基于渗透边界的O形组合圈密封特性研究

发布时间：2021-03-21 00:18

　　为准确研究高压柱塞副O形组合密封圈的密封特性,考虑流体向密封接触区渗透对接触压力的影响,基于逐点比较法提出了综合渗透与非接触边界的数值仿真方法,研究高压流体作用下O形组合密封圈的接触压力与von Mises应力分布。进一步讨论不同预压缩量与流体压力下O形组合密封结构参数对其密封性能的影响。分析结果表明:综合渗透边界与非接触边界的分析方法具有较高的可靠性,试验对比误差为2.9%～4.3%;随着O形圈预压缩量增大,主接触压力与密封长度明显增大,而内部von Mises应力与侧接触压力的变化较小;随着流体压力的增大,O形圈von Mises应力与主、侧接触压力均明显增大,但密封长度的变化较小。此外,组合密封挡圈应用于高压柱塞副可有效避免O形圈局部应力集中,挡圈接触压力随流体压力的增大而增大,但明显小于O形圈主接触压力,仅起辅助密封作用。研究结果为高压柱塞副动密封结构设计与优化提供了依据。 

【文章来源】：机床与液压. 2020,48(13)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

O形组合密封结构

此外,高压流体渗入密封间隙将影响接触压力的分布,进而影响其密封特性。基于逐点比较法,提出了一种综合渗透压力影响的边界条件,该渗透边界条件可看作已有边界条件的延伸,通过对比O形圈边界上流体压力与接触压力的值,进而选择流体压力作用下的渗透边界点。当流体压力大于接触压力时,流体边界节点往空气一侧逐点迭代渗透,直至接触面的节点上流体压力与接触压力数值相差最小,则该节点为其流体压力施加的渗透边界节点,迭代过程在Matlab中编程予以实现,可实现后期的集成优化。2.2 有限元分析结果

图3分别为有、无挡圈时的von Mises应力云图,无挡圈的最大von Mises应力比有挡圈密封结构的应力值大7%。从局部放大图可以明显看出,在低压侧间隙处,O形圈挤出至密封间隙,形成局部应力集中现象,严重降低其使用寿命和可靠性。由此可见,增加挡圈可有效缓解O形圈在高压流体作用下的挤压损伤和应力集中现象,可显著提高其使用寿命。图4为流体压力ps=20 MPa,压缩量δ=0.4 mm,密封间隙C=0.1 mm时的接触压力分布规律。

【参考文献】：
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本文编号：3091938