油封唇口压力大小及分布的有限元分析

 

油封是一种高技术含量的精密橡胶零件，它是通过柔性橡胶

(或者皮革、塑料等)密封件与轴

的接触来防止润滑油或其他介质的泄漏。不少专家学者对油封的密封机理进行研究，提出了
表面张力理论，吸附理论，还有的提出了边界润滑理论。而不管是哪种理论，其成立的基础
都是在轴与油封唇口之间存在着油膜。油膜的存在状态直接影响着密封的效果和油封的使用
寿命。油封在使用过程中可能出现以下状况，即

:干摩擦、边界润滑、境界润滑、流体润滑、大

量泄漏。其油膜状况是

:没有油膜(千摩擦状态)、境界润滑膜(边界润滑状态)、流体润滑膜(境界

润滑状态

)、油膜破坏(流体润滑状态)、油膜消失(大量泄漏)。油膜厚度和位置是关系到骨架油

封能否具有良好的初始密封效果和持久的使用寿命的关键

.油封处于边界润滑状态时油封唇

口对轴有良好的接触，而且表面接触应力集中分布在宽度为

0.lmm~0.25mm 的接触带上。图

1(a)是边界润滑状态，接触应力 Pr 集中分布，油膜薄且呈三角形分布在空气侧，因此具有
良好的吸附能力和密封效应。图

1(b)是境界润滑状态，接触应力分布都比较分散。油膜厚且

分布在唇下的空气侧和油例

(属于流体润滑膜)，因此吸附能力很差，易出现泄漏。图 1(c)是

流体润滑状态，接触应力

P:严重分散。油膜厚且分布不均，因此丧失吸附能力，出现严重泄

漏。

从前人对油封机理的研究可以看出，油封密封性能的好坏，主要取决于油封唇口与轴径之
间油膜的厚度及接触应力的分布状态。而油膜的厚度与接触压力的大小有直接的关系，所以
可以说油封密封性能的好坏以及寿命的长短在很大程度上取决于油封唇口压力的大小及分
布状态。本文利用大型有限元分析软件

Ansys 建立了油封的有限元模型并进行了模拟分析，

从而考察了油封的一些结构参数以及油封用弹簧弹力对油封唇口压力大小及分布的影响，
为对油封进行进一步的结构优化和疲劳分析奠定了基础。

 

1 计算模型 

由于油封的机构比较复杂，为了建模和分析的方便，在建模时简化了其形状，省去了一些
对结果不会产生大的影响的一些结构细节。而且考虑到油封在装配时的完全轴对称性，我们
采用二维轴对称模型来模拟实际中的三维问题，这种简化不会影响分析结果，但是将大大