介质压力及O形橡胶圈压缩率对往复运动轴封性能的影响

王 琳，陈 庆，邹昕桓，刘金东，时 龙，姜紫薇

(吉林化工学院 机电工程学院,吉林 吉林 132022)

O形圈具有结构简单、价格低廉、适用范围广及拆装方便等特点，被广泛应用于液压气动系统[1-5].密封圈作为液压系统主要密封件，可有效防止径向与轴向漏油.液压油的泄露不仅浪费资源，还会污染环境.所以，对密封圈的合理选择和设计优化至关重要[6].

近年来，非线性有限元法发展迅速，在工程应用领域发挥着越来越重要的作用，对工程实况下的使用具有理论指导意义[7-8].Zhang Y W等[9]用有限元软件ANSYS研究O形圈的工作应力分布和失效机理.胡殿印[10]探讨O形圈应力分布规律，对密封圈易受损和失效部位进行了分析.纪军[11]对气缸中O形圈进行ANSYS建模分析，得出预压缩量和气体压力对接触应力和Von-Mises应力的影响规律.王财生[12]分析出O形橡胶圈在不同安装方式下，主应力随着介质压力和截面压缩率的增大而增大.文献集中对接触应力和Von-Mises应力进行了分析.但是，有关剪切应力报道较少，本研究借助有限元软件ANSYS workbench建立数学模型，对O形密封圈的剪切应力、等效应力和接触应力进行了分析.为O形密封圈的设计及优化提供了理论基础.

1 O型密封圈有限元模型及材料参数

1.1 基本假设

选用内径为50 mm，外径为58 mm的O形圈为研究对象，材料为丁腈橡胶，其结构如图1所示.

图1 O形圈模型

橡胶材料不仅具有非线性特征，而且橡胶材料的黏性会导致应力衰减，使变形继续增加，产生复杂黏弹性问题.所以本文在研究中做如下假设[13]：