液压往复密封泄漏量的有限元分析

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1、2011年4月机床与液压Apr．2011第39卷第8期MACHINETOOL&HYDRAULICSVol_39No．8DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．08．014液压往复密封泄漏量的有限元分析郑辉，张付英(天津科技大学机械工程学院，天津300222)摘要：利用大型有限元软件ANSYS建立了O形密封圈的轴对称有限元模型，分析其动态密封能力，得到主密封面接触应力的分布规律；讨论不同的压缩率、材料摩擦因数以及工作压力对其动态密封能力的影响。结果表明：随着压缩率的增加，泄漏

2、量相应减少；选择合适的材料可以有效减少泄漏量；在低压工作时，动态密封的泄漏量随工作压力的增加呈现出先增大后减小且趋于一常数的趋势。关键词：动态密封；泄漏量；有限元；O形圈中图分类号：TQ336．42文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)8—058—4FiniteElementAnalysisofLeakageforHydraulicReciprocatingSealZHENGHui．ZHANGFuying(SchoolofMechanicalEngineering，TianjinUni

3、versityofScienceandTechnology，Tianjin300222，China)Abstract：ANSYSwasutilizedtoestablishanaxisymmetricalFEMmodelofO-sealingringtoanalyzeitsdynamicsealingfune-．tion．ThedistributionrulesofcontactstressofmainsealingSU血ceswereobtained．Theeffectsofcompressionr

4、atio．frictioncoem．cientandworkingpressureonthedynamicsealingfunctionwerestudied．Theresultsshowthattheleakagereduceswiththeincreaseofcompressionratio；suitablematerialcandecreasetheleakageeffectively；whenworkingunderlowerpressure，theleakageofdynamicsealin

5、ghasthetendencytoincreasefirst，decreaselater，andthengotoaconstant．Keywords：Dynamicsealing；Leakage；Finiteelementmethod；O—sealingring往复活塞杆密封是液压设备中最关键元件之一，的有限元模型图。泄漏的密封可导致运行问题和环境污染。而往复活塞O形密封圈的尺寸为4,40inln×3．55mln杆的动态密封机理与静态时的密封机理有很大区别，(GB3452．1-92)，活塞杆行程为5m

6、lTI(局部分析取小即使静态条件下完美的密封在活塞杆做往复运动时也行程)。缸体沟槽宽度为4．80mln，缸体沟槽深度2．70会产生较大的泄漏。到目前为止，国内外学者对密封Ffun，活塞杆以等速1m／s作往复运动，油液黏度系统的研究主要集中在密封圈的静态分析，很少涉及0．0612Pa·S，且仅分析密封件低压时的工作情况。密封件的动态密封能力研究。作者借助ANSYS有限利用ANSYS进行网格划分时，将活塞杆和缸体元软件对O形圈进行建模和分析，揭示密封安装条简化为刚性件，弹性模量为2×10MPa，泊松比取0

7、．3，采用二维实体单元PLANFA2；O形圈的弹性模件、密封材料以及工作因素等对密封件动态密封能力的影响，为密封件的设计和优化提供了新的途径。型量为2．82MPa，泊松比为0．4995，采用4节点的超弹单元PLANE182，使用Mooney．Rivlin应变能函数1液压活塞杆动态密封的有限元模型描述，其中C0=1．87MPa，Co=0．47MPa。用面1．1轴对称有限元模型的建立面接触单元CONTA172和TARGE169模拟O形圈和作者遵循众多学者对活塞杆及缸体的接触。橡胶体进行分析时所做的活塞杆往

8、复运动的密封状态分3种：非工作状若干假设，且往复活态、静压工作状态、往复工作状态。这3种密封状态塞杆、缸体和O形橡胶■面—曩曩在ANSYS下的数值仿真可分为4个载荷步实现：(1)密封圈在结构上是轴对称O形圈装到活塞杆上后，自然产生的压缩预紧；(2)的，因此，可以把液压往向O形圈施加油压，活塞杆静止；(3)活塞杆外行复运动密封件的研究由三图1有限元模型图程过程；(4)活塞杆内行程过程。至此，密封完成维问题等效成二维问题。图1是液压活塞杆动态密封一个工作循环