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W形密封唇油封主要應(yīng)用于連續(xù)鑄造設(shè)備，日本六菱橡膠株式會(huì)社推出的DRT油封就是W形密封唇油封。該油封具有較好的密封作用，能防塵、防變形、防油泄漏，且能保持潤(rùn)滑，并具有低摩擦性和良好的通氣性。w形密封唇油封采用復(fù)合組裝結(jié)構(gòu)，除內(nèi)部用鋼圈作骨架外，在油封底部加了金屬擋圈，增強(qiáng)其耐壓性能，其耐壓性能范圍為0.05~0.2 MPa。W形密封唇油封屬于橡膠制品，可承受大的變形，具有應(yīng)力應(yīng)變非線性行為、彈性行為和不可壓縮性等特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行分析需要采用特殊的材料模型和應(yīng)用有限元分析工具。
運(yùn)用有限元軟件對(duì)油封進(jìn)行分析，不僅可以很好地模擬其使用情況，且可以對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行分析，進(jìn)而可以對(duì)其可靠性進(jìn)行判斷回。在w形密封唇油封的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)過(guò)程中，以100 mm x125 mm x 12 mm型W形密封唇油封為例，采用有限元分析方法指導(dǎo)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
油封是通過(guò)橡膠密封唇與軸之間的配合來(lái)阻比漏油的。關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸密封的密封原理，目前比較有說(shuō)服力并經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)的是微泵理論。由于油封內(nèi)徑小于旋轉(zhuǎn)軸的軸徑，即二者屬于過(guò)盈配合，加上彈簧的作用使得接觸區(qū)域上接觸壓力成不對(duì)稱(chēng)分布，而油封唇周而上的應(yīng)變量形狀分布與接觸壓力的分布成正比關(guān)系，因此，油封唇口表層材料沿摩擦方向產(chǎn)生彈性變形，形成方向相反且不對(duì)稱(chēng)的皺紋曲線，從而產(chǎn)生兩向不等的泵油作用，二者綜合的結(jié)果形成定向的泵油動(dòng)力和潤(rùn)滑油的定向流動(dòng)。
模型是描述橡膠物理性能的數(shù)學(xué)模型。由于橡膠本構(gòu)關(guān)系的非線性化和接觸的非線性邊界條件，以及橡膠制品在應(yīng)用時(shí)的大變形，使其工程模擬變得非常困難。而模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，與所采用的橡膠本構(gòu)關(guān)系模型，以及模型中材料常數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性有密切關(guān)系。對(duì)于大多數(shù)橡膠而言，在應(yīng)變?yōu)?50%以?xún)?nèi)時(shí)可得到合理的近似。
以100 mm x 125 mm x 12 mm型W形密封唇油封為例，運(yùn)用有限元分析油封承受0.2 MPa壓力下的變化情況。安裝時(shí)，由于油封的密封唇有過(guò)盈量，唇口尺寸小于軸徑，唇部都會(huì)往溝槽里縮。受壓后，唇口會(huì)往溝槽外擠，尤其是防塵副唇，將會(huì)擠到軸孔的間隙里。與W形密封唇油封配合使用的擋圈，在受壓后能防比W形密封唇油封的擠出，起到支撐的作用，但擋圈的內(nèi)徑尺寸不能太大，過(guò)大也會(huì)使得防塵附唇擠進(jìn)擋圈與軸的間隙里，不能起到支撐的作用。可以看出：(1)W隨著密封腔內(nèi)壓力的升高，W形密封唇油封主唇的接觸壓力幾乎保持不變，副唇的接觸壓力會(huì)顯著升高，防塵唇的接觸壓力會(huì)有所提高。(2)W形密封唇油封無(wú)論是受壓前還是受壓后，橡膠的最大應(yīng)力都集中在金屬骨架頂部的橡膠處。
以上比較結(jié)果表明，W形密封唇油封在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意主唇及副唇的過(guò)盈量設(shè)計(jì)，擋圈的內(nèi)徑尺寸不能太大，過(guò)大會(huì)使得防塵附唇擠進(jìn)擋圈與軸的間隙里，不能起到支撐的作用。骨架與橡膠瓢接處的應(yīng)力很大，實(shí)際使用中可能存在膠與骨架剝離現(xiàn)象，因此橡膠與骨架的瓢合問(wèn)題極其重要。
采用有限元分析軟件分析了W形密封唇油封受壓前后唇口的變化以及接觸壓力的變化，討論了W形密封唇油封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，可指導(dǎo)W形密封唇油封的設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。
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