為降低制造與維護(hù)成本，選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的O 型圈作為葉片式液壓擺動油缸蓋板靜態(tài)密封，并對密封圈溝槽結(jié)構(gòu)與尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以保證靜態(tài)密封能防止外部和內(nèi)部泄漏。通過解析計算，初步確定密封溝槽尺寸; 建立蓋板靜態(tài)密封的有限元模型，進(jìn)行三重非線性有限元分析，模擬蓋板安裝到定子上的過程中O 型圈的變形及應(yīng)力分布。蓋板靜態(tài)密封的有限元優(yōu)化設(shè)計基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

　　葉片式液壓擺動油缸( 以下簡稱擺缸) 在軍事、船舶、航空、冶金機(jī)械等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。擺缸的密封性能對液壓油缸的性能尤其是可靠性具有決定性影響。

　　擺缸的密封系統(tǒng)包括定子葉片密封、轉(zhuǎn)子葉片密封、旋轉(zhuǎn)密封圈和蓋板靜態(tài)密封，是復(fù)雜的多彈性體混合密封系統(tǒng)。其中蓋板靜態(tài)密封既要保證蓋板與定子之間形成良好密封，防止外部泄漏，又要與葉片密封形成過盈交叉，防止擺缸內(nèi)部高壓油腔與低壓油腔相通而形成內(nèi)部泄漏。因此，密封設(shè)計面臨較大挑戰(zhàn)。從制造維護(hù)角度考慮，應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的O 型圈作為蓋板靜態(tài)密封，而將設(shè)計重點(diǎn)放在密封圈溝槽結(jié)構(gòu)與尺寸的優(yōu)化上。

　　為降低蓋板靜態(tài)密封的制造與維護(hù)成本，本文作者選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的O 型圈設(shè)計了蓋板的靜態(tài)密封，通過優(yōu)化確定了密封圈溝槽結(jié)構(gòu)與尺寸。分析結(jié)果對于驗證和優(yōu)化密封溝槽結(jié)構(gòu)與尺寸具有指導(dǎo)意義。

1、蓋板靜態(tài)密封設(shè)計

　　葉片式液壓擺動油缸的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括蓋板、定子、定子葉片、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子葉片，蓋板與定子之間通過靜密封形成封閉空間，使定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片在定子和轉(zhuǎn)子之間形成油腔，液壓油作用在轉(zhuǎn)子葉片上產(chǎn)生扭矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過控制油壓方向?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子的往復(fù)擺動。

　　蓋板靜態(tài)密封設(shè)計，既要保證密封性能可靠，又要兼顧成本低廉，維護(hù)方便。如果設(shè)計成特殊截面的專用密封圈，勢必制造成本高，制造周期長。因此，在設(shè)計原則上，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的O 型密封圈，而將設(shè)計重點(diǎn)放在密封圈溝槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計上。通過合理設(shè)計密封圈溝槽結(jié)構(gòu)與尺寸，使O 型圈安裝后發(fā)生大的彈性變形，一部分密封橡膠被擠出到密封溝槽之外，與葉片密封形成過盈交叉，從而避免內(nèi)部泄漏的發(fā)生。要實(shí)現(xiàn)這一方案，密封溝槽的結(jié)構(gòu)及尺寸的優(yōu)化至關(guān)重要。

圖1 葉片式液壓擺動油缸

　　圖2 所示為蓋板安裝到定子上后，形成的靜態(tài)密封溝槽示意圖，其中網(wǎng)格區(qū)域為變形后的密封圈截面，也就是密封溝槽。

圖2 靜態(tài)密封溝槽示意圖

3、結(jié)論

　　(1) 利用彈性橡膠的不可壓縮性，通過橡膠密封變形前后的截面積計算，初步確定了密封溝槽的大致尺寸，考慮制造與安裝工藝性，建立了蓋板靜態(tài)密封的有限元模型。

　　(2) 實(shí)例分析結(jié)果表明，有限元優(yōu)化設(shè)計基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。有限元分析結(jié)果反映了安裝后O 型圈的變形情況，應(yīng)力的分布情況反映了倒角、圓角等工藝細(xì)節(jié)對設(shè)計質(zhì)量的影響。