机械密封中的O 形密封圈设计研究

O 形密封圈是应用时间最长的密封形式之一,因其结构简单、制造成本低,是工业上应用最为广泛的密封形式。O 形密封圈在机械密封中的应用与其他的密封工况存在一定的差异,即在设计中既要考虑密封性能,还要考虑对机械密封性能产生的影响。文中对O 形密封圈在使用过程中产生的摩擦力进行详细分析,指出在机械密封中O 形密封圈设计需要关注的内容,并提出设计建议。     

水下航行器尾轴密封结构的研究

计算了橡胶O形圈和机械密封结构在水下航行器尾轴密封中的摩擦功率损耗。结果表明，使用机械密封的摩擦功耗比橡胶O形圈的少，采用机械密封可以提高水下航行器的航程。     

一种航天器运动机构O形轴向动密封摩擦阻力研究

针对航天器一种常用的多道冗余O形轴向动密封摩擦阻力偏大的问题,对密封圈压缩率、金属配副表面摩擦因数、装配状态等因素进行仿真和试验研究。通过试验获得密封圈压缩率与摩擦阻力的关系;建立密封圈橡胶材料与轴孔摩擦仿真模型,通过分析获得O形密封圈与不同金属副动摩擦因数可能存在关系,并通过轴孔模拟试验验证仿真结果。通过密封圈磨损部位及应力分析,探究密封圈磨损原因。结果表明：摩擦阻力随密封圈压缩率的增大呈非线性增大趋势,且压缩率越大,摩擦阻力增幅越明显,因此降低密封圈压缩率可有效降低摩擦阻力;影响密封结构摩擦阻力的关键因素在于轴与密封圈之间的摩擦因数,通过在轴表面涂覆润滑膜层,可有效降低主轴摩擦因数,从而降低摩擦阻力。     

Fluid-solid interaction model for hydraulic reciprocating O-ring seals

Elastohydrodynamic lubrication characteristics of hydraulic reciprocating seals have significant effects on sealing and tribology performances of hydraulic actuators,especially in high parameter hydraulic systems.Only elastic deformations of hydraulic reciprocating seals were discussed,and hydrodynamic effects were neglected in many studies.The physical process of the fluid-solid interaction effect did not be clearly presented in the existing fluid-solid interaction models for hydraulic reciprocating O-ring seals,and few of these models had been simultaneously validated through experiments.By exploring the physical process of the fluid-solid interaction effect of the hydraulic reciprocating O-ring seal,a numerical fluid-solid interaction model consisting of fluid lubrication,contact mechanics,asperity contact and elastic deformation analyses is constructed with an iterative procedure.With the SRV friction and wear tester,the experiments are performed to investigate the elastohydrodynamic lubrication characteristics of the O-ring seal.The regularity of the friction coefficient varying with the speed of reciprocating motion is obtained in the mixed lubrication condition.The experimental result is used to validate the fluid-solid interaction model.Based on the model,The elastohydrodynamic lubrication characteristics of the hydraulic reciprocating O-ring seal are presented respectively in the dry friction,mixed lubrication and full film lubrication conditions,including of the contact pressure,film thickness,friction coefficient,liquid film pressure and viscous shear stress in the sealing zone.The proposed numerical fluid-solid interaction model can be effectively used to analyze the operation characteristics of the hydraulic reciprocating O-ring seal,and can also be widely used to study other hydraulic reciprocating seals.     

浮动油封O形圈黏弹性行为研究及结构优化设计*

通过(实验)力学理论计算和有限元模拟的方法,研究了浮动油封结构中O形橡胶密封圈的黏弹性行为。结果表明:松弛过程中密封压力随着时间增加逐渐减小,蠕变过程中蠕变位移随着时间增加逐渐增大,均可能导致浮动油封结构的漏油失效。建立的理论计算模型与有限元分析结果一致,证明该有限元分析方法可用于预测浮动油封O形圈在松弛和蠕变过程中的载荷和位移变化。同时考虑到浮动油封由于O形圈的结构松弛和其与浮动油封座摩擦损伤可能导致的浮动油封结构漏油失效,提出了一种包含PTFE垫圈和恒压弹簧的浮动油封新结构。     

考虑O形圈初始安装变形的浮动油封接触特性*

为研究浮动油封O形圈初始安装变形的影响,基于Ansys Workbench平台建立浮动油封的二维轴对称有限元模型,并考虑O形圈初始安装变形进行非线性接触分析,研究不同油压、安装间隙、硬度对于O形圈的应力、接触压力、接触摩擦力以及浮封环端面支反力的影响。结果表明：考虑安装过程的情况下,O形圈并不是位于浮动油封中相对居中的位置,而是在浮动油封中部偏上位置,且O形圈的最大von Mises应力相比不考虑O形圈安装过程时更大,因此考虑O形圈安装过程更符合实际情况;油压升高造成最大von Mises区域变小变窄会加大裂纹失效的风险;最大接触摩擦力集中于浮封环端面处,且接触长度随油压增大不断增加;浮封环端盖y方向作用力的增速远超x方向作用力的增速;在恒定油压的情况下,应力随安装间隙的减小而增大,应力随硬度的增加而增大;浮动油封在2 MPa油压范围内,最大接触压力均大于油压,能保证浮动油封的自密封性。     

双浮动密封橡胶O形圈接触应力分析

针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈各应力最大值随压缩率的增加呈线性增大, O形圈内高应力分布区域随压缩率的增加而增大,并由接触部位附近向其中间位置扩散;摩擦因数对O形圈各应力影响很小,而浮封座和浮动环的斜面角度对O形圈等效应力和接触压力影响较大;随着浮封座斜面角的增加,等效应力总体趋于减小,接触压力先减小后缓慢增加,而剪切应力整体变化较小;随着浮动环斜面角的增加,等效应力、接触压力呈递增趋势,剪切应力曲线上下波动,但整体变化不明显。确定双浮动密封浮封座和浮动环斜面角度最优值,为双浮动密封结构设计提供了指导。     

湿式离合器液压缸活塞密封圈改进设计及仿真分析

O形密封圈具有结构紧凑、便于安装等优势,被广泛的应用于湿式离合器。工作过程中,作动部件由静止开始做变速运动,受动静摩擦力共同作用,而关于该过程研究较少。按照国家标准对湿式离合器液压缸活塞密封圈进行设计,通过workbench建立密封圈模型,根据密封圈接触应力及等效应力云图对密封圈、活塞沟槽尺寸及材料硬度进行优化仿真。由仿真分析可知,优化后密封圈及沟槽结构尺寸更加合理,且密封圈材料IRHD硬度应在70~80之间选取。同时获得液压缸运动过程中密封圈动静摩擦力变化曲线,该曲线为湿式离合器响应时间及控制策略研究奠定了基础。     

激光核聚变中冲击波观测镜密封结构改进设计

介绍了一种激光核聚变中冲击波观测镜真空密封结构的改进设计,并论述了O形圈的选取以及密封槽的设计方法。在改进设计中采用具有良好压缩和摆动性能的焊接波纹管取代金属波纹管,将原来的动密封改为法兰端面静密封,克服了动密封结构中O形圈与轴之间的摩擦力,提高了真空密封性能,方便了系统装配。改进设计中滑动、转动部件位于真空环境之外,故在部件中使用润滑油不会污染真空环境,使系统调节更加省力。     

往复运动橡胶O形密封圈密封机制及其特性的研究

通过对O形橡胶圈在往复运动中密封机制及其特性研究,探讨影响密封性能和使用寿命的重要因素,分析密封失效原因,为指导科学合理设计和正确使用O形橡胶圈密封提供参考。     

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。     

三种型式轴封的摩擦功耗测定与比较

摩擦功耗是评价轴封节能与否的重要指标。利用MMU-2摩擦磨损试验机对3种结构型式轴封即填料密封、机械密封和360度旋转式组合密封的摩擦功耗进行了测定。试验结果表明:3种型式轴封的摩擦功耗随转速的增大而增大,填料密封摩擦功耗最大,机械密封摩擦功耗次之,360度旋转式组合密封摩擦功耗最小;不同材料的填料密封的摩擦功耗不同,碳纤维填料密封和四氟填料密封摩擦功耗基本接近,并且远远低于芳纶填料密封。该结果为正确选择轴封提供了重要的参考依据。     

O形圈剪切破坏的可靠性分析

首先利用商业有限元软件ABAQUS建立了O形密封圈的有限元模型,采用非线性有限元方法计算了O形橡胶圈的剪应力的分布,分析了间隙、初始压缩量、密封槽1:7圆角半径、流体压力以及摩擦系数等设计参数对剪应力的影响.最后计算了以剪切破坏为失效模式的O形密封圈的可靠性指标.     

基于ANSYS的O形密封圈磨损仿真方法研究

针对多型采用O形密封圈的产品磨损失效且无相关磨损仿真手段的现状,基于ARCHARD的摩擦磨损模型,利用ANSYS软件结构分析与热分析功能,提出了一种用于进行O形密封圈磨损仿真计算的方法。仿真过程中综合考虑了接触压力和摩擦热对摩擦磨损的影响,采用网格重构的方法解决了仿真过程中难于对材料磨损进行模拟的问题,并将仿真过程以编程的方式实现。结合工程实际,提出了判断O形密封圈磨损失效的依据。给出了应用此方法进行计算的具体算例。     

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...     

气动平衡器O形密封圈与气缸润滑特性分析

为了降低O形密封圈与气缸内壁之间的摩擦力,气动平衡器装配过程中在气缸内壁涂上一层润滑脂。基于脂润滑相关理论,构建O 形密封圈和气缸的有脂润滑运动方程,通过MATLAB中PDE模块求解脂润滑模型,得出膜厚、接触应力在密封圈与气缸接触方向上的变化规律。基于ANSYS建立密封圈的瞬态结构有限元分析模型,以密封圈的运动速度和工作压力为恒定条件进行数值模拟,得出不同压缩率、摩擦系数以及行程方式条件下最大接触应力的时域特性。     

Kinetic friction characterizations of the tubular rubber seals

In this paper, both the kinetic friction characterizations and the stick–slip motion phenomena for the tubular rubber seals are studied. First, the kinetic friction model of the rubber seal is established to explain the kinetic friction mechanism of the tubular rubber seals. Second, both the measurement principle and the test instrument for the kinetic friction properties of the tubular rubber seals are developed, and then both the normal force curve and the friction force curve are obtained. Finally, the influences of the sliding velocity and the compressive displacement on the kinetic friction properties and the stick–slip motion of the tubular rubber seals are analyzed. The results will play an important role for designing and evaluating advanced rubber seal components.     

基于流固热多场耦合的高速旋转唇形密封性能研究

针对一种橡胶材料高速旋转唇形密封,结合其自身结构及应用工况,通过方程离散化计算等方法,建立定量分析密封系统密封性能的数值仿真模型。基于所建立的模型对密封实际服役状态下界面流体力学、宏观固体力学、表面粗糙峰微观接触力学、唇口摩擦生热等多物理过程之间的耦合关系进行分析,借助实验验证并完善数值仿真模型的准确性。通过所建立的数值仿真分析模型研究油封唇口接触压力分布、唇口温度、摩擦力矩及泄漏率等衡量密封性能的关键参数随转速的变化规律。结果表明：在高转速条件下考虑摩擦生热时油封径向力减小,接触宽度增加,摩擦力矩减小,说明摩擦热对油封密封性能产生较大影响。     

机械密封可控性研究及其工程应用问题的探讨

从理论和实践两方面分析了机械密封可控性研究工程应用的可行性。对前人研究成果归纳总结表明,机 械密封的控制参数主要有端面温度、膜厚、摩擦转矩、泄漏量和端面比压,执行机构主要有电磁铁和调节阀和 液压缸等形式。同时指出带有端面温度测量传感器的静环,结构复杂、安装不便;端面膜厚测量可信度低;主 轴间串联传感器测量扭矩只适合于无负荷机械密封测试。根据生产装置上应用的机械密封控制系统的工作要 求,提出了由机械密封、转矩传感器、空心O形密封圈、信号调节器、中央处理器和执行器组成的机械密封控 制系统。     

连续式混凝土搅拌机轴端密封的研究

连续式混凝土搅拌机工作时混凝土可能渗入到轴端密封装置,加剧密封端面的摩擦,加速密封的失效.对连续式混凝土搅拌机浮动密封环和转毂进行力学分析,对浮动密封环受O型圈的接触压力和密封介质的平均压力进行优化设计,计算出其最优值,保证浮动密封环端面的接触压力保持在最佳区间.