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—轴径（mm）；
—O形圈槽底与被密封表面的距离（mm）；
一般其拉伸量为1%-5%。
由式4-2得
符合其一般拉伸量为1%-5%。
5．柱塞泵密封圈有限元分析
用有限单元法对柱塞泵密封圈进行了分析 ,获得了橡胶密封圈与柱塞间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。分析表明:橡胶密封圈在工作介质压力的作用下 ,有“偏离效应”的存在 ,即在密封圈的接触宽度上 ,唇部受拉伸 ,根部受压缩 ,主密封在靠近唇部位置;同时 ,主密封带的位置不随工作介质压力的变化而变化 ,且最大接触应力与工作介质压力之比为 1.23。为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据。
5.1 柱塞泵密封圈结构 1.柱塞杆 2.液压缸体 3.聚四氟乙烯填料圈
4.O型圈 5.压套 6.压盖
图5.1 柱塞泵密封圈结构
根据试验的要求和仪器的现状, 本文对 柱塞泵的密封结构进行了改进, 改进后的结构如图5-1所示 。通过改进前与后对比, 后做的改进如下:
(1) 撤下了泵筒内部的 O形圈, 扩充了其空间,并采用聚四氟乙烯圈和台阶形压套的结构填充。
(2) 改变了 O形圈与聚四氟乙烯圈的接触状态,而采用 3个内嵌 O形圈的压套并隔开 O形圈的形式进行替换。设计的结构如图5.1所示。
5.2橡胶的力学特性
橡胶是一种近似不可压缩的高弹性材料 ,泊松比v随变形量的增加而减少 ,一般在 014500～014999范围内变化。橡胶具有高弹性 ,它在较小的外力作用下就能显示出高度变形的能力 ,而在外力除去后 ,又基本上能恢复原来的形状。橡胶在变形量小于 50%时是理想弹性体。柱塞泵所用的橡胶密封圈 ,其硬度很高 ,且在工作过程中 ,变形很小。因此在有限元计算时 ,将橡胶视为线弹性材料。
5.3 有限元分析
5.3.1 载荷的确定
O形密封圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。,即其密封的有效压力等于预压力与流体压力之和。由于柱塞泵的工作压力高(在酸化压裂时排出压力高达 100MPa) ,因而预压力的效果相比起来就很小。因此 ,橡胶密封圈所受载荷为工作介质压力和摩擦力。
5.3.2 计算条件
试样:柱塞泵密封圈;密封圈尺寸:内径 ;密封圈材料: 橡胶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ;柱塞尺寸: ;工作介质:酸化液体;工作压力:20～70MPa;有限元计算中所用到材料的性能参数见下表 5.3.2。
表5.3.2 材料性能参数
性能 PTFE
丁腈橡胶 聚氨酯橡胶
N232SH N237H N234L 8290 8280 8270
弹性模量(MPa)
泊松比(v) 2700
5.4 接触应力的计算
在对橡胶密封圈进行接触应力计算时,采用自动动态增量非线性分析有限程序 ANSYS 软件。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。主要运用ANSYS的材料非线性分析,结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。