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

三维接触单元 conta174、targe170，摩擦因子为 0.23，
动环和压环的联接采用三维弹性阻尼单元 combin14，
弹簧的刚度为 1 270 kN/m，初始压力为 -4.8 kN，压
环和转子简化为一个整体，转子上的载荷简化为转
子体与转子轴接触面的竖直方向力，力的大小为 560 图 2 有限元模型
kN。转子轴的约束为端面上 X 方向和 Y 方向的位移。
静环的约束为安装面的全位移约束。 3 静力学分析
材料参数的选择采用常用碳钢的材料参数，弹性 从图 3 等效位移云图中可以看到动环上的最大位
3
模量为 211 GPa，泊松比为 0.3，密度为 7 850 kg/m 。 移为 0.19 mm 左右，这对密封面来说是一个足以引起
密封失效的间隙，如何控制动环上 0.19 mm 的摆动量
是非常关键的 [2] ，也就是说动环与转子之间必须是挠
性联接，从已有的防尘密封装置设计来看，无论是内
压式机械密封、外压式机械密封还是液压式密封都满足
了这一要求。从图 3 等效应力云图中可以看到最大的应
图 1 简化后的实体模型
力为 74 MPa，这个值是非常安全的，满足设计要求。

图 3 等效位移云图与等效应力云图

4 接触分析 题是跟事件发生过程相关的问题，以过程状态改变结
非线性问题包括几何非线性、材料非线性、状态 构的刚度。接触分析属于状态非线性问题，是一种高
非线性三大类问题。几何非线性问题以有限单元的移 度非线性问题，它的难点在于接触区域的确定以及接
动改变结构的刚度。材料非线性问题以材料的应力、 触摩擦的计算。本文问题属于柔—柔接触问题，静止
应变本构关系非线性改变结构的刚度。状态非线性问 的面为柔性目标面，转动的面为柔性接触面。

图 4 弹簧预紧力位置与密封面接触状态图和接触压力
从上图 4 中可以看到弹簧的预紧力位置与密封面 力小的地方，因此，润滑油的油孔应尽量布置在靠近
的接触状态和接触压力大小是一致的。在预紧力位置， 预紧力的位置，从而使润滑油的分布更为均匀，这样
其接触间隙要小于非预紧力位置，其接触压力要大于 的位置分布对于润滑和密封来说都是有益的。基于以
非预紧力位置。由于润滑油是从压力高的地方流向压 上的分析，我们还可以看到防尘密封润滑油孔位置改

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