气缸O型圈密封及摩擦特性的研究

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1、硕士学位论文气缸O型圈密封及摩擦特性的研究RESEARCHONSEALINGANDFRICTIONCHARACTERISTICSOFO-SEALRING纪军哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TH16学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工程硕士学位论文气缸O型圈密封及摩擦特性的研究硕士研究生：纪军导师：李哲申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：船舶工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TH112U.D.C：621Dissertationf

2、ortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSEALINGANDFRICTIONCHARACTERISTICSOFO-SEALRINGCandidate:JiJunSupervisor:LiZheAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofNavalArchitectureDateofDefence：June,2015Degree-Con

3、ferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要O型密封圈是气缸常用的密封装置，其密封性能以及摩擦性能对气缸的稳定运动和精确控制起很大作用。O型密封圈的研究包括可靠性分析，密封圈结构参数的选择，接触应力的分布，润滑及摩擦特性等相关理论方面的研究。本文针对单侧受限的O型密封圈，对其应力场和温度场，脂润滑特性及摩擦特性等方面进行了数学建模和仿真分析。在ANSYS建立了FESCO气缸O型密封圈二维轴对称有限元分析模型，通过分析预压缩量和驱动腔气体

4、压力对接触应力和Vonmises应力的影响规律，得出在预压缩量大于10%、驱动腔气压低于0.5MPa时，O型圈可以实现可靠的静密封。当O型圈存在相对滑动时，在之前结构场的基础上，将热源归结为摩擦生热和机械滞后生热，并且进行温度场分析。考虑温度对接触应力的影响，利用结构-热-结构实现二次耦合，得出接触区温度有限的升高对O型圈接触应力的影响较小，影响O型圈动静密封性能的决定性因素是O型圈的预压缩量。建立了O型圈和缸筒在脂润滑条件下包括雷诺方程，膜厚方程，载荷平衡方程以及能量方程的数学模型，采用多重网格数值积分提高整个迭代的

5、收敛性，通过C语言编程计算了润滑膜厚以及润滑脂的摩擦力随相对滑动速度，压缩率，气体压力之间的变化趋势。仿真结果表明，气体压力对膜厚影响较小，但是对接触应力影响较大。相对滑动速度对膜厚影响最大，对接触应力分布影响较小。接触中心区域的膜厚在1-2m之间，可以实现完全润滑。建立O型密封圈和缸筒的滑动接触摩擦力模型，对橡胶材料的本构方程以及粗糙刚性表面进行简化，推导了O型圈橡胶在缸筒正弦表面和随机粗糙的分型表面滑动的迟滞摩擦力数学模型，在Matlab上搭建了仿真模型。相对滑动速度和气体压力增加都会导致迟滞摩擦力增加，滑动速度

6、起主导作用。当滑动速度在0.1m/s至0.5m/s之间时，迟滞摩擦系数与相对速度的关系近似呈二次抛物线关系，所得到的变化规律对预测气缸摩擦力具有一定的工程价值。关键词：O型密封圈；接触应力；橡胶摩擦；有限元-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractOsealringisthecommonsealingdeviceforcylinder.Thesealingperformanceandfrictionperformanceofcylinderplayanimportantroleinstablemovement

7、andprecisecontrol.TheresearchontheOsealringincludesthereliabilityanalysis,thechoicesofthestructureparametersofthesealingring,thedistributionofcontactstressandlubricationandfrictioncharacteristicsandrelevanttheoryresearch.Inthispaper,accordingtotheunilateralconst

8、rainedOsealingring,thestressfieldandtemperaturefieldareanalyzedandthemathematicalmodelofgreaselubricationandfrictionpropertiesarebuilt.Thetwo-dimensionalaxisymmetricf