[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

说明书

本发明公开了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，所述方法包括如下步骤：步骤S1，建立油封二维轴对称模型，所述模型包括但不限于所述油封的橡胶体、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；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，通过本发明，可解决带弹簧油封在安装使用过程中的径向力测算问题，从而可更真实地模拟带弹簧油封工作过程中的性能。

技术领域

本发明涉及带弹簧油封设计技术领域，特别是涉及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。

背景技术

油封径向力与其密封性能有着密切联系，一般来说，径向力设计不合理是引起油封失效的主要原因之一。而如何准确预测油封径向力的大小一直是研究者们研究的内容之一。

油封径向力由弹簧箍紧力和油封唇口回弹力两部分组成，弹簧箍紧力的作用是提高油封密封唇在轴上的压紧力，这就要求油封所使用的弹簧需具有预应力特性，即微小的伸长就可以得到必要的箍紧力，因此油封所选用的弹簧一般为有初应力的拉伸弹簧，从而使得油封弹簧力的变化实际包含初应力和线性拉伸力两部分。

目前，已有学者初步将有限元分析方法用于测算油封径向力，以往的研究者在通过有限元分析方法计算油封径向力时，有的通过在弹簧槽施加均布压力来进行等效模拟，如江华生等人在《油封唇口静态接触特性的有限元分析》中使用ANSYS软件通过在弹簧槽施加均布压力的方法来分析带弹簧油封性能，然而，均布压力等效方法虽有利于分析建模以及载荷的施加，但与真实的弹簧加载有所区别；有的则通过建立圆管模型进行模拟，如谭晶等人在《弹簧对油封密封性能的影响》中使用ANSYS软件通过圆管模型来分析带弹簧油封性能，然而，圆管模型虽能更真实的模拟弹簧载荷，但未能实现弹簧预紧装配及初应力情况的模拟。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供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，以解决带弹簧油封在安装使用过程中的径向力测量问题，从而可更真实地模拟带弹簧油封工作过程中的性能。

为达上述目的，本发明提出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，所述模型包括但不限于所述油封的橡胶体、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；

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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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；