彈簧蓄能密封圈密封性能分析

　　近年來，隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，汽車工業(yè)、航空航天、船舶和石油能源等高技術(shù)領(lǐng)域?qū)I(yè)設(shè)備的密封要求越來越高。密封泄漏會(huì)降低設(shè)備的效率，損壞設(shè)備本身，污染環(huán)境。儲(chǔ)能彈簧密封結(jié)合了聚四氟乙烯聚四氟乙烯材料優(yōu)異的摩擦和耐腐蝕性，以及金屬彈簧的高回彈性，使得密封過程能夠在很大的壓力范圍內(nèi)完成，因此，有必要分析密封環(huán)的密封特性。本文的主要工作如下: (1)以單點(diǎn)系泊系統(tǒng)滑環(huán)為例，闡述了 v 形彈簧密封環(huán)的工作原理，給出了表征靜密封性能的物理參數(shù)峰值接觸壓力和線接觸應(yīng)力，建立了 v 形彈簧密封的二維軸對(duì)稱數(shù)值模型，驗(yàn)證了金屬彈簧對(duì)密封接觸的補(bǔ)充作用。分析了過盈量、密封夾套材料彈性模量和密封圈直徑對(duì)峰值接觸壓力和接觸寬度的影響。結(jié)果表明，隨著內(nèi)徑和夾套彈性模量的增大，密封唇的接觸寬度減小，干涉量增大，接觸寬度也增大，峰值接觸壓力先隨壓縮量的增大而減小，隨著夾套彈性模量的增大而增大，隨密封圈直徑的增大而減小。采用極差分析法對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，滿足了密封條件下影響密封環(huán)峰值接觸應(yīng)力的參數(shù)順序: 唇厚、唇徑、唇長和壓力環(huán)厚度，線接觸應(yīng)力順序?yàn)榇介L、唇徑、唇厚和環(huán)厚。最后得到了各因素對(duì)唇厚、唇徑、唇長和環(huán)厚的影響順序。在此條件下，密封圈的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮干涉量、導(dǎo)管架材料性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密封性能的影響，通過提高導(dǎo)管架材料的干涉量和彈性模量以及改變導(dǎo)管架的厚度，可以降低摩擦磨損概率,在保證密封的同時(shí)可以通過減小過盈量和優(yōu)先改變密封圈的唇長尺寸來實(shí)現(xiàn)(2)以液壓缸的密封環(huán)境為例，對(duì) v 形儲(chǔ)能彈簧密封圈的往復(fù)式動(dòng)密封模型進(jìn)行了有限元分析分析，得到了密封圈在0ー20mpa 流體壓力作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布，得到了支撐部、彈簧支撐部附近與彈簧接觸的后部和腰部、儲(chǔ)能彈簧根部和彈簧上方腰部的最大應(yīng)力應(yīng)變區(qū)迅速擴(kuò)展，特別是當(dāng)密封壓力增加到15mpa 時(shí)，密封圈外沖程的應(yīng)力值較大，更容易失效。推導(dǎo)了描述密封間隙內(nèi)流體流動(dòng)特性的簡化一維 reno 方程，建立了以密封唇接觸壓力分布為邊界條件，采用逆解法求解動(dòng)密封內(nèi)外行程油膜厚度的動(dòng)密封數(shù)值模型。結(jié)果表明，儲(chǔ)能彈簧密封環(huán)在低壓下也具有良好的密封性能，隨著轉(zhuǎn)速的增加，在密封環(huán)不同壓力下，活塞桿上的流體摩擦力隨抽油量的增加而增大。彈性模量越大，接觸寬度越小，接觸壓力峰值越大，內(nèi)外沖程摩擦力越小，接觸壓力越小。