軸承密封圈的案例
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 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。
展開 基于流體壓力的橡膠圈密封有限元仿真分析方法--ANSYS Workbench有限元分析方法--橡膠密封方法
在工業生產中，密封件的作用舉足輕重，尤其是在需要承受流體壓力的場合。今天，我們就來一起探討一下如何利用ANSYS Workbench這一強大的有限元分析軟件，對典型的橡膠圈密封進行精確計算和分析。
一、模型介紹
我們構建的模型是一個圓柱形的軸對稱結構，通過取其截面進行模擬分析。這個模型由三部分組成：左側是固體部分，中間是橡膠圈，右側是剛性體。這種設計在很多工業設備中都能看到，其密封性能直接關系到設備的正常運行。
二、壓縮與加載
在模擬的初始階段，右側的剛性體會上移到指定位置，對橡膠圈進行壓縮。這一步是為了模擬實際安裝過程中橡膠圈的變形情況，確保其能夠適應密封槽的形狀。
結果如圖所示
接下來，我們在橡膠圈的凹槽部分加載流體壓力。這些壓力會擠壓橡膠與固體、剛性體之間的接觸面，試圖在縫隙位置撐開接觸面。此時，我們關注的是接觸面的壓力分布情況，以此來判斷橡膠圈是否能夠提供完好的密封。
流體壓力加載采用命令的方式如下所示
三、材料設置與接觸條件
橡膠材料的選擇至關重要，它直接影響到密封件的密封性能和耐用性。在模擬中，我們根據實際情況選擇了合適的橡膠材料，并設定了相應的物理參數。
與此同時，橡膠與固體、剛性體之間的接觸也被設定為摩擦接觸，摩擦系數設為0.1。為了更準確地模擬實際情況，我們還設置了每步更新剛度的選項，以確保模擬結果的準確性。
四、提高收斂性
在進行有限元分析時，有時會遇到不收斂的問題。這可能是由于模型設置、網格劃分或求解器參數等原因導致的。
展開 密封圈接觸變形仿真 ￥500
<p>密封圈常應用于結構裝配之間的密封，包括了軸、超彈體和法蘭等相關組件中。密封圈的密封性能取決于密封圈和接觸構件之間的接觸壓力，當密封圈周圍的液體壓力差超過接觸所提供的抵抗力時，發生泄漏，密封圈失效。本案例仿真了密封圈接觸變形及變形回復過程，模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202110/97c5e68e339e4619bcba887dc372e416.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，也可以加我，歡迎交流</p><p><br></p>
展開 
液壓系統密封圈結構介紹
密封圈的結構形式有O 形密封圈、Y 形密封圈、V 形密封圈，都是以密封圈截面來定義的。密封圈常用油橡膠、尼龍等材料制成。通常習慣稱O形密封圈為封圈，稱Y 形、V 形密封圈為油封。密封圈有制造容易，使用方便，密封可靠，廣泛使用等優點。
O形密封圈
O形密封圈是一種圓形斷面形狀的密封元件。O形圈可以用于固定件的密封，也可用于運動件的密封。O形密封圈在使用時要正確使用，壓力大小、溝槽尺寸要匹配，以及要放置擋圈等。
Y 形和V 形密封圈
Y 形和V 形密封圈是斷面形狀類似Y 和V 的密封元件。V形密封圈密封可靠，壽命長，主要用于大直徑、高壓、高速柱塞或活塞和低速運動的活塞桿的密封。
Y 形密封圈適應性強，密封性能隨壓力升高而提高，并且磨損后有一定的自動補償能力，主要用在運動快速的油缸的密封、液壓油缸和活塞密封以及液壓油缸和活塞桿的密封。
總之Y 形密封圈與V形密封圈的密封是通過壓力油的作用，使Y 形密封圈和V形密封圈的唇邊張緊在密封表面而實現的。油壓愈大密封性能愈好。
但是也存在摩擦力大、結構尺寸大、檢修和拆卸更換不方便等缺陷還要有安裝方向，一般唇邊面向壓力高的一側進行安裝但是對于差動連接方式的油缸管路，常采用背對背，面對面的方式安裝密封圈，以保證油缸的推力和行程速度。
展開 線纜密封圈反推優化設計
模擬線纜密封圈在70方線纜的最小線徑情況下的防水問題。
本次需要優化出一種設計方案。
此次仿真優化采用反推的方式。
首先建立兩邊各壓縮量為0.55~0.70mm的結構，模擬最小線徑19.00壓縮進入，壓縮接觸面的應力如果在0.35~0.55Mpa，則視為設計OK。
將反推出的結構在線纜直徑方向壓縮至直徑20.0mm,此時得出長度增長2.8mm。
更新結構，得出大概的截面設計，如右下圖所示。
根據反推出來的模型反復優化后的結果如下：
壓縮處的應力分別為0.53，0.44，0.37Mpa，
滿足防水及熱老化需求。
液壓缸活塞常用密封圈及選用
液壓油缸活塞
上的密封，其的密封性能好壞，是與活塞的使用效果息息相關的。如果密封性能不好的話，那么是會影響到活塞的使用性能和使用壽命。嚴重的話，還會影響到液壓油缸的整體使用及壽命。所以，我們要重視液壓缸活塞的密封。
液壓油缸活塞
的密封，通常是安裝在活塞上的，主要是用來對活塞與油缸缸筒之間的間隙進行密封，從而避免液壓油出現泄漏等問題。對密封裝置的基本要求是具有良好的密封性能，并隨壓力的增加能自動提高密封性，除此以外，摩擦阻力要小，耐油，抗腐蝕，耐磨，壽命長，制造簡單，拆裝方便。
液壓缸
主要采用密封圈密封，常用的密封圈有o
形、V形、Y形及組合式等幾種，其材料為
耐油橡膠、尼龍、聚氨酯等。
01
O形密封圈
O形密封圈（O-ring）主要用于靜密封。O形密封圈安裝方便，價格便宜，可在-40~120℃的溫度范圍內工作，但與唇形密封圈相比，運動阻力較大，作運動密封時容易產生扭轉，所以一般不單獨用于液壓缸運動密封，可與其他密封件組合使用。
任何形狀的密封圈在
安裝時，必須保證適當的預壓縮量，過小不能密封，過大則摩擦力增大，且易于損壞，因此，安裝密封圈的溝槽尺寸和表面精度必須按有關手冊給出的數據嚴格保證。在動密封中，當壓力大于10MPa時，O形圈就會被擠人間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側設置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，其厚度為1.25~2.5mm，雙向受高壓時，兩側都要加擋圈，其結構如下圖所示。
展開 ANSYS workbench 橡膠密封圈分析案例 ￥10
案例介紹了ANSYS workbench 橡膠密封圈接觸分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
?
通過流體分析驗證低摩擦力矩密封圈
當密封圈滑動時，通過密封油的油壓將密封圈推向殼體內表面和軸槽側壁上，并保持油壓回路內部的壓力。
密封圈需要具有低摩擦力矩、低漏油性能和高耐磨性。當摩擦力矩降低時，傳動效率提高，以實現更高的能源效率。減少漏油使油壓泵的效率更高，體積更小，從而使能源效率更高。為了保持低摩擦力矩和低漏油運行，并實現長使用壽命，密封圈需要耐磨，同時防止密封圈滑動配合件的磨損。
帶矩形橫截面的NTN常規密封圈的應用如圖2所示。由于密封圈與軸槽側壁的接觸面積小于密封圈與殼體內表面的接觸面積，當軸或殼體旋轉時，軸槽側壁的滑動阻力較小，密封圈在軸槽側壁上滑動。密封圈與軸槽側壁是面接觸，因此漏油較少。
圖2 密封圈的應用
2、低摩擦力矩密封圈
2.1 特征
通過在軸槽側壁上滑動的密封圈表面設置V形潤滑槽，實現低摩擦力矩密封圈的低摩擦力矩和低漏油。密封圈采用在 PEEK樹脂中加入特殊添加劑制成的 BEAREEPK5301材料，側面有注塑成型的V形潤滑槽，且對接臺階形狀復雜。通過對接臺階的復雜形狀減少對接臺階處的漏油。
與NTN常規產品相比，低摩擦力矩密封圈具有以下特征:
1）摩擦力矩降低達60% ;
2）1/10的磨損率;
3）相當的低漏油性。
2.2 潤滑槽形狀的比較
2.2.1摩擦力矩測量結果
具有不同潤滑槽形狀和無潤滑槽的3種密封圈對比見表1。試驗設備示意圖如圖3所示。
展開 基于ABAQUS的橡膠密封圈大變形仿真分析
1背景及意義
橡膠密封圈廣泛應用于密封結構中，諸如金屬管道連接處的密封、混凝土框架橫梁之間的潤滑密封等。橡膠圈的材料選取、形狀的設計及受力大小對其密封性能有很大的影響，然而在實際壓縮試驗過程中很難觀測到其受力變形的瞬態大變形行為。通過ABAQUS有限元分析可以得到橡膠圈的受力變形過程，對產品的設計及優化具有較大的幫助，也有利于縮短研發周期，降低經濟成本。
2模型建立
模型采用常用的橡膠材料與模具裝配模型，如圖1所示。整個建模過程與后續的有限元分析中均采用統一的mm單位制。
圖1 模型基本尺寸
3有限元分析
本案例的有限元分析是在ABAQUS 2017平臺上全程進行的。運用Standard/Explicit分析模塊，之后進入Part模塊創建上述分析模型。建立的有限元模型如圖2所示。模型中主要涉及兩種材料模型，橡膠本構已經很成熟了，選用超彈性Mooney-Rivlin本構，模具使用鋼鐵本構，輸入基本的物理參數即可。橡膠圈及鋼鐵本構參數分別如圖3、4所示。之后定義接觸及邊界條件完成有限元模型的前處理操作。
圖2有限元模型
圖3橡膠圈本構參數
圖4模具本構參數
4結果與討論
模型的后處理操作是在Abaqus/CAE的Visualization模塊，模型求解完成后對云圖只顯示材料填充區域云圖，此時，橡膠材料就從一開始的圓形被壓縮成類似于矩形的形狀，如圖5所示。
圖5應力云圖
5結論
本案例針對橡膠圈進行了一個簡單的大變形分析，從應力云圖來看，仿真結果很好模擬了橡膠圈在壓縮時候的大變形行為，后續可以單獨提取最大變形處的應力應變曲線等，對產品的設計有一定的參考意義。
展開 APDL Showcase2：超彈性密封圈網格加密分析
描述了一個橡膠密封圈在受壓時發生大變形的案例，使用了重啟動分析和網格重劃分來保證計算能夠進行。
這個案例官方給的也是一個dat文件和一個包含網格的cdb文件。這次的dat文件比較長，有接近400行。但實際上大部分命令并不復雜，或者說……真正復雜的命令其實也不需要寫太長。
模型長這樣：
上面和側面分別是兩根剛性的邊界線。整個模型中可變形的只有中間這一塊彈性密封組件，按照平面應變問題來模擬。它的材料是Ogden形式的超彈性模型。
超彈性本構模型經常被用來描述橡膠和生物軟組織具有的非線性的應力-應變關系。有很多種應變能的函數形式可供選擇，Ogden形式就是其中一種，它比較適合用于承受較大變形的超彈性材料。
當然，剛體和橡膠密封組件之間、密封組件自己和自己的表面之間也都定義了接觸對，避免發生穿透。
這個案例用了三個分析步。第一個分析步將頂部的邊界下壓，然后進行兩次網格重劃分；第二個分析步對密封圈加熱使其膨脹，并進行第三次網格重劃分；第三個分析步施加了流體壓力滲透載荷，模擬了密封液加壓注入的過程。最終模型有一小部分被擠進密封件的間隙。
預覽一下：
好的，下面開始講解~
首先一段分析定義，設置重啟動分析的寫入點，以及參考溫度、固定邊界條件等信息。
接著是第一個分析步，樸實無華的一個位移邊界條件，頂部剛性密封蓋沿y方向下壓18mm。
然后它就被這樣壓扁了。下面是第一分析步過后單元的靜水壓力云圖。
（是不是感覺就已經被壓得媽媽都不認識它了）
注意看這個云圖的左上角部分。在真實的密封過程中，超彈性材料的密封圈會有一部分“流入”左上角兩條剛體線之間的縫隙中。
展開 
基于Ls-dyna電池包密封圈壓縮仿真
一、背景
動力電池系統上包含了許多密封結構，在雨季車輛過積水路面或者電池包熱失控氣體膨脹時均可能導致密封結構失效帶來安全風險，已成為電池包密封結構面臨的嚴峻問題。
二、解決方案
基于Ls-dyna密封圈壓縮仿真通過輸出密封圈壓縮率可以有效識別評估電池包密封結構是否有失效風險。
三、仿真思路簡述
1）密封圈壓縮仿真需要考慮密封螺栓預緊過程，基于Ls-dyna的動態松弛關鍵字實現這一過程；
2）密封圈類型分兩種，一種是完全不可壓縮材料（如硅橡膠），另一種完全可壓縮材料（如發泡材料），需要使用不同的材料本構進行模擬；
3）密封圈壓縮仿真會出現密封圈網格畸變導致仿真報錯終止、主從剛度差異較大導致接觸穿透等棘手問題，本人總結了許多操作技巧解決了網格畸變、接觸穿透等問題；
4）上述仿真思路將會在2024年11月26日技術鄰直播中做詳細展示，敬請期待，直播報名網址：https://www.yqgqt.org.cn/live/11234
四、重要說明
上述仿真思路是本人基于Ls-dyna官方學習資料和試用版軟件總結的，注意僅限于學習交流，請勿傳播，請勿商用，違者必究。
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。
【點擊下方查看案例視頻】
展開 ANSYS workbench 橡膠密封圈非線性靜力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習橡膠密封圈的三維模型處理
2、學習橡膠密封圈非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性靜力學分析步的建立
4、學習橡膠密封圈非線性靜力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 橡膠密封圈非線性靜力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
?
