矩形橡胶密封圈的有限元分析及优化

气缸盖螺栓密封圈密封性有限元分析与试验研究李利平【摘要】运用有限元理论与ABAQUS分析计算软件，建立某乘用车发动机气缸盖螺栓密封圈与缸体装配体的有限元计算模型，计算密封圈在装配状态下的最大接触压力和Von Mises应力，并采用静态面压试验进行验证。

结果表明，该密封圈满足密封性与强度设计要求，具有足够的安全裕度；仿真分析结果与试验结果吻合较好，验证了有限元分析方法的合理性。

分析密封圈与缸体的摩擦因数与密封介质压力对密封性能的影响。

结果表明，密封圈与缸体的摩擦因数对密封性能影响较小；接触面上的最大接触压力随着密封介质压力的增大而增大，密封性能随之增强。

%Based on finite element theory and ABAQUS software,a finite element discrete model of seal ring-cylinder assembly for a passenger car engine cylinder head bolts was built.The contact pressure and Von Mises of seal ring were calculated and the calculated results were compared with static surface pressure test results.The results show that the seal ring meets the conditions of sealing performance and strength design,which has enough safety margin of sealing perform-ance.The simulation results agree well with the test results,which prove that the finite element simulation model is cor-rect.Some factors influencing sealing properties were analyzed,such as friction coefficient between seal ring and cylinder as well as media pressure.The results indicate that the friction coefficient has a little influence on sealing performance. The maximum contact pressure in the sealing surface is increased with the increase of media pressure,and the sealing per-formance is improved significantly.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P87-90)【关键词】气缸盖;密封圈;密封性;静态面压试验【作者】李利平【作者单位】华南理工大学广州学院广东广州510288【正文语种】中文【中图分类】TH136橡胶密封圈结构简单，制造方便，尺寸与弹性稳定性高，在机械密封结构中广泛应用。

基于ANSYS的Y型密封圈结构和工作参数的优化设计张东葛;张付英;王世强【摘要】利用大型有限元软件ANSYS对Y型液压密封圈在不同工作压力下的变形与受力情况进行分析,得出上、下唇最大接触压力随油压变化的关系.通过改变Y 型密封圈的关键结构参数,找出Y型密封圈的密封性能与结构参数之间的变化规律,通过结构参数的优化设计可提高密封圈的密封性能,延长其使用寿命.%The deformation and load of Y sealing ring in different oil pressure were analyzed by using finite element analysis software ANSYS. The change relations of the maximum contact pressure on upper lip and lower lip with oil pressure were obtained. By changing the key structural parameters of the Y sealing ring,the change rule between the performance and the structural parameters was found. The optimization design for structure parameters can improve the sealing performance of the ring, and extend its service life.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2012(037)011【总页数】4页(P87-90)【关键词】Y型密封圈;接触压力;结构参数;密封性能【作者】张东葛;张付英;王世强【作者单位】天津科技大学机械工程学院天津300222;天津科技大学机械工程学院天津300222;天津科技大学机械工程学院天津300222【正文语种】中文【中图分类】TB42液压密封圈和密封装置是液压设备的重要组成部分。

基于有限差分法的矩形密封圈密封性能的数值计算张付英;张东葛;张青青【摘要】@@%弹性矩形密封圈广泛应用于工业和航空液压设备中,其密封性能对主机的工作性能和效率有很大影响.矩形密封圈动态密封机理是由流体膜承载保持密封和润滑,其控制方程是简化的雷诺方程.密封性能参数计算一般是根据膜压和流速分布用逆解法求解,但需要动态实验获得膜压分布曲线.本文基于有限差分法对矩形密封圈的动态密封方程进行离散化处理,建立了耦合弹性场、流体场和过盈接触的矩形密封圈密封性能数值计算流程图,采用MATLAB软件编程,用顺解法对矩形密封圈的油膜厚度和泄漏量等密封性能进行了数值计算,并用图形直观表达计算结果,简化了弹性密封圈的数值计算过程.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2012(034)021【总页数】4页(P65-68)【关键词】矩形密封圈;密封性能;数值计算;MATLAB【作者】张付英;张东葛;张青青【作者单位】天津科技大学机械工程学院,天津300222;天津科技大学机械工程学院,天津300222;天津科技大学机械工程学院,天津300222【正文语种】中文【中图分类】TH1370 引言弹性矩形密封圈由于结构简单且具有非线性的应力-应变行为，而在工业和航空液压设备中得到广泛的应用[1,2]。

矩形密封圈的密封性能对主机的工作性能和效率有很大影响，密封性能主要取决于密封偶合面间的油膜形状和分布，雷诺方程是油膜压力计算的基础[3]。

传统的计算是通过动态实验或有限元分析获得膜压分布曲线，再根据膜压和流速分布用逆解法[4]求解密封圈的泄漏量。

弹流动力学理论的不断成熟和计算机技术的发展，使根据膜厚和流槽形状用顺解法求解油膜压力分布和泄漏量的方法得到不断改进和完善。

本文基于有限差分法对动态密封模型进行离散化处理，采用MATLAB软件编程，计算矩形密封圈的油膜压力分布、油膜厚度、泄漏量和摩擦力等密封性能参数，并通过图形直观地表达矩形密封圈的数值计算结果，对弹性密封圈的优化设计具有一定的指导意义。

收稿日期:2004-08-11作者简介:王伟(1971-),男,硕士,主要从事轮胎和橡胶制品结构有限元分析及其应用的研究1E 2mail:wdavid1@1631com 1橡胶O 形密封圈的非线性有限元分析王　伟　赵树高(青岛科技大学高分子科学与工程学院橡塑材料与工程教育部重点实验室　山东青岛266042)摘要:借助于大型非线性有限元分析软件M S C 1MARC,建立了橡胶O 形圈与沟槽接触的非线性有限元分析模型,分析了橡胶O 形圈在安装和使用中的接触变形、接触宽度和密封界面上的接触应力分布规律,从而为进一步可靠设计、优化橡胶O 形圈提供了理论依据。

关键词:橡胶O 形密封圈;接触问题;非线性有限元中图分类号:T Q33611　文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2005)4-106-2Nonli n ear F i n ite Ele m ent Ana lysis of Rubber O 2sea li n g Ri n gW a ng W e i Zhao S hugao(Key Laborat ory of Rubber 2p lastics ofM inistry of Educati on,School of Poly mer Science &Engineering,Q ingdao University of Science &Technol ogy,Q ingdao 266042,China )Abstract:W ith the help of commercial nonlinear finite element analysis code,MSC .MARC,a nonlinear finite elementmodel for rubber O 2sealing ring and its groove were set up.The contact defor mation,contact width and the distributi on of contact stress within the sealing interface were discussed 1It puts for ward a theory base on designing and op ti m izing rubber O 2sealing ring .Keywords:rubber O 2sealing ring;contact p r oblem;nonlinear finite element　橡胶密封件广泛应用于机械设备中,其性能直接影响设备的正常工作,密封件失效有时甚至会引起重大事故。

基于有限元法的盘式制动器橡胶密封圈设计谭雪龙;唐文献;张建【摘要】According to the phenomenon of disc brake rubber sealing ring channeling that often appears in actual braking , we put forward the interference and temperature are the reasons , using UG software to build four differ-ent initial interference of rubber sealing ring and tray model , and improve the structure of the last two models , in order to find the best rubber sealing ring structure , the super elasticity of rubber is designed as YEOH model , and establish nonlinear finite element analysis model between rubber sealing ring and tray .The results showed that:Interference and temperature are the reasons affecting the normal work of the rubber sealing ring , large a-mount of interference will make it difficult to cause the rubber to be pressed in and to be pulled out , and easy to channel .The best matching relationship and model is ,to leave tiny gap between rubber sealing ring without saw-tooth and tray , to leave large interference between rubber sealing ring with sawtooth and tray , and to be pulled to reduce the rubber oppropriately .%根据汽车实际制动中常出现的盘式制动器橡胶密封圈上蹿现象，提出了过盈量和温度是影响橡胶密封圈正常工作的原因的猜想，运用UG软件建立了4种不同初始过盈量的橡胶密封圈和托盘模型，并对后两种模型进行结构改进，以找出最佳橡胶密封圈结构，采用YEOH模型定义橡胶的超弹性，建立橡胶密封圈－托盘非线性有限元分析模型。

橡胶O形密封圈的变形及应力分析橡胶O形密封圈是一种常见的密封元件，主要用于密封管道、配件和设备的连接部位，以防止介质泄漏和外界杂质侵入。

在实际应用过程中，橡胶O形密封圈会因受到外力的作用而产生变形，并承受应力。

本文将对橡胶O形密封圈的变形及应力进行详细分析。

首先，橡胶O形密封圈的变形主要有两种情况：压缩变形和伸展变形。

当橡胶O形密封圈处于连接状态时，它会被压缩在连接部位的密封槽中，从而产生压缩变形。

压缩变形会使得橡胶O形密封圈的直径变小，厚度变厚，横截面形状变为椭圆形。

与此同时，由于橡胶材料具有较强的弹性，橡胶O形密封圈还会发生一定程度的伸展变形，即沿轴向拉伸。

接下来，我们来分析橡胶O形密封圈的应力分布情况。

由于橡胶O形密封圈处于连接部位的密封槽中，所以它承受的应力主要包括径向应力和切向应力两个方向。

径向应力是指垂直于橡胶O形密封圈截面的方向上的应力，主要由压缩变形引起；切向应力是指沿着橡胶O形密封圈截面的圆周方向上的应力，主要由伸展变形引起。

在实际应用中，为了保证密封效果，橡胶O形密封圈需要能够承受一定程度的压力和温度。

在橡胶O形密封圈的设计和选材过程中，需要考虑以下几个方面的因素：首先是密封圈的硬度。

合适的硬度能够保证橡胶O形密封圈具有足够的弹性，以适应连接部位的变形和应力；其次是密封圈的截面形状和尺寸。

合理的截面形状和尺寸能够保证橡胶O形密封圈在连接部位的密封槽中能够具有充分的变形能力，从而实现良好的密封效果；最后是橡胶材料的选择。

应根据具体的工作环境，选择能够耐受高压、高温、耐磨损和耐腐蚀性能良好的橡胶材料。

综上所述，橡胶O形密封圈的变形及应力分析是密封件设计和选材过程中的重要内容。

只有充分了解橡胶O形密封圈的变形及应力分布情况，才能够选择合适的密封圈，并确保其在实际应用中具有良好的密封效果。

作者简介：张东晋川（1994-），男，工程师，主要从事橡胶，密封剂，胶黏剂材料运用研究工作。

收稿日期：2023-01-310　引言氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的高分子弹性体，它不仅具有较好的力学性能，而且有优异的耐热性能、耐候性、耐油性及耐多种化学介质侵蚀的特性，综合性能特别优异，在航空、导弹、火箭、宇航等特殊密封部位应用广泛[1]。

但氟橡胶弹性和耐寒性较差，模压流动性差、易压缩变形造成加工性能不良，特别是在一定温度、压力及不同的液体或气体介质中起到密封作用O 形氟橡胶密封圈，其加工成型过程中各因素控制是保证氟橡胶O 形密封圈性能的基础[2]。

本文以FX -17橡胶O 形密封圈加工成型过程中坯料软化、坯料薄通、坯料圈成型等预成型工艺控制来分析氟橡胶密封圈加工成型过程影响因素，确保氟橡胶O 形密封圈加工成型质量和性能。

1　O 型氟橡胶密封圈成型加工流程1.1　FX -17氟橡胶结构和工艺性能特点FX -17氟橡胶是由氟生胶添加酸受体、填料和硫化剂经混炼而成，对FX -17氟橡胶进行红外光谱分析，FX-17氟橡胶在1 178 cm -1、1 131 cm -1、1 352 cm -1、1 397 cm -1、1 430 cm -1、1 075 cm -1、882 cm -1、833 cm -1左右存在典型吸收峰，其中1 178 cm -1、1 131 cm -1是聚三氟氯乙烯的C -F 的不对称和对称伸缩振动吸收峰值[3]。

可以确定FX -17氟橡胶的主要结构为氟橡胶23（偏二氟乙烯－三氟氯乙烯共氟橡胶O 形密封圈预成型优化因素分析张东晋川，张晓峰，黄选民，郑庆波(国营川西机器厂，四川 成都 611937)摘要：本文对FX -17氟橡胶O 形密封圈成型过程中坯料软化、坯料薄通、坯料圈成型等预成型工艺控制与优化进行了分析。

试验表明，在氟橡胶一段硫化和二段硫化参数一定的情况下，通过对O 形密封圈预成型工艺参数优化，预成型前后橡胶O 形密封圈内径、线径、拉伸强度等成型质量和性能波动均降低，预成型工艺优化后可以减少氟橡胶O 形密封圈尺寸和拉伸强度波动，能够提升氟橡胶O 形密封圈加工成型质量和性能。

液压缸密封件的有限元分析及改进设计Optimization of sealing o-ring based on finite element analysis【摘要】介绍了液压缸的常用密封件的分类，利用有限元分析软件ANSYS对液压缸往复密封用橡胶密封圈进行建模和计算，分析密封圈最易受损和失效的关键部位，并结合液压缸活塞杆动态密封机理提出了优化设计模型。

对密封件的设计改进提供一种可行的方法。

关键词：有限元分析；优化设计；密封圈；密封机理【Abstract】By using ANSYS engineering analysis system，the finite element analysis model for sealing 0-ring of hydrodynamic cylinder was set up to analyze the easiest parts to be damaged and the key parts to be disabled．Integrated with sealing principles for piston of hydrodynamic cylinder，an optimized model of sealing O-ring Was proposed，which pointed out an available way to optimize the design of sealing O-ringKey words：FEM；Optimization；Sealing O-ring；Sealing principle0引言在液压系统中，液压缸是动力传递元件。

而液压缸中，活塞和导向套上所选用的密封圈，对液压缸在规定的条件下，规定的时间内，完成规定的功能，而使其性能保持在允许值范围内是至关重要的。

如果密封件过早地失效，动力传递的功能必将随之消失。

在现代设计中，合理选用密封件以及合理的结构设计，是保证产品性能提高产品质量的必要条件。

２０１０年２月　第２８卷第１期　西北工业大学学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｆｅｂ．　２０１０　

Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．１　

真空结构橡胶密封圈的泄漏率分析　王　波，矫桂琼，赖东方，王平安　（西北工业大学工程力学系，陕西西安７１００７２）　摘要：对于一种航天高真空结构橡胶密封圈，通过用数值模拟的方法，分析计算了在高温７０℃、常　温２３￣Ｃ以及低温一７０￣Ｃ时密封结构的压紧力以及橡胶密封圈的变形情况，得到密封圈橡胶材料的密　封系数，并据此计算了密封圈在３种温度时的泄漏率。分析结果表明：橡胶材料的密封系数与温度以　及所受的平均应力有关；对于此密封结构，温度对于密封圈的密封性能有很大的影响，室温时的泄漏　率比高温和低温时要高。　

关键词：橡胶密封圈，泄漏，有限元，泄漏率　中图分类号：ＴＢ７４３，ＴＢ７９　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００－２７５８（２０１０）０１－０１２９－０５　

航天机构工作于高真空中，航天器的密封程度　对于内部设备的安全有着重要的影响，而对于载人　航天器来说，机构密封性能的好坏有更大的影响意　义。橡胶密封圈密封是最常用的一种密封形式，这　种密封形式具有结构简单、密封可靠的优点，能够满　足各个领域对密封的要求。航天飞行器在空间运行　时还要经过低温一７０＂Ｃ和高温７Ｏ℃的温度变化，橡　胶材料的材料特性随温度的变化有很大的不同，因　此还要分析空间飞行器在不同温度的密封性能。　“挑战者”号失事的直接原因是航天飞机右侧固体　火箭助推器的０型密封圈失效，导致燃气外泄。随　着密封结构应用的越来越广泛，对于密封机理的认　识越来越深刻，其中绝大部分是基于Ａ．Ｒｏｔｈ＿】　密　封理论。对于密封机构密封性能的研究，已有人做　过一些工作。李斌等　在其他研究者试验工作的　基础上，研究了真空环境中受内压双重橡胶圈密封　结构泄漏率；肖青等　研究了大直径０形环密封在　真空设备中的应用，并计算了密封圈的泄漏率问题；　王广振等　通过试验方法研究了０形密封圈泄漏　率的影响因素；吴国庭　则分析了航天器密封材料　的失效机理。目前也有许多研究者采用有限元的方　法来研究橡胶密封圈密封时的应力分布。孙健　等ｌ－６　通过轴对称有限元分析模型，分析了特殊截面　橡胶圈在矩形沟槽内装配压缩过程中的变形和应力　变化，以及应力的分布情况；谭晶等［７　利用ＡＮＳＹＳ　建立了矩形橡胶密封圈的有限元模型，分析了初始　压缩率和液体压力对矩形圈变形和密封面处接触压　力的影响，并与０形圈进行了对比。但是对于高温　和低温状态下的泄漏率分析还没有见到相关的报　道。本文根据橡胶密封的相关理论，建立了硅橡胶　材料密封系数的数值计算模型，并得到在高温７Ｏ℃　和低温一７０￣Ｃ状态下该种橡胶材料的密封系数。通　过建立密封系统的数值分析模型，得到密封圈的压　紧力以及变形情况，结合密封系数，得到了密封圈结　构在上述３种温度下的泄漏率。　

基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计
鲁寨军;孙永龙;钟睦
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2024(49)4
【摘要】PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。

但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。

针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。

结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。

确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。

【总页数】8页(P95-102)
【作者】鲁寨军;孙永龙;钟睦
【作者单位】中南大学交通运输工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB42
【相关文献】
1.高压叶片泵聚四氟乙烯矩形密封圈的密封原理分析
2.橡胶矩形密封圈结构设计
3.矩形大尺寸升降台与船舱口间耐大水压实体异形密封圈密封结构设计
4.橡胶矩形密封圈模具的结构设计探讨
5.高压开关设备用矩形槽O形密封圈密封结构的有限元分析
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