Yx形液压密封圈温度场有限元分析.pdf

2012年10月
机床与液压
Oct.2012
第40卷第20期
MACHINE TOOL HYDRAULICS
Vo. 40 No 20
DOI:10.3969/j.issn.1001-3881.2012.20.026
Yx形液压密封圈温度场有限元分析
杨秀萍,于润生,田磊
(天津理エ大学机械工程学院,天津300384)
摘要:应用超弹性理论和传热学原理,分析橡胶密封誾摩擦生热和机械滞后生热的机制;采用有限元法对Yx形液压
密封圈热结构耦合场进行模拟,得到密封圈的温度场分布,研究工作参数对温升的影响及规律。结果表明:摩擦生热主要
使密封圈与活塞杄接触部分温度升高,机械滯后生热使密封圈中心部分温度较高,其温升明显高于摩擦引起的温升,两种
热源作用下,密封圈有很高的温度场;对于相同橡胶材料,油压、相对滑动速度以及油温的增大,均使密封圈温升明显增
加。因此工作中限制工作压力和相对滑动速度以及提供较好的散热条件,对降低密封圈温升、提高密封性能和使用寿命有
利。所建立的模型为定量分析各类密封圈温度场提供了研究基础和方法
关键词:Yx形密封圈;有限元;温度场
中图分类号:0242.21;TB15文献标识码:A文章编号:1001-3881(2012)20-088-3
Finite Element Analysis on Temperature Field of Y Shape Hydraulic Sealing Ring
YANG Xiuping, YU Runsheng, TIAN Lei
( School of Mechanical Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China)
Abstract The heat generation mechanisms by friction and mechanical hysteresis of rubber seal ring were analyzed based on hy-
elasticity he and eat an er pe Te coupled field simulation of thermal and structure of Yx shape hydraulic seas ring
was implemented by finite element method and the temperature distribution was obtained. The effect and regularity of working parame
ters on temperature rise were studied. The reults show that frictional heat mainly leads to temperature raise on the area where the seal
ring and the pi on rod contact, mechanical hysteresis leads to high temperature filed in the central part of seal ring, and the tempera
ture rise is obviously higher than that by friction. Seal ring has high temperature filed under two kinds of heat source. The temperature
rise of seal ring evidently increases when oil pressure, relative slide speed and oil temperature increase for the same rubber material
Therefore, limiting the working pressure, relative slie speed and providing beer heat dissipation condition are beneficial to reduce
the temperature rise, improve sealing performance and service life. The model provides research basis and method for quantitative anal
ysis of temperature fields of all kinds of seal rings
Keywords: Yx shape sealing ring; Finite element; Temperature field
密封圈是液压系统防止泄漏、提高容积效率的重SYS有限元软件对Yx形液压密封圈热结构耦合场进
要元件,密封失效不仅影响系统正常工作,还会浪费行模拟,研究工作参数对温升的影响及规律,所建立
工作油液,污染设备和环境,有时密封件损坏造成的的模型为定量分析各类密封圈温度场提供了研究基础
损失,甚至是密封件本身价值的千万倍。现代液压控和方法。
制技术对密封提出了更高的要求,其密封性能已成为1温度场分析理论基础
评价产品质量的一个重要指标。
Yx形密封圈依靠其唇边部分受流体压力作用后
在长时间、高压工况下,系统会发热,由于橡胶与被密封面紧密接触来进行密封,主要用于往复运动
材料的导热性较差,积累在密封圈内部的热量无法传的密封。在此过程中摩擦副之间相对滑动摩擦会产生
出,使温度升高,对密封性能和使用寿命产生严重影热量,同时密封圈具有橡胶黏弹性,工作过程中产生
响2。目前国内外学者主要针对橡胶阻尼件、密封机械滞后而生热,连续工作一段时间后,密封圈及其
环、橡胶轮胎等温度场进行了研究,而对密封圈的温金属接触部件达到热平衡状态,因此密封圈的温度场
度计算很少。作者应用超弹性理论和传热学原理,分可视为有内热源的稳态热传导问题,热传导微分方程
析密封圈摩擦生热和机械滯后生热的机制,利用AN-变为泊松方程们
收稿日期:2011-09-07
基金项目:天津市自然科学基金资助项目(033700211)
作者简介:杨秀萍(1962ー),女,硕土,教授,硕士生导师,主要从事液压传动及有限元应用的教学与科研工作。
E-mail:yhp420@sina.como