液压式配气系统O型密封圈动密封特性分析

　　利用ABAQUS 软件建立活塞运动速度为4 m/s、介质压力为6 MPa、摩擦因数为0. 3 的液压式配气系统O 型密封圈有限元分析模型，分析不同往复运动速度、预压缩率、介质压力对液压式配气系统O 型密封圈动密封特性的影响。结果表明：O 型密封圈密封面的接触压力随位移的变化而产生波动，接触压力随介质压力、预压缩率的增大呈线性增大，运动速度对接触压力影响不大，接触压力曲线波动幅度随运动速度、介质压力、预压缩率的增大而增大；O 型密封圈与油缸之间接触面的动密封性能优于O 型密封圈与活塞之间接触面；O 型密封圈在推程时的动密封性能优于回程;预压缩率小于10%时，O 型密封圈不能满足该液压式配气系统的动密封要求，要确保O 型密封圈的密封性，需要选择合理的预压缩率。

　　O 型密封圈具有结构简单、装拆容易、密封性能良好和成本低等优点，广泛应用在液气压系统中。对于O 型密封圈的设计、使用，大多数情况下依赖传统原则和工程经验进行。随着社会的发展，各种流体传动系统中O 型密封圈的密封性能要求越来越高，传统的方法已不能满足O 型密封圈设计、使用的要求。为此，许多学者采用有限元方法对O 型密封圈进行了相关研究。陈国定等研究了O 形密封圈在“安装”状态和密封流体介质作用下的力学性能，造成密封圈撕裂损坏及材料松弛的当量Cauchy 应力峰值大小及位置随密封流体介质作用的变化情况，以及轴和密封接触面间的接触压力及剪应力分布状态。刘溪涓等采用接触单元法，对O 型密封圈建立了一种新的含有接触计算的超弹性有限元模型。王伟和赵树高研究了O 型密封圈在安装和使用中的接触变形、接触宽度以及密封界面上的接触应力分布规律，O 型密封圈安装过程中不同压缩率对接触应力的影响，以及考虑应力松弛过程下使用的应力分布。孙健等人对O 型密封圈不同变形情况下的压缩量、压缩后施加侧压后的应力、不同接触界面摩擦因数情况下的变形及扭转进行了研究。谭晶等人研究了O 型密封圈密封结构、参数对密封面最大接触压力和剪切应力的影响。陈敏等人研究了不同位移压缩下密封界面上的接触压应力。李振涛等研究了在不同压缩率、不同油压时的Von Mises 应力及密封面接触压力分布规律及压缩率、油压对O 型密封圈最大Von Mises应力、最大接触压力的影响。钟亮等人研究了预压缩量、流体压力、摩擦因数以及运动速度对O型密封圈密封性能的影响。目前对于O 型密封圈的研究主要集中在密封圈沟槽结构参数、失效准则、受压下的变形分析、静态接触力的分布、可靠性分析等静密封特性的研究上，对于动密封特性的研究较少，对于往复高速运动的O 型密封圈密封特性研究就更少。O 型密封圈在往复高速运动条件下的工况十分复杂，导致了O 型密封圈在运动过程中其接触压力变化的复杂性，所以对往复高速运动的O 型密封圈的动密封特性进行研究具有重要意义。

　　液压式配气系统中油缸的柱塞运动在发动机高速运转时可高达4 m/s，系统油压可高达6 MPa，密封属于高速高压动密封，密封要求高。本文作者利用ABAQUS 软件对橡胶O型密封圈在不同往复运动速度、预压缩率、介质压力下的动密封特性进行研究，为橡胶O 型密封圈在液压式配气系统的应用提供借鉴。

结论

　　(1) O 型密封圈密封面的接触压力在运动过程中会随位移的变化而波动变化，运动速度对运动过程中O 型密封圈密封面的接触压力均值影响不大，但对波动幅度影响较大，接触压力波动幅度随运动速度的增大而加大；介质压力、预压缩率对运动过程O型密封圈密封面的接触压力影响较大，接触压力随介质压力、预压缩率的增大呈线性增大，接触压力波动幅度也随介质压力、预压缩率的增大而增大。

　　(2) O 型密封圈与活塞之间接触面的接触压力小于O 型密封圈与油缸之间接触面的接触压力，即O型密封圈与油缸之间接触面的密封性优于O 型密封圈与活塞之间接触面。

　　(3) 推程时O 型密封圈密封面的接触压力均值比回程时大，且波动幅度也比回程时小，即O 型密封圈在推程时的密封性优于回程。

　　(4) 预压缩率小于10% 时，所选O 型密封圈不能满足活塞运动速度为4 m/s、介质压力为6 MPa、摩擦因数为0.3 的液压式配气系统的动密封要求，要确保O 型密封圈的密封性，需要选择合理的预压缩率。