组合密封圈接触压力的分析与优化

发布时间：2020-08-18 16:10

【摘要】：密封技术是制约液压缸性能发展的重要因素,对活塞缸而言其密封与摩擦是有待解决的主要技术问题。组合密封很好地结合了PTFE材料优良的耐磨性能和橡胶材料的自密封性能,是往复密封的发展趋势所在。密封状态可以通过非线性接触分析得到的各密封面接触应力进行判断;摩擦则与耐磨环-缸壁接触面的接触压力有关,而接触压力可以通过对接触面上接触应力的积分得到。本文针对组合密封接触压力进行了分析与优化:首先,考虑组合密封圈全部载荷下的变形公式。根据经验建立组合密封三维结构,一方面利用弹性力学和结构力学建立O型圈的本构模型;另一方面结合理论力学、材料力学对耐磨环进行受力分析,建立其变形数学模型。其次,运用有限元分析软件ANSYS对组合密封圈在静载荷作用下的力学特性进行分析计算,总结影响密封性能的因素,作为下一步仿真的变量参考。然后,改变组合密封圈的使用工况和结构参数做对比分析,探讨了这些因素对密封性能的影响,得到接触应力、接触压力等参数的主要影响因素。并通过优化设计得到给定工作压力条件下组合密封圈最优的结构参数。最后,设计一套高效的密封性能试验系统用以验证仿真分析的合理性。并从液压系统设计、试验台架设计、测试方法实现以及测试系统关键控制技术四个方面详细介绍了如何完成相应的实验项目。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH136;TH137.51
【图文】：

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题研究背景传动装置具有传动力大、传动平稳、加速性能好等优点，其在工代船舶乃至航空航天产品上都应用的极为普遍[1]。密封技术作为液的一环，其密封性能的好坏决定了液压产品性能的优劣[2]。液压缸力不足、爬行、泄漏、液压冲击及振动等，大量工程案例表明其中的故障比率高达 50％以上。由密封件失效所带来的损失，远远高值[3]。密封件的失效，轻则会引起油液泄漏、降低机械效率、造成油致油液和设备污染、无法完成机械动作甚至可能引起更重大的安全密封件失效的主要原因之一是摩擦磨损，在《中国制造 2025》政，当前液压技术正朝着高精度、高效率、高可靠性的方向发展，这密封的摩擦磨损、提高其使用寿命和可靠性[6]。有效提高密封技术性、使用寿命，减小摩擦力、降低泄漏量，在一定程度上能够降低术的发展涵盖了材料科学、摩擦学、流体力学、弹性力学等多个交型材料的不断发展推动密封技术的不断优化[8]。

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-缸底密封圈 12-活塞密封组件 13-活塞活塞杆密封图 1.1 普通液压缸结构示意图1.2 课题研究目的与意义密封性能是衡量液压缸性能的重要指标之一，一般的液压缸密封方式分为两种：挤压密封和间隙密封[9]。挤压密封是指在密封区域的间隙之间，密封件受压力作用时会产生弹性变形，从而贴紧密封面阻止泄漏，达到密封效果[10]。间隙密封是通过活

密封液,环状间隙,压缸

图 1.2 橡胶密封圈图 1.3 环状间隙密封液压缸目前市场上常见的几种密封形式都存在着自身的优势与不足。传统橡胶 O 型圈密封，其密封性能好、基本无泄漏，更换成本低、静密封性能好，但其存在启动摩擦力大、寿命短、启动压力较大、受工作压力影响较大的缺点。金属活塞环密封，其运行摩擦力小、响应快，适用于高温、高压、高速工况，但其存在泄漏量较大、静密封性能差、金属活塞环会因惯性力而出现悬浮的状况、开口间隙的存在导致其容易发生振动。间隙密封，也具备金属活塞环结构简单、低摩擦、使用寿命长的特点，其缺点在于两个密封面之间存在 10μm-50μm 的间距，难以完全消除泄漏(泄漏量与间隙的三次方成正比)[12]。组合密封，其密封性能好、耐高压，且摩擦力小、适合高速运行，目前广泛应用在液压缸活塞密封上[13]。

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