O型橡膠密封圈的案例
基于SOLIDWORKS Simulation的O型橡膠密封圈有限元模擬
O型橡膠密封圈因為價格便宜，制造簡單，功能可靠，并且安裝要求簡單，O形環是在機械設計中最常見的密封件。有限元模擬手段可以對O型橡膠密封圈的工況響應做出正確的描述，為設計工程師針對O型橡膠密封圈的選擇與密封性能是否達標提供理論依據。
一、問題描述
如圖1所示，部件的剖面為部件裝配的最終狀態，支柱零件的高度與黑色樹脂件的自然高度一致，螺栓使鈑金板與支柱零件連接，鈑金板零件的卡位壓緊黑色樹脂件，樹脂件壓緊O型橡膠密封圈。關注問題：（1）O型橡膠密封圈壓縮狀態的接觸壓力；（2）鈑金板在橡膠圈的壓縮狀態，受力的形變量。
圖1
二、模型簡化處理
有限元分析模擬就是將實際的工況問題用適當的模型描述。幾何體模型與分析軟件設置屬性、邊界條件一起用有限的單元網格來離散，構建出一個數值計算模型。從實際分析的問題到一個合適、準確的數值計算模型，就是模型的前處理。
圖2
因為涉及到橡膠材料的接觸變形，這是材料非線性、接觸、大形變的非線性分析類型問題。其次螺母的鎖緊過程是緩慢的，可以定性為靜態分析問題。如果直接運用靜態非線性那么計算規模會很大。根據關注問題需要，可以設置兩個算例，一個靜態非線性分析得到密封圈接觸壓力、反作用力，如圖3所示。一個靜態線性算例分析鈑金的變形。根據分析關注信息與分析類型判斷選擇最終模型簡化如圖4所示。
圖3
圖4
三、分析設定
1.靜態非線性分析
因為材料屬性，結構的特點，工況狀態360°圓周對稱。
展開 O型橡膠密封圈怎樣高效研磨拋光去除合模線、飛邊、毛刺？
在這個案例中，我們來討論一個橡膠密封圈去合模線、飛邊、毛刺的拋光工藝。這種O型密封圈的材質有硅膠、ABS、丁晴膠、氟膠、鐵氟龍、橡膠等，拋光工藝是差不多的。
1. O型密封圈拋光前帶合模線及飛邊毛刺的狀態
材質：
橡膠
外觀：
表面有合模線及飛邊，呈黑色。
外形：
O形，直徑大小不等，
另外也有帶棱形的圈。
尺寸：
Φ300*4mm。
拋光前工序：
注塑。
拋光后工序：
干燥包裝。
2. 研磨拋光需求：
表面光滑，無合模線。
去除表層飛邊、毛刺。
減少表面粗糙度，增加光澤度，提高光亮度。
3.
展開 O型密封圈的密封原理和特點
O型圈是圓形橡膠圈，是液壓、氣動系統中應用最廣泛的密封件。O形圈可以有圓形、方形、X 形、Y 形橫截面，不同的形狀具有不同的性能和適用性。
01
O型圈的密封原理
O形密封圈是一種雙向密封元件。安裝時，O形密封圈在徑向或軸向的初始壓縮量，決定了O形密封圈的初始密封能力。系統壓力作用于O形密封圈所產生的力，就是其總的密封力；該密封力隨著系統壓力的升高而增大。
在壓力作用下，O形圈的形狀和具有高表面張力的液體相仿。壓力朝各個方向等值傳遞。
O型圈的自封是有限的，當內壓過高時，會出現O型圈的“膠料擠出”現象。
即密封部位因有間隙存在，受高壓作用的O型圈在間隙處會產生應力集中，當應力達到O型圈的料膠不能承受時，料膠就會被擠出來，此時雖然O型圈還能暫時維持密封，但實際已損壞。
因此要嚴格選型。
02
O型圈的特點
1.O型圈的優點
設計簡單，結構小巧，裝拆方便；
適合多種密封形式，動態密封、靜態密封均可用；
O型密封圈斷面結構極其簡單，且有自密封作用，密封性能可靠，靜密封幾乎沒有泄露；
運動摩擦阻力小，適合于壓力交變的場合；
單件使用雙向密封；
尺寸和溝槽已實現了標準化，產品易得，便于使用和購買，價格相對較低。
展開 基于流體壓力的O型圈密封仿真 ￥5
探索超彈性材料的特性
? 增強對大非線性變形的理解
? 了解軸對稱建模的工作原理
? 了解流體滲透壓力的應用
Ansys 案例研究 | O型圈密封分析
概述
O型圈在密封應用中得到了廣泛使用。本模型采用軸對稱方法對O型圈的密封過程進行模擬。
目標
探究超彈性材料的特性
加深對大型非線性變形的理解
了解軸對稱建模的工作原理
步驟
1、在Ansys Workbench中創建一個靜力結構分析系統。
2、定義超彈性材料。
3、導入O型圈幾何模型。該仿真基于二維方案進行，然后通過旋轉得到三維結果。O型圈與設備的橫截面如圖1所示。
圖 1. O型圈軸對稱橫截面示意圖
4、將材料賦予幾何模型。
5、對幾何模型進行網格劃分，采用多區域法。
6、定義分析設置并指定邊界條件。固定底部部件，并將頂部部件向下移動2毫米（圖2）。在O型圈與其他兩個部件之間定義接觸。開啟大變形選項，并定義至少50個子步以確保收斂。
圖2. 邊界條件
7、運行仿真并查看結果。該仿真基于二維軸對稱模型進行求解，在查看結果時，通過對稱擴展功能繞Y軸旋轉擴展顯示為三維效果。O 型圈變形后的總位移云圖如圖 3 所示。
圖3. 總位移云圖
總結
本仿真展示了O型圈密封的過程原理。仿真中使用了超彈性材料和大變形設置。此示例還演示了如何應用軸對稱分析來簡化仿真過程。
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展開 橡膠o型圈分析
求橡膠圈的穆尼參數
致宇航員慘死的“O形密封圈”！ABAQUS橡膠制品仿真分析怎么做
摘要：橡膠密封圈在現代工業密封結構中占有重要地位。密封件結構的設計直接影響到整個密封系統的工作，如果結構設計不合理，則在工作過程中就容易引起失效，即使是一個很不起眼的密封圈原件的損壞失效，也可以造成價值數百萬元甚至數億元的巨大損失，有時還可能造成不可挽回的環境污染和人員傷害等災難性后果。
比如1971年，蘇聯聯盟11號飛船按程序啟動制動火箭，再返入大氣層時，返回艙和軌道艙分離。但連接兩艙的分離插頭分離后，返回艙的壓力閥門被震開，密封性能被破壞，艙內壓強迅速減小，致使3名宇航員慘死在密封艙中；再如1986年1月28號，美國“挑戰者”號在執行代號STS-51-L的第十次太空任務時，因為右側固態火箭助推器上面的一個僅僅價值數美元的O形密封圈失效，導致一連串的連鎖反應，并且在升空后73秒時，爆炸解體墜毀，機上7名宇航員都在該次意外中罹難，直接經濟損失多達12億美元；又如我國火箭也曾因密封泄漏故障造成衛星不能準確入軌。
本文就以O形密封圈為例帶你學習橡膠制品仿真分析：
1、模型描述：
如圖1所示，簡易的管道連接示意圖，右圖為左圖的刨面圖。這樣我們可以清晰的到藍色部分為壓頭，金屬材質；灰色部分為密封槽，金屬材質；綠色部分為O形密封圈，橡膠材質。
圖1 簡易的管道連接示意圖及其刨面圖
2、模型簡化
考慮到金屬材質相對于橡膠材質要硬度要高很多，一般金屬的楊氏模量為GPa級別，而橡膠的等效楊氏模量一般為MPa級別，所以相對于橡膠而言，金屬部分可以近似看作剛性部件，另外，針對本次仿真的目的而言，我們不關心金屬部分的受力或者形變，綜上原因，在有限元建模時可以將金屬部分設置為解析剛體。
展開 ABAQUS案例 | O型橡膠密封環受壓
本案例是O型密封圈受流體壓力作用
問題描述
受流體壓力作用；結構形態分布如下圖所示，密封圈以橡膠建模，其余以解析剛體建模。
材料信息
Rubber；Mooney-Rivlin；c10：3.6MPa；C01：3.87MPa；D：0.001；
工作目錄
選擇
File > Set Work Directory
設定工作目錄
幾何模組
自行建模并分割橡膠圈如下，注意建參考點“RP”
屬性模組
只給橡膠賦予材料
裝配模組
分析步模組
分析程序會選擇使用
Static, General
。共包含三個分析步，
第一個分析步：求解干涉；第二個分析步：外殼上移；第三個分析步：施加壓力。
開啟幾何非線性。增量類型設置為Fixed，增量大小為0.01。
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（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）當工作壓力小于9.8Mpa時一般不設計擋圈,當壓力大于9.8Mpa時O型圈承壓面易被擠出，應加擋圈;若單向受壓，在承壓面設置一個擋圈，若是雙向受壓則要設置二個擋圈，如圖4-2
O型圈執行標準
O型圈的硬度與溝槽最大間隙及工作壓力關系
密封間隙的大小與壓力等級、橡膠硬度及O型圈斷面的直徑相關情況，見下表：
活塞桿密封中溝槽深度
缸孔密封時溝槽的深度
徑向密封溝槽的深度
一般徑向密封溝槽寬度; 見表4-1-5
不同截面O型圈的軸向溝槽寬度和深度
軸向密封溝槽寬度和深度見表4-1-8
O型圈橡膠材料的硬度與工作壓力的關系
在橡膠材料標準中，以硬度和壓縮永久變形兩項性能最為重要。選擇壓縮變形較小的橡膠材料對密封性能是有利的，而硬度對于O型圈耐壓和抗擠又是至關重要的。（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）根據國標和實踐經驗，橡膠在規定溫度下的壓縮永久變形最大不超過50%。而橡膠的硬度與密封工作壓力密切相關，壓力越高，硬度也是越高;參見表4-1-11
注：旋轉運動工作壓力一般不超過0.4 Mpa,硬度選擇在(70±5)度;超出0.4 Mpa則按特殊密封裝置設計。
溝槽的光潔度要求
溝槽的光潔度、溝槽接觸表面的粗糙度對密封效果和耐久性有很大影響。
展開 O型圈密封選擇、溝槽設計及失效分析（轉自液壓那些事）
O型圈密封選擇、溝槽設計及失效分析（轉自液壓那些事）
『轉貼』橡膠O型圈阻尼器在高速旋轉臺上的應用研究
作者：宣海軍，洪偉榮(浙江大學化工機械研究所，浙江 杭州 310027)
摘要:為驗證橡膠O型圈阻尼器(EORD)的減振有效性，在高速旋轉試驗臺上研究EORD支承高速柔性懸臂轉子系統的不平衡響應。試驗轉子從0逐漸加速到24 000 r/min，然后切斷電源自然降速。記錄轉子升降速過程中的轉速和振動信號。建立基于Timoshenko連續梁理論的轉子有限單元分析模型，求解模態轉速、模態振型和不平衡響應，用Kelvin-Voigt粘彈性線性模型表示橡膠O型圈的動態特性，試驗和理論計算結果比較表明，不平衡響應試驗值和理論值一致，轉子越過一階臨界轉速并升速到2倍臨界轉速以上穩定運行。EORD能有效抑制高速轉子的不平衡響應，提高轉子系統的穩定性。作為一種低成本潔凈的阻尼組件，EORD具有優良的阻尼減振性能。
關鍵詞:橡膠O型圈阻尼器;轉子動力學;有限單元模型;不平衡響應
點評:
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橡膠、塑料零部件材料表面怎樣研磨拋光去除合模線、飛邊、毛刺？
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在這個案例中，我們來討論一個橡膠密封圈去合模線、飛邊、毛刺的拋光工藝。這種O型密封圈的材質有硅膠、ABS、丁晴膠、氟膠、鐵氟龍、橡膠等，拋光工藝是差不多的。
1. O型密封圈拋光前帶合模線及飛邊毛刺的狀態
材質：
橡膠
外觀：
表面有合模線及飛邊，呈黑色。
外形：
O形，直徑大小不等，
另外也有帶棱形的圈。
尺寸：
Φ300*4mm。
拋光前工序：
注塑。
拋光后工序：
干燥包裝。
2. 研磨拋光需求：
表面光滑，無合模線。
去除表層飛邊、毛刺。
減少表面粗糙度，增加光澤度，提高光亮度。
3.
展開 高分子材料零件快速自動化去毛刺、飛邊、合模線研磨拋光工藝
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1. O型密封圈拋光前帶合模線及飛邊毛刺的狀態
材質：
橡膠
外觀：
表面有合模線及飛邊，呈黑色。
外形：
O形，直徑大小不等，
另外也有帶棱形的圈。
尺寸：
Φ300*4mm。
拋光前工序：
注塑。
拋光后工序：
干燥包裝。
2. 研磨拋光需求：
表面光滑，無合模線。
去除表層飛邊、毛刺。
減少表面粗糙度，增加光澤度，提高光亮度。
3.
展開 O形密封圈密封溝槽設計
O形圈密封是典型的擠壓型密封。O形圈截面直徑的壓縮率和拉伸是密封設計的主要內容，對密封性能和使用壽命有重要意義。O形圈一般安裝在密封溝槽內起密封作用。O形密封圈良好的密封效果很大程度上取決于O形圈尺寸與溝槽尺寸的正確匹配，形成合理的密封圈壓縮量與拉伸量。
密封裝置設計加工時，若使O形圈壓縮量過小，就會引起泄漏；壓縮量過大則會導致O形密封圈橡膠應力松弛而引起泄漏。同樣，O形圈工作中拉伸過度，也會加速老化而引起泄漏。世界各國的標準對此都有較嚴格的規定。
1、O形圈密封的設計原則
1）壓縮率
壓縮率W通常用下式表示：
W= (do-h)/do%
式中 do——O形圈在自由狀態下的截面直徑（mm）
h ——O形圈槽底與被密封表面的距離，即O形圈壓縮后的截面高度（mm）。
在選取O形圈的壓縮率時，應從如下三個方面考慮：
a.要有足夠的密封接觸面積
b.摩擦力盡量小
c.盡量避免永久變形。
從以上這些因素不難發現，它們相互之間存在著矛盾。壓縮率大就可獲得大的接觸壓力，但是過大的壓縮率無疑會增大滑動摩擦力和永久變形。而壓縮率過小則可能由于密封溝槽的同軸度誤差和O形圈誤差不符合要求，消失部分壓縮量而引起泄漏。因此，在選擇O形圈的壓縮率時，要權衡個方面的因素。一般靜密封壓縮率大于動密封，但其極值應小于30%(和橡膠材料有關），否則壓縮應力明顯松弛，將產生過大的永久變形，在高溫工況中尤為嚴重。
O 形圈密封壓縮率W的選擇應考慮使用條件，靜密封或動密封；靜密封又可分為徑向密封與軸向密封；徑向密封（或稱圓柱靜密封）的泄漏間隙是徑向間隙，軸向密封（或稱平面靜密封）的泄漏間隙是軸向間隙。
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