基于ANSYS的Y形橡胶密封圈密封性能研究

发布时间：2020-03-10 06:59

【摘要】：利用有限元软件ANSYS模拟分析了往复运动Y形密封圈的静态和动态密封性能。研究了短唇倾角、唇谷高2个结构参数对Y形密封圈静态密封性能的影响;分析了工作油压、往复运动速度和摩擦系数3个工况参数对Y形圈动态密封性能的影响。结果表明:当短唇倾角在6°~10°,唇谷高在5~6 mm时,Y形圈的静态密封性能较好,且随着短唇倾角和唇谷高的增加,其静态性能增强;当工作油压小于10 MPa、往复运动速度在0.2~0.5 m/s时,Y形圈的动态密封性能较好,而密封圈与活塞杆间的动态摩擦系数对其密封性能影响不明显。
【图文】：

示意图,安装尺寸,活塞杆

液压与气动2017年第6期封圈为研究对象，Y形密封圈的型号为Y50×60×10(GB/T10708．1-2000)，其安装尺寸和示意图如图1所示。活塞杆的直径为50mm，沟槽基本尺寸为4mm×12mm，密封圈安装完成后，活塞杆和缸盖之间的间隙为0．1mm，hv为唇谷高，α为短唇的倾角。图1Y形圈的安装尺寸该Y形密封圈工作压力范围为0～20MPa，额定工作速度v=1m/s，工作温度范围0～80℃。1．2Y形密封圈有限元建模Y形密封圈材料为腈基丁二烯橡胶(NBＲ)，其硬度IＲHD为85，弹性模量E=69MPa;泊松比μ=0.499;采用2项参数的Mooney-Ｒivlin模型描述其力学性能，，其函数关系式如式(1):W=C10(I1－3)+C01(I2－3)(1)式中，W为应变势能函数;I1和I2分别为第一和第二Green应变不变量。C10和C01为Ｒivlin系数，均为正定常数。取C10=1．87MPa，C01=0．47MPa［10］。活塞杆和密封腔体材料均为45号钢，弹性模量E=210GPa，泊松比υ=0．31;活塞杆与密封圈相互运动摩擦系数为0．01，静摩擦系数为0．2。划分网格时，Y形密封圈采用二维4节点超弹性单元HYPEＲ56，带有混合U-P方程;活塞杆和缸盖采用二维实体结构单元PLANE183;选取TAＲGE169作为接触单元，CONTA172作为目标单元。密封的动态分析过程分三步，第一步压缩模拟Y形圈安装过程，即通过将活塞杆径向移动挤压密封圈得到初始模型;第二步在流体侧施加流体压力;第三步给活塞杆一定的位移量模拟活塞杆的往复运动如图2所示。2结构参数对Y形密封圈静态密封性能的影响Y形橡胶密封圈在初始安装时使密封唇具有一定的过盈量，密封唇在宽的压力范围内以线性接触面与图2Y形密封圈的有限元模型活塞杆接触，达到密封效果。油压作用下，密封唇圆周方向的变形使密封面的接触宽度和接

云图,安装状态,接触应力,云图

封圈的有限元模型活塞杆接触，达到密封效果。油压作用下，密封唇圆周方向的变形使密封面的接触宽度和接触应力相应增大，实现自紧密封［11］，而密封面的接触宽度和接触应力主要取决于Y形密封圈的短唇倾角α和唇谷高hv的大小，通过短唇倾角和唇谷高的变化对接触面接触压力影响分析Y形密封圈的静态密封性能。2．1短唇倾角α对接触面接触压力的影响取Y形密封圈唇谷高hv=5．6mm压力为0(初始安装)和油压为10MPa两种情况下，变化短唇倾角α，获得了安装完成后(p=0)和工作压力10MPa时密封面接触应力云图，分别如图3和图4所示。可见，当α在8°～18°之间变化时，两种压力下的接触应力分布形式基本一致，且密封接触面的最大接触应力出现在短唇最外侧(初始状态与活塞杆接触的地方)，接触应力分布满足密封的条件。图3初始安装状态时不同短唇倾角的Y形圈接触应力云图56逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄

【参考文献】