[发明专利]一种基于有限元方法的带弹簧油封径向力测算方法及装置

权利要求书

1.一种基于有限元方法的带弹簧油封径向力测算方法，包括如下步骤：

步骤S1，建立油封二维轴对称模型，所述模型包括所述油封的橡胶体、骨架、弹簧及安装轴，对模型进行划分网格、定义接触以及加载；

步骤S2，进行载荷步一：考虑弹簧初应力及弹簧预拉伸装配，模拟弹簧预紧装配在所述油封弹簧槽上，进行弹簧装配在所述油封弹簧槽上的受力变形分析；其中，步骤S2进一步包括：步骤S200，根据步骤S1，改变弹簧材料性能，更新获得二维轴对称模型；步骤S201，在所述橡胶体与轴的底线上施加Y方向固定约束，橡胶体外侧与轴的内侧施加X方向固定约束；步骤S202，利用有限元分析软件的静力模块进行静态特性分析求解；步骤S203，在计算结果中，得到油封未产生过盈时的受力变形，若取消油封橡胶体和轴的接触约束，则模拟得到弹簧装配后，油封内径的收缩量；步骤S200进一步包括：步骤S200a，在所述有限元分析软件的工程材料模块中分别定义橡胶体、弹簧、骨架和轴的材料，所述的橡胶体为非线性材料，定义模型系数，弹簧、骨架和轴为线性材料，定义包括弹性模量、泊松比；步骤S200b，将油封及轴三维模型导入所述有限元分析软件中建立二维轴对称模型，首先利用模型的对称性，在轴中点用垂直于轴的平面将三维模型分割成两半，取其中一半，然后选取X方向为正值的切割面作为轴对称分析模型，生成4个独立的面物体；步骤S200c，在油封橡胶体和轴以及橡胶体和弹簧之间分别定义带摩擦的接触，然后划分网格，并对油封唇口进行网格细化；

步骤S3，进行载荷步二：模拟所述油封预紧装配在轴上，根据所述油封实际过盈量求出所述油封在工作状态下的径向力。

2.如权利要求1所述的一种基于有限元方法的带弹簧油封径向力测算方法，其特征在于，步骤S1进一步包括

步骤S100，利用所述油封的橡胶体、骨架及弹簧实际尺寸定义油封二维几何模型，将轴简化为长方形，长宽比在5-10之间，且长方形与油封内径初始接触，利用有限元分析软件在XY平面内进行建模，模型关于Y轴对称；

步骤S101, 在所述油封的橡胶体和轴以及橡胶体和弹簧之间分别定义带摩擦的接触定义油封的橡胶体与骨架为粘接关系；

步骤S102，选择网格的单元类型为平面轴对称单元，单元形状以四边形为主，划分网格，并对油封唇口进行网格细化。

3.如权利要求2所述的一种基于有限元方法的带弹簧油封径向力测算方法，其特征在于：于步骤S101中，摩擦系数均取值在0.01-1之间，接触刚度均取值在0.1-10之间。

4.如权利要求3所述的一种基于有限元方法的带弹簧油封径向力测算方法，其特征在于：于步骤S3中，在步骤S2的基础上，通过在轴上施加一个径向位移来实现，计算完成后提取轴的支反力，即为最终带弹簧油封的径向力。

5.如权利要求4所述的一种基于有限元方法的带弹簧油封径向力测算方法，其特征在于，步骤S3进一步包括

步骤S300，根据步骤S200，更新弹簧材料属性，更新获得二维轴对称模型；

步骤S301，在橡胶体与轴的底线上施加Y方向固定约束，橡胶体外侧施加X方向固定约束；轴的内侧施加X方向位移约束，位移量等于油封的设计过盈量;

步骤S302，利用所述有限元分析软件的静力模块进行静态特性分析求解；

步骤S303，根据计算结果获得轴外侧的支反力，该支反力即为油封在工作状态下的径向力。

6.如权利要求5所述的一种基于有限元方法的带弹簧油封径向力测算方法，其特征在于，步骤S300进一步包括：

步骤S300a，橡胶体、骨架和轴的材料属性直接引用步骤S200a定义的材料；弹簧的材料属性依据新计算的弹簧等效弹性模量值定义；

步骤S300b，几何模型直接引用步骤S200b的二维轴对称模型；

步骤S300c，网格划分直接引用步骤S200c的网格。