唇形密封圈密封性能评估及优化技术研究

发布时间：2020-06-02 12:54

【摘要】：密封件是防止气、液、固体泄露到外部环境或是外部气、液、固体进入密封空间的一种元器件。唇形密封圈作为密封件的安全装置之一,其设计的合理性将会直接影响着密封系统的好坏。目前,国内唇形密封圈的设计生产多以借鉴国外设计为主,由于理论计算无法为唇形密封圈设计提供有效的数据支撑,工程师凭借经验,通过试算、评估、校正的方法对密封圈进行设计,设计效率与精度有一定的局限性。本课题采用实验、有限元仿真与优化技术和仿真流程自动化技术,研究唇形橡胶密封圈性能评估与优化技术,以提升密封圈质量。通过有限元分析软件建立唇形密封圈的二维轴对称数值模型,研究了主唇口的主要结构参数和装配公差对密封圈性能的影响规律,进而通过几何结构参数的灵敏度分析,优化了密封唇口接触应力分布状态,并开发了密封圈性能评估辅助仿真软件,实现了密封圈静密封性能高效仿真计算的目标。首先通过根据材料拉伸曲线和根据橡胶材料的硬度计算材料本构模型参数的方法进行了研究,并通过与拉伸试验应力应变曲线的对比,验证了橡胶材料本构模型参数的有效性。然后,基于橡胶材料的MR本构模型,建立了唇形密封圈的二维轴对称仿真模型评估静密封性能。针对唇形橡胶密封圈的安装过程,研究了有限元仿真过程仿真的收敛控制技术,并通过与产品试验数据的对照,验证了分析模型的有效性。基于热传导模型,研究了密封圈稳定旋转工况下的温度场分布规律,给出了油侧温度对唇口最高温度的影响规律。进而,基于建立的有限元仿真模型,研究唇形密封圈主密封唇口的主要几何结构参数(过盈量、唇前角、唇口圆角、腰部厚度、唇厚)和装配公差,对于密封圈静密封性能的影响规律;并采用结构灵敏度分析方法,研究结构参数对于密封性能参数的重要性。为了改善唇口的接触应力的分布特性(接触区域形成一个相对均匀接触应力分布),提出了优化的产品结构参数,一定程度提高产品的密封性能。最后,基于VB语言编程及有限元二次开发技术,基于密封圈结构特点,开发了唇形密封圈装配过程辅助分析软件,为唇形密封圈密封性能的进一步研究提供了有力的工具支撑。
【图文】：

密封件,油封

图 1.1 不同形式的密封件1.2.1 橡胶密封产品分类橡胶密封品种多样，在不同的场合下有不同结构形式的密封，其分类方法通常按照主体材料、结构形式、密封压力和密封唇口数量等进行分类[7-9]。几种常用的橡胶产品密封种类见表 1.1 所示。表 1.1 橡胶产品常用密封种类项目类别密封件材料塑料型、弹性体型（硅橡胶、氟化弹性体橡胶、丁腈橡胶等）金属骨架无骨架型、有骨架型密封流体压力高压型（P>0.5MPa）、低压型（P<0.5MPa）密封唇口数量多唇型和单唇型油封、无防尘唇和有防尘唇油封箍紧弹簧有弹簧型油封、无弹簧型油封1.2.2 密封常用橡胶材料通常所用的密封材料主要有橡胶、复合材料、金属和塑料等。橡胶因具有的高回弹性和力学性能，被普遍运用在密封制品中。密封件的密封性能深受材料温度特性的影响，所以在

实验曲线,橡胶材料,式样

图 2.1 橡胶材料拉伸式样图 2.2 拉力试验机2 实验结果与分析片拉断后，记录单片厚度、强度、拉长率数值，，依次测量 3 个哑铃试片后，点击实到平均值，记录厚度、拉伸强度、拉断伸长率的均值。经拉伸试验后所得的实2.3 所示：图 2.3 实验曲线图
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH136

【参考文献】