Page 42 - 《橡塑技术与装备》2017年18期（9月下半月塑料）

橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (Plastics)

但是摩擦系数对各应力的影响是不同的。摩擦系
数对最大接触应力的影响很小，当摩擦系数发生变化
时，最大接触应力基本没有变化。受摩擦系数影响较
大的是接触摩擦应力，二者之间是正相关关系，详细
结果见表 3。
表 3 不同摩擦系数对比 （初始压缩率 20%，介质压力
28 MPa）
摩擦系数 0.05 0.1 0.15 0.3 0.4
最大 Von-mises 应
力 2.775 7 2.577 6 2.720 1 3.442 2 3.709 4
最大剪切应力 1.556 9 1.542 3 1.548 9 1.958 6 2.098 4
最大接触应力 5.889 6 5.818 8 5.885 2 6.136 2 6.132 5
最大摩擦接触应力 0.298 4 0.563 5 0.714 5 1.658 9 1.748 5

目前 O 形橡胶密封圈的设计并没有很大的突破，
按照工程经验来说，O 形橡胶密封圈的接触应力是由
初始压缩应力和介质压力共同构成的。影响初始压缩
率的因素是初始压缩率和摩擦系数，通过使用润滑脂
可以有效减小摩擦系数。初始压缩率与最大接触应力
是呈线性增加的，但是这个结论是控制在一定的压缩
图 2 介质压力对最大接触应力和最大 Von Mises 应力的
率变化范围内的。在介质压力为 28 MPa 的条件下， 影响
可以得出公式 ：最大初始压缩应力 =16× 初始压缩率 +
的不同关系，得出了接触应力在不同条件下的分布规
介质压力。用其他数据验证这个公式也是正确的。公
律以及变化情况。根据数据结果，计算出了最大接触
式推导中涉及的拟合值见图 2。
应力与初始压缩率、介质压力之间的公式，并且将结
在条件为初始压缩率是 15%，介质压力为 28
果经过验证具有可靠性，也说明建立的这种抽对称非
MPa 时，通过非线性有限元计算出的主要接触面的最
线性有限元模型是合理的。在目前 O 形橡胶密封圈设
大接触应力是 30 MPa，利用推导出的公式计算出来的
计没有较大创新的现在，这种非线性有限元模型提供
结果为 30.4 MPa，两个最大接触应力的结果的误差值
了一种新的思考和计算途径，可以为设计者和相关部
小于 5%，这在一定程度上说明了将初始压缩率和介
门提供一定指导意见。
质压力控制在合理的范围内，利用非线性有限元方法
具有较大的可靠性。
参考文献 ：
[1] 廖日东，左正兴，邹文胜 .O 形密封圈轴对称超弹性接触问题
4 总结 的有限元分析 [J]. 润滑与密封，2016(5):30~33.
[2] 刘溪娟等 . 一种含超弹性接触问题的密封结构的有限元求解方
综上所述，本文针对 O 形橡胶密封圈建立了非线
法 [ J] . 中国机械工程，2015,12(11):1 211~1 213.
性有限元计算模型，并且这个模型是抽对称的，根据 [3] 任全彬，陈汝训，杨卫国 . 橡胶 O 形密封圈的变形及应力分
这个模型进一步分析了 O 形橡胶密封圈在接触宽度下 析 [ J] . 航空动力学报，2015,10(3):241~244.
[4] 陈国定，Haiser H，Hass W，等 . O 形密封圈的有限元力学
的接触应力与初始压缩率、介质压力、摩擦系数之间
分析 [J]. 机械科学与技术，2015,19(5):740~744.

Nonlinear finite element analysis of O-shape rubber sealing ring

Yin Dongdong
(Qing'an Group Co. LTD., Xi’an 710077, Shaanxi, China)

Abstract: With the aid of nonlinear finite element method, this paper established a axisymmetric model
of the O-shape rubber sealing ring. According to the model, the change of contact stress of O-shape rubber

·24· 第 43 卷 第 18 期