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探究橡胶的密封装置结构
时间:2021年01月08日信息来源:本站原创点击: 加入收藏 】【 字体:

中星顺骨架油封密封件厂家带你一起探究橡胶的密封装置结构


橡胶材料在井下,难以直接观察其变形,因此施加多大的密封载荷合适不容易估计。橡胶材料本身是超弹性材料,使用理论力学和材料力学方法进行理论求解计算有一定的困难。本文采用大型有限元程序,对橡胶密封装置进行了数值计算分析,为设计优化提供参考依据。橡胶密封装置结构橡胶密封装置结构。最外侧是套管,密封装置在套管内部。橡胶密封筒是圆环形结构,套在密封筒支架上。在密封筒支架上端有环状压块,当橡胶密封装置安装到位后,对压块施加压力,就可以将橡胶密封压变形,使橡胶密封与套管接触,达到密封的目的。结构分析的有限元模型由于结构是轴对称的,故在有限元计算中采用轴对称模型。模型中只考虑套管、橡胶密封筒、密封筒支架3个零件,没有考虑上下两端对橡胶密封筒起支撑作用的钢板和压块。


  载荷条件为橡胶密封筒上表面承受均匀压力作用。边界条件为橡胶密封筒、套管、支架的下端面的约束轴向位移为。由于是轴对称模型,下端可以不约束其他两个方向的位移有限元分析结果载荷的影响改变橡胶密封筒上端压强的大小,可以分别计算出不同载荷下装置的应力分布和变形情况。为橡胶密封装置及套管的应力分布,为橡胶密封装置及套管的径向位移,为橡胶密封装置及套管的轴向位移。计算条件是,橡胶密封筒与套管间的间隙为3mm,接触面摩擦系数为,橡胶密封筒上的载荷为10MPa.从计算结果看,最大应力值在外侧的套管上,应力最大位置在套管内壁的中间部位。增大作用在橡胶密封筒上的载荷,继续计算结果表明,载荷增大后,应力最大值点移动到套筒内壁的最下侧。在10MPa载荷下,应力最大值点在密封筒支架内壁中间位置,当载荷增加后,应力最大值点也下移到内壁最下端。橡胶材料径向位移最大值在外壁。计算发现,橡胶材料在载荷作用下先向外膨胀,与外侧的套管内壁接触后再向内膨胀与支架外壁接触。原来的经验判断是先与支架外壁接触,再与套管内壁接触,计算结果与此过程相反。密封筒的径向最大位移就是间隙值3mm,其轴向位移最大值为,在橡胶密封筒的上端。给定不同的载荷,可以计算出随载荷变化的橡胶密封装置的最大应力变化曲线,载荷的变化从10MPa增加到40MPa,图中还给出了支架、套管和橡胶密封筒的最大应力值。可以看出,套管上的应力值最大,橡胶密封筒上的应力值则小一个数量级,而且变化范围不大。因此,增加橡胶密封筒上的载荷,密封筒上的应力水平不会大幅增加,故为增加密封效果,可以适当增加橡胶密封筒上的载荷。摩擦系数的影响一般橡胶材料与金属材料接触时,摩擦系数比较大。对于两个材料都固定的配对摩擦副,摩擦系数也不是一个固定值,通过改变法向载荷的大小、改变接触面的温度、改变接触面的粗糙度都可以达到改变摩擦系数的目的。从中可以看出,摩擦系数增加时,支架和套管的最大应力值都减小,而橡胶密封筒的应力增加,但增加值也非常小。因此可以认为,摩擦系数的变化对密封装置应力分布影响很小,可以忽略。密封间隙的影响通过改变橡胶密封筒和外侧套管内壁之间的间隙,计算分析了密封间隙大小对橡胶密封筒应力分布的影响。计算时采用的载荷为40MPa,摩擦系数为0.4.给出了随间隙的变化,密封装置的支架、套管、橡胶密封筒的最大应力值变化。可以看出,随着间隙的增加,支架和套管的最大应力值降低,而橡胶密封筒的最大应力值增加。密封间隙不能太小,否则装置不容易从套管内运动到指定位置;但间隙也不能过大,否则会引起橡胶密封筒应力增加,有可能造成橡胶密封筒失效。从本文计算结果看,间隙为5mm比较合适。橡胶密封筒高度的影响在模型内改变橡胶密封筒和支架的高度,计算了橡胶密封筒高度对应力分布的影响。根据这个计算结果可知,为了达到或者提高密封效果,在不改变其他参数的情况下,可以适当提高密封筒的高度,而不会改变橡胶密封材料的应力分布情况。同时,增加高度还会改善密封装置中金属材料的受力情况。


  结论通过建立有限元模型,采用商业有限元程序,对橡胶密封装置进行了有限元分析,对橡胶材料采用了超弹性材料模型Mooney-Rivlin模型。计算结果表明,橡胶密封材料在载荷作用下,先向外膨胀,与外侧的套管内壁接触,然后再向内膨胀,与内侧的支架外壁接触。随着橡胶密封筒上载荷的增加,套管和支架的最大应力值增加很快,而橡胶密封筒的应力变化较小;橡胶密封筒与金属材料之间的摩擦系数值的对应力分布影响很小;橡胶密封筒与套管之间的间隙对应力分布有影响,可以根据实际设计尺寸,计算出##间隙值;橡胶密封筒的高度对套管和支架的应力最大值影响较大,而对橡胶密封筒本身的应力最大值影响很小。因此,为增加密封效果,可以在不改变载荷和其他设计参数的情况下,适当增加橡胶密封筒的高度。


东莞市道滘中星顺密封制品厂位于广东省东莞市,始创于1999年,是一家专业从事密封件、TTO骨架油封液压密封件、设计、研发、生产、代理、仓储、销售为一体的综合性企业,KVK密封件品牌生产商。 从事密封行业20年,有着卓越的密封设计能力和开发能力,先进的加工设备和工艺,高品质的进口密封件,专注(液压往复密封)与(骨架旋转密封)满足市场不同领域的密封需求。

探究橡胶的密封装置结构