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橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)
3 有限元仿真计算及结果分析 力也随之增加。当侧向压力为 1.7 MPa 和 2.0 MPa 时，
根据孙健等人对浮动端面密封结构的性能分析可 等效应力随着摩擦系数的增加的变化趋势较缓慢，摩擦
知侧向压力在 1.74~3.18 MPa 是比较理想的压力分布， 系数对其等效应力的影响较小 ；当侧向压力为 2.5 MPa、
根据流体动压的楔形效应，这样的压力分布有利于形 3.0 MPa 和 3.5 MPa 时，等效应力对摩擦系数的增加
成润滑油膜，达到理想的润滑状态 [5] 。为了解环境压 的变化趋势较明显，摩擦系数对其等效应力的影响较
力下密封接触面下的等效应力变化，采用侧向压力在 大。
1.7~3.5 MPa 进行仿真分析。根据徐卫鹏对浮动油封
力分析可知摩擦系数 f 在 0.2~0.6 之间对支反力是有一
定影响，即摩擦系数 f 在 0.2~0.3 时，对支反力影响较
大 ；在 0.3~0.6 时影响较小 [15] 。因此本文仅选择 O 型
橡胶密封圈与浮封环、浮封座之间的摩擦系数 f 分别
为 0.25，0.30，0.35，0.40，0.45 进行分析。
3.1 不同侧向压力对橡胶等效应力的影响
图 5 为橡胶硬度 Shore A 60 下，橡胶密封圈侧向
接触压力与等效应力之间的关系曲线。从图中可以看
出在同一摩擦系数的情况下，随着侧向压力的增加，
橡胶密封圈的等效应力也随之增加。当侧向压力在
1.7~2.5 MPa 之间时，不同摩擦系数下，施加同一侧
向接触压力的情况下，相应的等效应力变化较为明显； 图 6 硬度为 70 的橡胶圈摩擦系数与等效应力的关系曲线
而在 2.5~3.5 MPa 之间时，不同摩擦系数下，施加同 3.3 不同硬度对橡胶密封圈接触应力的影响
一侧向接触压力的情况下，相应的等效应力几乎没有 图 7 在不同橡胶圈硬度下，以侧向接触压力 2.0
变化。可以看出，当橡胶圈所受侧向接触压力较大时， MPa 为例，不同硬度与等效应力的关系曲线。从图中
摩擦系数属于次要因素，可以忽略其影响。 可以看到，橡胶硬度为 50 时，等效应力的变化较为明
显 ；而橡胶硬度为 60 和 70 时，在不同摩擦系数下，
等效应力几乎不变。
图 5 硬度为 60 的橡胶圈侧向接触压力与等效应力
的关系曲线
3.2 不同摩擦系数对橡胶密封圈等效应力的 图 7 侧向接触压力为 2.0 MPa 下，不同橡胶硬度的等效
应力变化
影响
图 6 为橡胶硬度 Shore A 70 下，橡胶密封圈摩擦 由于侧向压力过小，会导致橡胶密封圈的密封性
系数与等效应力之间的关系曲线。在同一侧向压力的 较差 ；侧向压力过大，在工作过程中摩擦产生热量大
情况下，随着摩擦系数的增加，橡胶密封圈的等效应 导致橡胶老化影响橡胶圈的使用寿命。因此本文选定
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