证液压支架立柱密封性能。     

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。     

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。     

钻井工况下单金属密封接触分析及实验研究

结合钻井领域高温高压工况,对单金属密封的装配过程和双侧受压情况进行有限元分析,求得动密封面接触压力梯度分布,并结合MATLAB和雷诺方程提出了一种计算动密封泄漏率的新方法;然后根据钻井工况搭建了旋转动密封实验台,对动密封面的接触压力分布情况和泄漏率进行测试。实验和仿真结果表明,在低压工况下动密封面呈收敛状态,有利于润滑油膜的形成,而高压工况下则发散;随着润滑油和钻井液压差的增大,动密封面内侧的接触压力逐渐减小,而外侧逐渐增大;泄漏率随着动密封转速的升高而增大,随着动密封轴向位移的增加而降低。     

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。     

液压式配气系统O型密封圈动密封特性分析

利用ABAQUS软件建立活塞运动速度为4 m/s、介质压力为6 MPa、摩擦因数为0.3的液压式配气系统O型密封圈有限元分析模型,分析不同往复运动速度、预压缩率、介质压力对液压式配气系统O型密封圈动密封特性的影响。结果表明:O型密封圈密封面的接触压力随位移的变化而产生波动,接触压力随介质压力、预压缩率的增大呈线性增大,运动速度对接触压力影响不大,接触压力曲线波动幅度随运动速度、介质压力、预压缩率的增大而增大;O型密封圈与油缸之间接触面的动密封性能优于O型密封圈与活塞之间接触面;O型密封圈在推程时的动密封性能优于回程;预压缩率小于10%时,O型密封圈不能满足该液压式配气系统的动密封要求,要确保O型密封圈的密封性,需要选择合理的预压缩率。     

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。     

齿形滑环密封圈力学性能分析及结构改进

建立齿形滑环密封系统的数值计算模型,采用有限元方法分析O形圈和滑环的接触压力和应力分布,并探讨初始压缩率、介质压力和滑环齿厚对齿形滑环密封圈密封性能的影响。结果表明:齿形滑环密封系统中O形圈的高应力区出现在靠近凹槽底部位置,而滑环的高应力主要集中在与轴筒和凹槽接触的2个尖角部位;增加初始压缩率可提高密封圈的密封性能,但密封圈的应力也逐渐增大;介质压力越大,密封圈的应力及密封面上的接触压力也随之增大;适当增加滑环齿厚可提高密封圈的密封性能及滑环抵御变形的能力。针对齿形滑环密封圈中滑环与凹槽接触的2个尖角处最易发生失效的问题,采用对其两尖角倒角的改进方案。结果表明:在相同工作条件下,改进后齿形滑环密封圈主密封面的最大接触压力提高,而且滑环和O形圈截面的最大Von Mises应力减小。因此,改进后的齿形滑环密封圈密封性能更好,使用寿命更长。     

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。     

O形密封圈密封性能非线性有限元数值模拟

利用ABAQUS软件建立海底采油设备用O形密封圈轴对称模型,对其在不同压缩率、不同油压时的Von Mi-ses应力及密封面接触压力分布规律进行探讨,确定O形密封圈材料易失效位置;分析压缩率和油压对O形密封圈最大Von Mises应力、最大接触压力及最大接触压与油压压差的影响。结果表明:O形密封圈最大Von Mises应力、密封面最大接触压力随压缩率和油压的增加而增加,且O形密封圈在中低高压下的密封能力高于超高下的密封能力,为海底采油设备用O形密封圈的结构设计及选型提供相关参考。     

金属锥形密封性能的非线性有限元分析

利用ABAQUS软件建立水下采油树堵塞器用金属锥形密封轴对称模型,分析预紧状态时轴向位移和工作状态时介质压力对密封圈的Von Mises应力及密封面接触压力的影响,并确定能够实现初始预紧密封的轴向位移范围.结果表明:在塑性失效设计准则范围内,预紧状态时,随着轴向位移的增加,密封圈的Von Mises应力增加,密封面最大接触压力先显著增大后缓慢减少;工作状态时,随着介质压力的增加,密封件Von Mises应力增加,密封面最大接触压力基本不变,而密封接触面积逐渐增大,有利于密封的实现.     

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。     

基于压力渗透载荷的蕾形密封特性分析及参数优化

为改善蕾形密封的密封性能,考虑介质压力渗透效应,利用有限元分析软件ANSYS研究安装工况及介质压力作用下蕾形密封的密封特性,以及运动速度、摩擦因数、几何参数对动密封性能的影响。研究表明:介质压力作用时,蕾形密封密封面接触压力主要由支撑部承担,密封圈不会被挤入密封间隙,具有较好的抗磨损、抗挤出特性;动密封工况下,外行程比内行程产生的接触压力更大,外行程接触压力随摩擦因数增大而增大,内行程则相反,运动速度对动密封性能影响较小。根据几何参数对密封性能的影响对其进行响应面优化,在满足密封要求的前提下降低了活塞杆表面的最大等效应力,降低了活塞杆因表面疲劳磨损而发生密封失效的风险。     

O形圈动密封特性的有限元分析

利用软件ABAQUS建立了O形圈的轴对称有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对其不同工况下的力学性能进行了研究。结果表明:往复动密封中,O形圈主密封面最大接触应力与Von Mises应力的作用位置随运动方向的变化而改变,且大小随时间呈波动变化;速度小于0.25 m/s时,速度对摩擦力与剪切应力几乎无影响;随着摩擦系数、介质压力的增大,摩擦力与剪切应力对速度的敏感性变高;介质压力与摩擦系数对摩擦力与剪切应力影响较大,剪切应力与摩擦力呈同步变化;密封外行程Von Mises应力与剪切应力均大于内行程,更易引起疲劳与剪切破坏;预压缩率增加到一定值时,O形圈在动密封中所受的摩擦力急剧上升,动密封中预压缩率不宜过大。     

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。     

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。