考虑微观形貌影响的油封磨损分析*

张付英 郭 威 初宏怡

(1.天津科技大学机械工程学院 天津 300222；2.天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室 天津 300222)

旋转唇形密封圈又称油封，因为具有结构简单、密封性能好、成本低廉等特点，被广泛应用于工程机械、建筑机械及汽车设备等工业领域。旋转唇形密封已经使用了将近一个世纪，为了满足不同工况下的密封要求，诸多学者对其的密封机制进行了研究[1-2]。在运行过程中，磨损所造成的材料损失不可避免，唇口的表面轮廓和其与旋转轴之间的相互作用会改变，如何对密封件的磨损过程进行精确地建模和预测，近些年逐渐成为了学者们研究的重点。现有主流的磨损仿真方法有3种，分别是节点位移法[3]、元素死亡法和Umeshmotion法[4]。第一种是发生的磨损以有限元节点位移的形式建模。第二种元素死亡法是通过死亡元素来代替节点位移，虽然能有效地避免网格扭曲，但精度受到了限制。第三种使用了ABAQUS中的子程序Umeshmotion，主要表现为在不改变网格个数的情况下压缩网格，该方法对磨损量较大的模型较为有用，但受限于不能使用超弹性材料。另外，随着对油封摩擦、磨损、润滑、传热研究的深入，学者尝试构建起油封的综合模型[5-6]。

1 油封磨损模型

1.1 油封的结构和参数

典型的旋转轴用密封圈的设计如图1(a)所示，模型采用的是外包骨架型油封，型号尺寸为60 mm×80 mm×8 mm，由金属框架、橡胶密封唇、卡紧弹簧和防尘唇组成，其中主唇与轴为过盈装配，过盈量为0.4 mm。……