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密封油封结构的有限元分析

发布于:2016-11-05 21:14
有限元分析

      W形密封唇油封主要应用于连续铸造设备,日本六菱橡胶株式会社推出的DRT油封就是W形密封唇油封。该油封具有较好的密封作用,能防尘、防变形、防油泄漏,且能保持润滑,并具有低摩擦性和良好的通气性。w形密封唇油封采用复合组装结构,除内部用钢圈作骨架外,在油封底部加了金属挡圈,增强其耐压性能,其耐压性能范围为0.05~0.2 MPa。W形密封唇油封属于橡胶制品,可承受大的变形,具有应力应变非线性行为、弹性行为和不可压缩性等特点,对其进行分析需要采用特殊的材料模型和应用有限元分析工具。
      运用有限元App对油封进行分析,不仅可以很好地模拟其使用情况,且可以对其力学性能进行分析,进而可以对其可靠性进行判断回。在w形密封唇油封的国产化研发过程中,以100 mm x125 mm x 12 mm型W形密封唇油封为例,采用有限元分析方法引导其结构设计。
      油封是通过橡胶密封唇与轴之间的配合来阻比漏油的。关于旋转轴密封的密封原理,目前比较有说服力并经实验证实的是微泵理论。由于油封内径小于旋转轴的轴径,即二者属于过盈配合,加上弹簧的作用使得接触区域上接触压力成不对称分布,而油封唇周而上的应变量形状分布与接触压力的分布成正比关系,因此,油封唇口表层材料沿摩擦方向产生弹性变形,形成方向相反且不对称的皱纹曲线,从而产生两向不等的泵油作用,二者综合的结果形成定向的泵油动力和润滑油的定向流动。
模型是描述橡胶物理性能的数学模型。由于橡胶本构关系的非线性化和接触的非线性边界条件,以及橡胶制品在应用时的大变形,使其工程模拟变得非常困难。而模拟结果的准确性,与所采用的橡胶本构关系模型,以及模型中材料常数测试的准确性有密切关系。对于大多数橡胶而言,在应变为150%以内时可得到合理的近似。
      以100 mm x 125 mm x 12 mm型W形密封唇油封为例,运用有限元分析油封承受0.2 MPa压力下的变化情况。安装时,由于油封的密封唇有过盈量,唇口尺寸小于轴径,唇部都会往沟槽里缩。受压后,唇口会往沟槽外挤,尤其是防尘副唇,将会挤到轴孔的间隙里。与W形密封唇油封配合使用的挡圈,在受压后能防比W形密封唇油封的挤出,起到支撑的作用,但挡圈的内径尺寸不能太大,过大也会使得防尘附唇挤进挡圈与轴的间隙里,不能起到支撑的作用。可以看出:(1)W随着密封腔内压力的升高,W形密封唇油封主唇的接触压力几乎保持不变,副唇的接触压力会显著升高,防尘唇的接触压力会有所提高。(2)W形密封唇油封无论是受压前还是受压后,橡胶的最大应力都集中在金属骨架顶部的橡胶处。
      以上比较结果表明,W形密封唇油封在设计过程中应注意主唇及副唇的过盈量设计,挡圈的内径尺寸不能太大,过大会使得防尘附唇挤进挡圈与轴的间隙里,不能起到支撑的作用。骨架与橡胶瓢接处的应力很大,实际使用中可能存在胶与骨架剥离现象,因此橡胶与骨架的瓢合问题极其重要。
      采用有限元分析App分析了W形密封唇油封受压前后唇口的变化以及接触压力的变化,讨论了W形密封唇油封结构设计的重点,可引导W形密封唇油封的设计,缩短产品设计周期。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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