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原标题：橡胶O型圈密封
O形橡胶圈的一般结构
O形橡胶圈是我们工作中常用的一种密封件，最常用在往复运动情况下，O形密封的一般结构有外装式结构和内装式结构两种。O形密封装置结构（含外装式和内装式）如图1所示。通常，外装式结构用于活塞密封，以隔离液压缸的内部腔室，因此又称内部密封；内装式结构用于活塞杆密封，以隔离液压缸内腔与大气的密封，因此又称外部密封。内部密封发生的泄漏为内漏，内漏率过大时，会影响机械效率，或不能维持正常的工作压力，从而影响到力学性能，外漏率过大时，不仅影响力学性能和机械效率，而且会对工作环境产生严重污染，因此控制外漏的密封装置尤为重要。河北胶圈生产基地https://www.lienxijy.cn/沧州蓝得阀门配件有限公司提供高品质的密封胶圈、四氟包覆胶圈和O型圈等阀门配件产品。我们致力于为客户提供可靠的密封解决方案，产品广泛应用于工业、建筑和机械设备等领域。欢迎联系我们，了解更多关于密封胶圈和其他阀门配件的信息！电话：13522271602！
图1 O形密封装置结构
a）外装结构 b）内装结构
密封原理
O形橡胶圈用作压缩密封的基本作用：当O形圈安装在沟槽和密封面之间时，有一定的压缩量，由此产生的反弹力给予被密封的光滑面和沟槽底面以初始的压缩应力，从而起预紧或初始密封作用。O形圈的预密封作用如图2所示。
图2 O形圈的预密封作用（安装状态）
由于预密封作用，O形圈与被密封光滑面和沟槽底面紧密接触，这样当流体通过间隙进入沟槽时，只能对O形圈的一侧面起作用。在工作状态下，流体通过间隙加到O形圈一侧的内压力进一步加大时，把O形圈推向沟槽另一侧面而挤压变形成D形状态，并把这种压力传递到密封接触表面。因此，由于最初的过盈压力作用，密封压力实际上大于所施加的流体压力。O形圈工作状态下接触面的压力分布如图3所示。
图3 O形圈工作状态下接触面的压力分布（工作状态）
流体压力越大，O形圈变形越大，从而传递给接触面的压力也越大，密封作用也就越大。这种由流体压力自动增强密封效果的作用，叫作自紧密封作用，图3恰当地反映了O形圈的自紧密封作用。
密封特性
就往复运动用 O形密封装置来说，其运动摩擦阻力比唇密封小，但它的起动摩擦阻力较大，通常是运动摩擦阻力的3~4倍。摩擦阻力和作用在O形圈上的压力大小、压缩量、材质的硬度等因素有关。压力和压缩量对运动摩擦的影响很大，压力大，压缩量大，则摩擦力大。O形圈的硬度和滑动面的表面粗糙度对起动摩擦力也有较大的影响，硬度越大，滑动表面越粗糙，摩擦力越大。静置时间的长短对起动摩擦力也有很大的影响，特别是当静置的时间很长时，由于O形圈处于相当大的压缩状态，使密封材料嵌入接触表面的凹处，在接触面处产生轻度物理和化学融合，造成起动摩擦力增加，所以O形圈的相对滑动表面越粗糙，接触时间越长，嵌入到凹凸表面中的材质越多，起动摩擦阻力越大。O形密封装置的这种密封特性，要求进行机械设计的工程技术人员应了解并掌握其特点和基本规律，以便设计出最优良的密封装置，为了减小起动摩擦阻力，可以采取以下措施：
1）选用硬度较低的材料制作O形圈，
2）减少压缩量。最小压缩率可为3%~8%。
此外，O形密封的寿命与相对滑动表面的材质、加工精度、加工方法、润滑情况和环境污染等诸多因素有关，相对表面粗糙度Ra以0.2~0.4um为佳，而相对滑动表面的硬度以50HRC以上为好。
O型密封圈，O型圈（O-rings）是一种截面为圆形的橡胶密封圈，因其截面为O型，故称其为O型橡胶密封圈，也叫O型圈。开始出现在19世纪中叶，当时用它作蒸汽机汽缸的密封元件。因为价格便宜，制造简单，功能可靠，并且安装要求简单，O形环是最常见的密封用机械设计。O形环承受几十兆帕斯卡（千磅）的压力。O形环可用于静态的应用中，也可以用在部件之间有相对运动的动态应用中，例如旋转泵的轴和液压缸活塞。
橡胶O型圈的solidworks有限元仿真分析实例
O型圈是机械密封中的一种常用零件，价格便宜，制造简单且对安装的要求较低。O型圈密封分为静密封和动密封，静密封常用于液压泵的进出液口，动密封在液压缸活塞处应用较多。
对于O型圈的密封机理估计很多朋友仅仅停留在表面认识上，下面猫亮设计使用 solidworks simulation来分析一下橡胶O型圈是如何密封的。
模型建立
为提高有限元的计算速度，根据需要分析的问题的特点，我们将这个有限元问题简化为轴对称的2D有限元问题。
在solidworks中使用曲面建立以下O型圈密封的截面模型，分别建立三个曲面实体，一个是盖板，一个是沟槽，一个是O型圈，其中O型圈使用分割线从中间分开。
平面的具体尺寸如下，以下尺寸并未按照O型密封圈的标准尺寸绘制，仅做为演示使用。
O型圈有限元仿真分析 算例建立
新建一个非线性静应力的2D简化分析。
使用轴对称模型，选择截面位置及轴线位置完成轴对称模型的建立。
材料指定
将上、下盖板的材料设置为合金钢。
将O型圈材料设置为橡胶，首先将材料库中的橡胶复制到自定义材料中，然后将橡胶材料的本构模型设置为超弹性，下图中的第一材料常量和第二材料常量分别填写0.1和0.01。
由于没有相应的材料数据，这里关于橡胶的材料参数设置仅做为演示。如果有试验数据，可以使用曲线数据来计算材料常量的方式在表格和曲线中将橡胶的材料试验数据输入进去。
接触条件设置
使用本地交互，选择O型圈边线和上盖板的下边线，添加相触的接触关系。
使用本地交互，选择O型圈边线和沟槽的紫色边线，添加相触的接触关系。
使用零部件交互，对O型圈的左右两部分添加结合关系，添加结合关系后，在分析中这两部分就是一个整体了。
分步式载荷及约束添加
对沟槽的下边线使用固定约束。
对盖板的上边线添加一个强制位移的载荷，位移方向向下，大小为0.5mm，且在0.5秒的时候完成0.5mm的位移。
为了模拟O型圈在受到密封流体的压力后的自密封现象，这里采用了载荷分步加载的方式，前面在0.5秒内加载了位移载荷做为第一步载荷。
下面对0.5-1秒的时间内添加第二个载荷步，选择O型圈右侧边线，添加一个0.3MPa的压力载荷。
网格划分
采用默认网格对整体划分网格，为了利于非线性计算的收敛，需要对O型圈的网格加密。
使用网格控制，选择O型圈的边线，添加一个网格控制。
划分后的网格如下
计算及结果分析
位移云图
接触压力云图
在0.25秒的时候O型圈与上盖板发生接触，接触压力不断上升，到达0.5秒时接触压力达到0.2MPa，此时增加了一个逐步增长的0.3MPa的流体压力载荷，在流体压力载荷的驱动下，O型圈发生变形，一直到1秒时0.3MPa的流体压力载荷加载完成，O型圈的接触压力也逐步上升在1秒时接触压力达到了0.48MPa。
O型圈受到了流体压力的作用发生了变形，产生了自密封现象。
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发表于 2024-4-5 12:18:08
