通过有限元模型,分析O形圈在往复密封中的密封性能和影响其动态密封特性的因素。分析发现,在往复动密封中,O形圈的内应力随时间波动,相比静密封交变应力下更易失效;最大的O形圈主接触面接触应力随速度增加无线性变化;预压缩比和摩擦系数对内行程密封性能影响很大,但对外行程密封性能影响较小。基于此,研究O形圈的动密封特性在石油机械中的应用,研发出优化性能的设计策略。

目前对往复运动的O形密封圈密封特性的研究较少,而O形密封圈用于往复动密封时其工况更恶劣。鉴于此,建立了O形密封圈的有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对影响其动密封特性的运动速度、介质压力、预压缩率和摩擦因数进行了分析。分析结果表明,在往复动密封中,O形密封圈内部应力随时间变化而产生波动,在交变应力作用下比在静密封中更易失效;O形密封圈主接触面的最大接触应力并不随速度的增大而线性变化;预压缩率与摩擦因数对O形密封圈外行程密封性能影响较小,而对其内行程密封性能影响较大;O形密封圈在外行程中的密封性能优于内行程。

利用软件ABAQUS建立了O形圈的轴对称有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对其不同工况下的力学性能进行了研究。结果表明往复动密封中,O形圈主密封面最大接触应力与Von Mises应力的作用位置随运动方向的变化而改变,且大小随时间呈波动变化;速度小于0.25 m/s时,速度对摩擦力与剪切应力几乎无影响;随着摩擦系数、介质压力的增大,摩擦力与剪切应力对速度的敏感性变高;介质压力与摩擦系数对摩擦力与剪切应力影响较大,剪切应力与摩擦力呈同步变化;密封外行程Von Mises应力与剪切应力均大于内行程,更易引起疲劳与剪切破坏;预压缩率增加到一定值时,O形圈在动密封中所受的摩擦力急剧上升,动密封中预压缩率不宜过大。

栽人航天器环控生保系统中，迫切需要一种小型长寿、能可靠实现精确输送的柱塞泵，要求工作在空间微重力环境中稳定运行，并具有极低泄漏率和磨损率。往复动密封性能决定柱塞泵寿命、泄漏量、磨损率，针对相应特殊要求，开展水压往复柱塞泵的设计。借鉴传统油压往复密封理论与实践经验，设计一种适应低黏度水介质，容纳磨损颗粒物，确保低泄漏率，具有封间泄压机制的新型串联动密封结构。并采用有限元软件对主密封进行接触应力分析，根据介质压力与比压判据，确定最优的初始压缩量。考虑密封元件微观形貌，对雷诺方程进行数值求解，讨论成膜条件，确定合理量级的运动参数，以进一步优化密封结构。

以轴用动密封Yx形密封圈为研究对象，运用有限元法建立二维轴对称模型，分析其在往复单向动密封中的密封性能，并对其不同工况下的力学性能进行研究。结果发现：动密封中Yx形密封圈主接触面最大接触应力、内部VonMises应力的大小随时间而波动变化，且其作用位置随往复运动方向的改变而变化；主接触面平均摩擦力与介质压力、摩擦因数和密封间隙成线性关系，且几乎不因速度而变化，但最大摩擦力在各影响因素下却表现出了非线性特征；0．05-0．35m／s范围内，速度对剪切应力影响较小；介质压力、摩擦因数、密封间隙对内行程的剪切应力影响较大；外行程在密封圈的失效过程中起主要作用；密封圈与轴接触的表面、内唇唇口、沟槽以及根部为易破坏的部位。仿真结果与实际失效特征吻合。