斯特封研究数据

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1、滑环式组合密封件的研究利用ANSYS建立了滑环式组合密封圈屮应用较广泛的阶梯形同轴密封件（斯特圈）的二维轴对称模型，分析了滑环厚度对密封圈的变形和密封面处接触应力的影响;压缩量对密封件的接触应力、变形和VonMise。应力的影响;液体压力对密封圈变形、密封面处接触应力和接触宽度的影响，结果证明随滑环厚度増加，滑环抵御变形的能力增强，密封面处的接触应力增大;压缩量越大密封件VonMise,应力增加，变形增大，接触应力出现突变;随液体压力增加，0形圈和滑环变形增大，密封面处接触应力和接触宽度增加。阶梯形同轴密封件能实现活塞和活塞杆的单向密封，在工业屮已经应用了几十年，在结构设计和材料上仍

2、在不断地改进和革新。阶梯形同轴密封件常用于初级密封，为提高密封效杲常采用串联结构。阶梯形同轴密封件是由0形（或异形）圈压缩量产生的反弹力和在流体作用下的白密封效应使滑环紧贴在滑动而上而起到密封作用。此密封结构具有泵汲作用，能够把油泵汲冋系统，提供补偿，防止泄漏。对于滑环组合密封圈密封性能的研究，国内研究的很少，除陈国定等对阶梯组合密封件的力学性能和本文作者等对滑环式组合密封圈一一方形同轴密封件（格来圈）进行了相关研究外，国内暂无其它相关报导。因此，本文作者主耍利用ANSYS对阶梯形同轴密封件（如图1所示）进行建模和分析，揭示了滑环厚度、压缩量和液休压力对密封性能的影响情况，为进一步研

3、究滑环式组合密封奠定了基础。图1阶梯形同轴密图2阶梯形同轴密封件安装/KJ1计算模型和有限元模型1.1计算模型所计算的阶梯形同轴密封件是自行设计的，其中的0形圈和活塞杆及缸筒的设计均按照国标（GB3452.3-88）设计，0形圈采用睛基丁二烯橡胶（NBR）,截面直径为5.3mm,滑环采用聚四氟乙烯，其各材料参数参见文献，部分参数见表1。*1材料參数Table1Materialparameter滑环弹性模量960MPa滑环泊松比力0.45橡胶穆尼常数CI0；1.87橡胶穆尼常数对阶梯形同轴密封件进行有限元分析时由于边界条件的复朵性，故将密封件及密封结构的活塞杆、缸筒作为整体进行分析。根

4、据密封结构的儿何形状、材料、边界条件的特点和ASYS功能，作者采用平面轴对称模型。建立的阶梯形同轴密封件平面轴对称几何模型及其结构参数如图3所示。液体压力"—►图3斯特圈变形前数学摸疽1・2有限元模型橡胶密封件的密封计算涉及到固体力学、摩擦学、高分子材料学以及计算方法等方面的理论知识，因此要对其进行精确研究在理论上存在困难，难以全真模拟。其中所涉及的几何非线性、橡胶体超弹材料非线性、边界(状态)非线性知识和进行的一些相关假设均参照前人所进行过的研究，这里就不再累赘，详见参考文献。英屮描述橡胶材料的模型冇多种，作者采用应用较普遍的Mooney-Rivlin模型，利用其简化后的仅有两个

5、材料常数的应变能函数：W=C10(Tl-3)+C10(T2-3)式中:W为修正的应变势能;C10、C01为材料常数(Mooney-Rivlin常数)；II、12为应力张量的第1、第2不变量;应力应变关系即为：其冇限元模型见图4。图4斯特圈的平面轴对称有限元模型有限元模型屮，橡胶单元采用超弹单元HY-PER74,缸筒、活塞杆和滑环单元采用实体单元PLAXE42,用面面接触单元TARGE169和C0NTAI172模拟了活塞杆与滑环、滑环与橡胶弹性体、橡胶弹性体和缸筒之间的接触。模型中rfl刚体构成的活塞杆和缸筒的刚度是橡胶的几万倍，不考虑其变形，即视为0形密封圈变形时的约束边界，为了提高

6、计算过程的收敛性，计算屮活塞杆和滑环采用的是刚柔接触，其它采用的是柔柔接触，滑环底部与缸筒之间的接触对密封性能影响不大，此处并没建立接触，而是在滑环底部加了一约束，木模型中共建立4个接触对。缸筒模型中网格划分较橡胶圈和滑环稀疏，模型中0形圈共有7942个节点,2592个单元;滑坏共有1343个节点，1259个单元;缸筒共有280个节点，220个单元。约束施加是把活塞杆的X方向施加一个位移，视为圧缩量，把缸筒完全约束，在此过程屮缸筒没发生任何变形，相当于刚体。求解时按照两个载荷步进行求解，由缸筒施加的作为压缩量的X方向位移定义为第一个载荷步，施加在未与密封槽接触一侧的用来模拟密封圈受到

7、的外加液体压力定义为第二个载荷步。2计算结果和分析2.1接触应力的分布情况有限元分析屮的接触应力分布情况如图5〜7所示。从图5,6屮可看出，滑环尖角处的接触应力远远人于橡胶圈接触面处的压力，橡胶圈与缸筒底部的接触面处接触应力最小，有液体压力时各接触面的接触应力都有所增加。从图7中可看出滑环密封接触而上接触应力出现压力峰值，其低压侧冇一斜角，使滑环与活塞杆之间形成一锐角间隙，当活塞杆返冋行程时由于它的动力楔劈作用，使杆上的油膜聚集并对滑环产牛液压力，该压力能