斯特封研究數(shù)據(jù)

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1、滑環(huán)式組合密封件的研究利用ANSYS建立了滑環(huán)式組合密封圈屮應(yīng)用較廣泛的階梯形同軸密封件（斯特圈）的二維軸對(duì)稱模型，分析了滑環(huán)厚度對(duì)密封圈的變形和密封面處接觸應(yīng)力的影響;壓縮量對(duì)密封件的接觸應(yīng)力、變形和VonMise。應(yīng)力的影響;液體壓力對(duì)密封圈變形、密封面處接觸應(yīng)力和接觸寬度的影響，結(jié)果證明隨滑環(huán)厚度増加，滑環(huán)抵御變形的能力增強(qiáng)，密封面處的接觸應(yīng)力增大;壓縮量越大密封件VonMise,應(yīng)力增加，變形增大，接觸應(yīng)力出現(xiàn)突變;隨液體壓力增加，0形圈和滑環(huán)變形增大，密封面處接觸應(yīng)力和接觸寬度增加。階梯形同軸密封件能實(shí)現(xiàn)活塞和活塞桿的單向密封，在工業(yè)屮已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料上仍

2、在不斷地改進(jìn)和革新。階梯形同軸密封件常用于初級(jí)密封，為提高密封效杲常采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)。階梯形同軸密封件是由0形（或異形）圈壓縮量產(chǎn)生的反彈力和在流體作用下的白密封效應(yīng)使滑環(huán)緊貼在滑動(dòng)而上而起到密封作用。此密封結(jié)構(gòu)具有泵汲作用，能夠把油泵汲冋系統(tǒng)，提供補(bǔ)償，防止泄漏。對(duì)于滑環(huán)組合密封圈密封性能的研究，國(guó)內(nèi)研究的很少，除陳國(guó)定等對(duì)階梯組合密封件的力學(xué)性能和本文作者等對(duì)滑環(huán)式組合密封圈一一方形同軸密封件（格來圈）進(jìn)行了相關(guān)研究外，國(guó)內(nèi)暫無其它相關(guān)報(bào)導(dǎo)。因此，本文作者主耍利用ANSYS對(duì)階梯形同軸密封件（如圖1所示）進(jìn)行建模和分析，揭示了滑環(huán)厚度、壓縮量和液休壓力對(duì)密封性能的影響情況，為進(jìn)一步研

3、究滑環(huán)式組合密封奠定了基礎(chǔ)。圖1階梯形同軸密圖2階梯形同軸密封件安裝/KJ1計(jì)算模型和有限元模型1.1計(jì)算模型所計(jì)算的階梯形同軸密封件是自行設(shè)計(jì)的，其中的0形圈和活塞桿及缸筒的設(shè)計(jì)均按照國(guó)標(biāo)（GB3452.3-88）設(shè)計(jì)，0形圈采用睛基丁二烯橡膠（NBR）,截面直徑為5.3mm,滑環(huán)采用聚四氟乙烯，其各材料參數(shù)參見文獻(xiàn)，部分參數(shù)見表1。*1材料參數(shù)Table1Materialparameter滑環(huán)彈性模量960MPa滑環(huán)泊松比力0.45橡膠穆尼常數(shù)CI0；1.87橡膠穆尼常數(shù)對(duì)階梯形同軸密封件進(jìn)行有限元分析時(shí)由于邊界條件的復(fù)朵性，故將密封件及密封結(jié)構(gòu)的活塞桿、缸筒作為整體進(jìn)行分析。根

4、據(jù)密封結(jié)構(gòu)的兒何形狀、材料、邊界條件的特點(diǎn)和ASYS功能，作者采用平面軸對(duì)稱模型。建立的階梯形同軸密封件平面軸對(duì)稱幾何模型及其結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖3所示。液體壓力"—?圖3斯特圈變形前數(shù)學(xué)摸疽1?2有限元模型橡膠密封件的密封計(jì)算涉及到固體力學(xué)、摩擦學(xué)、高分子材料學(xué)以及計(jì)算方法等方面的理論知識(shí)，因此要對(duì)其進(jìn)行精確研究在理論上存在困難，難以全真模擬。其中所涉及的幾何非線性、橡膠體超彈材料非線性、邊界(狀態(tài))非線性知識(shí)和進(jìn)行的一些相關(guān)假設(shè)均參照前人所進(jìn)行過的研究，這里就不再累贅，詳見參考文獻(xiàn)。英屮描述橡膠材料的模型冇多種，作者采用應(yīng)用較普遍的Mooney-Rivlin模型，利用其簡(jiǎn)化后的僅有兩個(gè)

5、材料常數(shù)的應(yīng)變能函數(shù)：W=C10(Tl-3)+C10(T2-3)式中:W為修正的應(yīng)變勢(shì)能;C10、C01為材料常數(shù)(Mooney-Rivlin常數(shù))；II、12為應(yīng)力張量的第1、第2不變量;應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系即為：其冇限元模型見圖4。圖4斯特圈的平面軸對(duì)稱有限元模型有限元模型屮，橡膠單元采用超彈單元HY-PER74,缸筒、活塞桿和滑環(huán)單元采用實(shí)體單元PLAXE42,用面面接觸單元TARGE169和C0NTAI172模擬了活塞桿與滑環(huán)、滑環(huán)與橡膠彈性體、橡膠彈性體和缸筒之間的接觸。模型中rfl剛體構(gòu)成的活塞桿和缸筒的剛度是橡膠的幾萬倍，不考慮其變形，即視為0形密封圈變形時(shí)的約束邊界，為了提高

6、計(jì)算過程的收斂性，計(jì)算屮活塞桿和滑環(huán)采用的是剛?cè)峤佑|，其它采用的是柔柔接觸，滑環(huán)底部與缸筒之間的接觸對(duì)密封性能影響不大，此處并沒建立接觸，而是在滑環(huán)底部加了一約束，木模型中共建立4個(gè)接觸對(duì)。缸筒模型中網(wǎng)格劃分較橡膠圈和滑環(huán)稀疏，模型中0形圈共有7942個(gè)節(jié)點(diǎn),2592個(gè)單元;滑壞共有1343個(gè)節(jié)點(diǎn)，1259個(gè)單元;缸筒共有280個(gè)節(jié)點(diǎn)，220個(gè)單元。約束施加是把活塞桿的X方向施加一個(gè)位移，視為圧縮量，把缸筒完全約束，在此過程屮缸筒沒發(fā)生任何變形，相當(dāng)于剛體。求解時(shí)按照兩個(gè)載荷步進(jìn)行求解，由缸筒施加的作為壓縮量的X方向位移定義為第一個(gè)載荷步，施加在未與密封槽接觸一側(cè)的用來模擬密封圈受到

7、的外加液體壓力定義為第二個(gè)載荷步。2計(jì)算結(jié)果和分析2.1接觸應(yīng)力的分布情況有限元分析屮的接觸應(yīng)力分布情況如圖5?7所示。從圖5,6屮可看出，滑環(huán)尖角處的接觸應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)人于橡膠圈接觸面處的壓力，橡膠圈與缸筒底部的接觸面處接觸應(yīng)力最小，有液體壓力時(shí)各接觸面的接觸應(yīng)力都有所增加。從圖7中可看出滑環(huán)密封接觸而上接觸應(yīng)力出現(xiàn)壓力峰值，其低壓側(cè)冇一斜角，使滑環(huán)與活塞桿之間形成一銳角間隙，當(dāng)活塞桿返冋行程時(shí)由于它的動(dòng)力楔劈作用，使桿上的油膜聚集并對(duì)滑環(huán)產(chǎn)牛液壓力，該壓力能