车桥旋转轴唇形密封圈仿真研究
旋转轴唇形密封圈的有限元分析与仿真
文献标志码：B
4858 （ 2013 ） 05011404 文章编号：1000用，其工作的主要机理是通过油封与轴的接触来防止 润滑油或其他介质的泄漏。接触宽度和密封界面上接
1101 收稿日期： 2012基金项目： 河北省自然科学基金项目 （ E2011202115 ） ； 天津市 自然科学基金项目（ 12JCYBJC19600 ） 作者简介： 桑建兵 （ 1974 —） ， 男， 河北邢台人， 副教授， 博士， 主要从事橡胶类材料的有限变形理论及数值模拟的研究工作 。 cleID = 18583． ［ 9］ 郭忠武， 王广志， 丁辉， 等． 正常青年人步态运动学参数的 J］ ． 中国康复理论与实践， 2002， 8（ 9） ： 532 － 533， 544． 研究［ ［ 10］ 肖亮子， 韩建海， 赵书尚， 等． 基于气动人工肌肉并联驱 J］ ． 液压与气动， 2007 ， （ 6 ） ： 64 － 66． 动手腕康复训练器［ ［ 11］ 李继磊， 韩建海， 赵书尚， 等． 气 动 人 工 肌 肉 驱 动 关 节 PID 位置控制［J］ ． 河南科技大学学报 （ 自然科学版 ） ， 2008 ， （ 3 ） ： 63 － 66． ［ 12］ 隋立明， 赵铁， 张立勋． 气动肌肉驱动关节的位置控制策 J］ ． 液压与气动， 2008 ， （ 6 ） ： 11 － 13． 略研究［ ［ 13］ GB 1000088 ， S］ ． 中国成年人人体尺寸［ ［ 14］ SMC（ 中国） 有限公司． 现代实用气动技术［ M］ ． 北京： 机 2004． 1． 械工业出版社， ［ 15］ 张贵兰， 耿德旭， 刘晓敏， 等． 伸长型气动人工肌肉轴向 J］ ． 机械工程师， 2010 ， （ 12 ） ： 7 － 8． 力学特性分析［
211189480_汽车用旋转轴唇形橡胶密封圈的技术概况
橡 胶 工 业CHINA RUBBER INDUSTRY375第70卷第5期Vol.70No.52023年5月May.2023汽车用旋转轴唇形橡胶密封圈的技术概况方亚妮，韩增波（中国重型汽车集团济南橡塑件有限公司，山东 济南 250300）摘要：概述汽车用旋转轴唇形橡胶密封圈（简称油封）的分类、密封机理、结构设计及其参数选择、发展动向等。
油封的种类繁多，结构形式包括内包骨架油封（B 型）、外露骨架油封（W 型）、装配式油封（Z 型）、有副唇内包骨架油封（FB 型）、有副唇外露骨架油封（FW 型）、有副唇装配式油封（FZ 型）以及流体动力型油封；油封的密封机理包括边界润滑理论和表面张力密封理论；油封的内外径过盈量、径向力、随动性、唇口接触宽度等结构设计参数影响其使用性能；轴的表面粗糙度、加工方法以及材质和硬度对油封的密封性能和使用寿命影响很大。
油封的计算机辅助设计和辅助制造以及自动测试技术研究将进一步开展，新型橡胶材料在油封胶料中的应用发展将加快。
关键词：旋转轴唇形橡胶密封圈；密封机理；密封性能；结构设计中图分类号：TQ336.4＋2 文章编号：1000-890X （2023）05-0375-07文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2023-05-0375旋转轴唇形橡胶密封圈是指具有柔性唇、大多带有金属骨架、靠密封刃口施加轴径向力以防止泄漏的橡胶密封圈，通常被称为橡胶油封（以下简称油封）[1-2]。
油封的主要功能是防止机器内部的介质（如润滑油等）泄漏，同时防止外部灰尘和水分等侵入密封机构内部，保证机器在良好的润滑状态下正常工作[3-8]。
自油封问世以来，因其结构简单、装卸容易、密封效果好等优点，成为汽车必不可少的零部件。
一种车型采用高质量油封的多少，反映了该车型的先进程度[9-10]。
油封是受多种因素影响的非常精密复杂的组合件，其性能直接影响其装配总成乃至整车的性能。
旋转轴唇形橡胶密封圈骨架油封的质量控制和性能试验
技术交流弹性体，!""#$"%$!&，’#（(）：&’!&&)*+,-./-0123.4+)0收稿日期：!""($"#$"5作者简介：高福年（’6#"7），男，山东青岛人，高级工程师，一直从事橡胶密封件的开发研究、制造工艺和测试工作，曾在国内外重要刊物上发表论文&"余篇。
旋转轴唇形橡胶密封圈（骨架油封）的质量控制和性能试验高福年’，石明霞!，王耀林’（’8青岛凯通密封件有限公司，山东青岛!%%!!6；!8中油吉林石化公司研究院，吉林吉林’(!"!’）摘要：介绍了骨架油封质量控制的基本方法，论述了采用9.09’""-型六工位旋转轴唇形密封圈（下述称油封）模拟台架试验台，按标准规定的技术要求或产品的使用工况对油封进行的性能试验，检验了油封的可靠性和耐久性，可指导油封的设计和制造，也可作为油封质量控制的手段之一。
关键词：质量控制；骨架油封；性能试验；径向力；摩擦扭矩中图分类号：1:(("8&文献标识码：-文章编号：’""&$(’5#（!""#）"($""&’$"&骨架油封主要用于密封汽车、摩托车、拖拉机等机动车的旋转轴。
随着汽车行驶速度向高速方向发展，对密封的要求日益苛刻，质量要求也越来越高，为确保密封质量，满足使用要求，对油封的尺寸精度、结构参数、制造用的原材料、半成品、配套用的弹簧、制造过程中的工艺装备（设备、模具）及其工艺参数都应严格控制，严格把关。
!油封质量控制的基本方法油封的尺寸精度即外径、高度、圆度影响油封的装配，结构参数即唇口过盈量、唇前角、唇后角、腰的厚度、长度、油封唇形口中心到弹簧的距离、弹簧槽的形状、弹簧唇的宽度等影响油封的密封性能。
汽车轮毂轴承唇形密封圈密封性能优化研究
汽车轮毂轴承唇形密封圈密封性能优化研究胡永乐;邓四二;李影;张文虎;黄晓敏【摘要】为优化汽车轮毂轴承唇形密封圈的结构,在ANSYS有限元分析软件中建立其有限元模型,研究轴向过盈量、弹簧以及侧唇倒角对唇形密封圈密封性能的影响.研究结果表明:轴向过盈量对唇形密封圈的密封性能影响较大,当轴向过盈量小于0.5 mm时,随着轴向过盈量的增大,唇形密封圈的密封性能变好,当轴向过盈量大于0.5 mm时,随着轴向过盈量的增大,唇形密封圈的密封性能变差;与带弹簧的密封圈相比,不带弹簧的密封圈的最大等效应力、应变和接触压力的出现位置发生改变,且其最大值皆小于带弹簧密封圈的,因此带弹簧唇形密封圈的密封性能更好;与上侧唇倒角相比,下侧唇倒角对密封圈等效应力分布的影响更大,对密封性能的影响更加明显.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2018(043)009【总页数】8页(P54-61)【关键词】汽车轮毂轴承;唇形密封圈;过盈量;密封性能【作者】胡永乐;邓四二;李影;张文虎;黄晓敏【作者单位】河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003;辽宁重大装备制造协同创新中心辽宁大连116024;慈兴集团有限公司浙江宁波315301;河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003;重庆工业职业技术学院机械工程学院重庆401120【正文语种】中文【中图分类】TB42密封圈作为汽车轮毂轴承的关键部件之一，主要作用是阻止外界的油污、泥沙、粉尘以及水汽等污染物的进入，同时防止轴承内部的油脂向外侧泄漏，对汽车轮毂轴承的密封、润滑以及使用寿命起着至关重要的作用。
SUI等[1]在带盘式装置的摩擦试验台上对汽车曲柄轴中聚四氟乙烯径向密封唇的磨损与摩擦问题进行试验研究，研究结果表明：轻微的磨损对密封件的接触压力分布及尺寸有较大影响。
LEE等[2]对密封件与轴之间不同过盈配合下的密封唇的接触宽度与接触应力进行了仿真与试验研究，设计并制造了用于测量不同过盈配合下的密封唇的接触区域的宽度与压力的简单设备。
旋转轴唇形密封件磨损仿真分析
机械的密封 ［１］ 。 当前， 密封件的工作环境有着高速
化、 高温化的发展趋势。 高速与高温会致使密封件唇
口与转轴之间的摩擦加剧， 磨损加快， 是导致密封件
收稿日期： ２０１９－１１－０５； 修回日期： ２０１９－１２－１９
作者简介： 张屾 （１９９５—）， 男， 硕士研究生， 研究方向为智能
基于公式 （５） ， 在计算过程中， 可根据磨损一
定时间后的径向力来调整磨损因子进行下一步运算。
３ 仿真结果及分析
３ １ 唇口轮廓变化
唇口轮廓是研究橡胶磨损对密封件密封性能影响
十分重要的中间变量， 磨损导致唇口形状改变， 密封
件和轴之间的过盈量减小， 进而改变接触特征， 因此
研究唇口轮廓变化具有十分重要的意义。 在完成每个
ＺＨＡＮＧ Ｓｈｅｎ １ ＷＵ Ｚｈｅｎ １ ＳＨＡＮＧ Ｙａｎ １ ＱＩＡＮ Ｚｈｅｎｇｈｕａ １ ＫＥ Ｙｕｃｈａｏ ２ ＸＩＡ Ｙｉｎｇｓｏｎｇ ２
（１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，
Ａｂａｑｕｓ ／ ＵＭＥＳＨＭＯＴＩＯＮ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｍｅｓｈｉｎｇ ｉｎ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎｓ，ａｎｄ ｂｙ ｄｅｔｅｒｍｉ⁃
ｎｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｒａｔｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｆａｃｔｏｒ ｍｏｄｅｌ．Ｔｏ ｖａｌｉｄａｔｅ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｗｅａｒ ｄｅｐｔｈ ｗａｓ ａｎａ⁃
浅谈新型唇形圈的实际应用
《 装备制造技术） ２ ｏ １ ３ 年第 １ 期
扭转 、 挤出， 当 旋 转 油 封 轴 端 不 带 圆锥 、 圆角 且 有 螺 （ ４ ） 在 油腔 与外 界 之 间设 计 了一 迷 宫式 通 道 ， 且
纹时 ， 就更应 注意 ， 否则 容易把旋转轴唇形密封 圈唇 在通道中布置 了两道 防尘唇 ，使主唇与灰尘及水保 口划伤而影响密封效果。 持一段距离 ， 延长了油封的使用寿命 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ — ０ １
作者 简介 ： 梁世 伟 （ １ ９ ８ ｏ ＿ 一 ） ， 男， 广 西南宁 人 ， 工程师 ， 本科， 学士 ， 研究 方 向 ： 数 控龙 门铣床 ； 罗 华（ １ ９ ７ ８ 一） ， 男， 广西南 宁人 ， 工 程师 ， 本科 ， 学士 ， 研究方 向 ： 数控龙门铣床 。
２ ． ３ 现 有 油封 对 旋 转பைடு நூலகம் 的影 响
由于新型油封在油封主唇与旋转轴之间布置了
一
现有 油封对旋转轴表面的损伤较敏感 ，轻微的
个带缓 冲性质 的油封内毂 ，油封 主唇并不直接与
０ ． １ ｍ ｍ 。 但由于油封座孔中心线取决于轴承座与托架 配合止 口的中心位置 ， 输入法 兰中心线又取决于油封 与 主动螺旋锥齿轮配合花键 的中心位置 ， 因此 ， 这两
个 中心线的偏移量很难控制在 ０ ． １ ｍ ｍ的范围内。 （ ２ ） 油封旋转轴的尺寸偏差 。 只有正确地选择旋 转轴 的尺寸偏差才可能获得性能 良好 的密封 效果 。
过大的旋转轴会增加唇端的接触载荷 ，而过小 的旋 转轴则会使唇端接触面上的密封压力不够 。旋转轴 唇形密封圈压力过大会促使密封过早失效 ，而接触
唇式密封圈的摩擦特性及泵吸效应的实验研究(1)
2011年8月第36卷第8期润滑与密封LUBRICATION ENGINEERING Aug.2011Vol.36No.8DOI ：10.3969/j.issn.0254－0150.2011.08.019收稿日期：2011－03－10作者简介：周洋（1985—），男，硕士研究生，研究方向为先进制造技术及其关键技术．E-mail ：zhouyang0112@．唇式密封圈摩擦特性及泵吸效应的实验研究周洋刘小君王伟刘焜（合肥工业大学摩擦学研究所安徽合肥230009檿檿檿檿檿檿檿檿）摘要：针对目前国内外关于唇式密封圈的研究偏重于模拟而实验工作相对较少的现状，在油封密封试验机上对不同规格的油封密封圈进行相关实验，测量摩擦扭矩、腔体温度、泵吸量等参数，计算出摩擦力、泵吸率并分析摩擦力、腔体温度及泵吸率的变化特点。
结果表明：在相同转速下，随着油封规格的增大，摩擦力的总体波动幅度呈现出减小的趋势，腔体油温在实验前后的温差也随之增大，泵吸率呈现出上升的趋势；对于新安装的油封，在轴速为2000r /min 的条件下，运行1h 左右才会显现出泵吸效应。
关键词：唇式密封圈；摩擦力；泵吸率中图分类号：TH117.1；TB42文献标识码：A文章编号：0254－0150（2011）檿檿檿檿檿檿檿8－074－5Experimental Study on the Friction Characteristicsand Pumping Effect of Lip SealZhou YangLiu XiaojunWang WeiLiu Kun（Institute of Tribology ，Hefei University of Technology ，Hefei Anhui 230009，China ）Abstract ：In view of current situation about the study of lip seals focused on the simulation ，while experimental work is relatively rare ，related experiments of oil seals in different sizes were done on oil seal tester．Friction torque ，chamber tem-perature ，pumping amount were measured ，the friction and pumping rate were calculated and the change characteristics of friction ，chamber temperature ，pumping rate were analyzed．The results show that ，at the same speed ，the friction decreases as the seal size increases ，the oil temperature of chamber gap between before and after experiments increases ，pumping rates show a upward trend ；for the newly installed seal ，at the shaft speed of 2000r /min ，it takes about an hour for the seals to show obvious pumping effect．Keywords ：lip seal ；friction ；pumping rate旋转轴唇形密封圈广泛应用于航空、汽车、摩托车、铁道、车辆、船舶、家电、工程机械等行业，适用于旋转运动密封，安装在各种重型号发动机、变速箱、车桥、汽缸等部位。
旋转轴唇用密封圈 使用特点
旋转轴唇用密封圈使用特点旋转轴唇用密封圈是一种常见的密封元件，广泛应用于工业领域中需要防止液体或气体泄漏的设备中。
它的特点是在旋转轴与固定部件之间形成密封，具有良好的密封性能和可靠的工作寿命。
旋转轴唇用密封圈的主要特点之一是具有良好的密封性能。
密封圈能够紧密地贴合旋转轴和固定部件，形成有效的密封屏障，防止液体或气体从密封处泄漏。
这种密封性能可以有效保护设备内部的工作环境，防止外界杂质的侵入，确保设备的正常运行。
旋转轴唇用密封圈的特点之二是具有较低的摩擦阻力。
密封圈与旋转轴之间的接触面采用了特殊的材质和结构设计，能够减少摩擦力的产生，降低能量损耗。
这种特点使得设备在运行过程中能够更加省电，提高工作效率，延长设备的使用寿命。
第三，旋转轴唇用密封圈的特点之三是具有较高的耐磨性和耐腐蚀性。
密封圈通常采用高强度、耐磨损的材料制成，能够在高速旋转、高温、高压等恶劣工况下保持较好的密封性能。
同时，密封圈还能够抵抗酸碱、油脂等化学物质的腐蚀，确保密封圈的长期稳定使用。
旋转轴唇用密封圈的特点之四是安装简便、维护方便。
密封圈的结构设计使得其安装和拆卸非常方便，无需专门的工具或设备。
在密封圈使用一段时间后，如果发现密封效果有所下降，可以及时更换密封圈，维护保养起来非常方便。
在旋转轴唇用密封圈的应用中，主要有以下几个方面的扩展：旋转轴唇用密封圈在旋转设备中的应用。
例如，汽车的发动机、变速器、水泵等都需要使用密封圈来防止液体或气体泄漏。
密封圈能够在高温和高压的环境下保持良好的密封性能，确保发动机等旋转设备的正常运行。
旋转轴唇用密封圈在工业设备中的应用。
例如，化工设备、冶金设备、矿山设备等需要使用密封圈来防止介质泄漏，保护设备的安全运行。
密封圈能够适应不同的工作环境，具有较高的耐磨性和耐腐蚀性，能够在恶劣的工况下长期稳定使用。
第三，旋转轴唇用密封圈在家用电器中的应用。
例如，洗衣机、空调、冰箱等家用电器都需要使用密封圈来防止液体泄漏，保证设备的正常使用。
旋转轴唇形密封圈的有限元分析与仿真
用， 其 工作 的 主要 机 理是通 过油 封 与轴 的接触 来 防 止 润 滑油 或其他 介质 的泄 漏 。接触 宽度 和密 封界 面上 接
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － １ １ － ０ １ 基 金项 目 ： 河 北 省 自然 科 学 基 金 项 目（ Ｅ ２ ０ １ １ ２ ０ ２ １ １ ５ ） ； 天津市 自然 科 学 基 金 项 目 （ １ ２ Ｊ Ｃ Ｙ Ｂ Ｊ Ｃ １ ９ ６ ０ ０ ）
橡 胶类 材料 在航 天 航 空 、 机 械 以及 汽车 等各 领 域
有 着非常广泛 的应用 。 由于在 变形 过 程 中具 有材 料
非线性 、 几 何非 线性 以及 接触 非线性 的典 型特 征 ， 使得
橡胶 类材 料 的有 限元分 析成 为一个 高 度非线 性 问题 。 旋转 轴 唇 形 密封 圈 ， 又称 油封 ， 因其 成 本 低廉 、 结 构 简单 以及 安装 方便 等 优 点 ， 在 工 业 中得 到 了广 泛 应
２ ０ ０ ８ ， （ ３ ） ： ６ ３— ６ ６ ．
ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ［ Ｊ ］ ． Ｇ ａ ｉ ｔ ＆Ｐ ｏ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅ ， ２ ０ ０ ６ ， （ ２ ３ ） ： ４ ２ ５— ４ ２ ８ ．
Ｓ ． Ｑ ． Ｘ ｉ ｅ ， Ｐ ． Ｋ． Ｊ ａ ｍ ｗ ａ １ ． Ａ ｎ ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ
作者简介 ： 桑建 兵 （ １ ９ ７ ４ 一） ， 男， 河 北邢 台人 ， 副教 授 ， 博士， 主要从事橡胶类材料 的有 限变形理论及数值模 拟的研究工作 。
ｃ ｌ ｅ ｌ Ｄ ＝１ ８５ ８ ３．
旋转轴唇形密封圈模具设计
旋转轴唇形密封圈模具设计工装的设计方法是在生产中不断积累经验的总结与归纳。
Comm on I m plem en t for M icrowave Curl i ng Production L i ne and it ′s D esign i ng M ethodW ang Keb i ao(N o rthw est R ubber &P lastic P roducts R esearch In stitu te O f M C I ,712023)P late pattern die is a common i m p lem en t in rubber ex truding techno logy and it’s design 2ing directly influences on the guality of fin ished ex trudings and sem i _fin ished ex trudings .T he paper m ain ly in troduced som e common i m p lem en ts and their design ing m ethod in the con 2tinou s cu ring techno logy of som e ex truding techno logyKeywords : extruding ,die ,Continous curing ,i m p lem ent 旋转轴唇形密封圈模具设计李广金(辽宁铁岭陆平机器厂车辆研究所112001)摘要通过对旋转轴唇形密封圈结构形式分析,论述了油封的密封机理;刃口收缩率的确定;分型面的选取;多腔模具设计;模具材料及技术要求。
其中重点介绍和论述油封分型面的选取和多腔模具结构型式。
经过多年生产实践验证,本模具结构先进、合理、生产出的多规格油封由于精度高,质量好,提高了密封性能。
车用旋转轴唇形密封研究
车用旋转轴唇形密封研究刘小红;程香平;付远;张友亮;康林萍;王德【摘要】从结构设计、材料性能、使用环境及安装注意事项等方面阐述了对唇形密封性能的影响因素,但对于其它因素像骨架参数设计、弹簧参数设计、生产工艺以及模具设计等方面也要求必须加以考虑,才能保证唇形密封的较长的使用寿命周期和优良的密封性能.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2016(034)005【总页数】5页(P684-688)【关键词】唇形密封;密封性能;唇口;机理【作者】刘小红;程香平;付远;张友亮;康林萍;王德【作者单位】江西省科学院应用物理研究所,330029,南昌;江西省科学院应用物理研究所,330029,南昌;江西省科学院应用物理研究所,330029,南昌;江西省科学院应用物理研究所,330029,南昌;江西省科学院应用物理研究所,330029,南昌;江西省科学院应用物理研究所,330029,南昌【正文语种】中文【中图分类】TQ336.41旋转轴唇形密封圈(简称油封)又称径向密封圈，是非常通用的橡胶密封制品，安装在旋转设备的轴端部，在内外压差不超过0.03 MPa工作环境下，对润滑油或流体起到非常好的密封作用。
如图1所示[1]，典型唇形密封的基本结构包括：外部有柔性橡胶部分进行密封，内嵌有金属骨架、金属壳体或金属弹簧进行支撑，从而通过密封唇口对旋转轴施加径向力起到封堵作用。
这样，既能阻止密封腔内润滑油的泄漏，又能防止空气侧的水汽、灰尘及其它有害物质的侵入，是旋转轴流体密封中十分重要的密封形式。
与其它形式的流体动密封装置相对比，唇形密封具有形体窄小，结构简单，拆卸安装简易，价格低廉，密封可靠，随动性良好和加工精度要求低等优点，故而被广泛用于各种各样的汽车密封装置中。
1.1 唇形密封的种类唇形密封种类繁多，常见以下几种分类方法[2]。
1)按密封唇的多少进行分类：单唇油封和复唇油封。
2)按本体结构进行分类：骨架唇形密封、无骨架唇形密封和复合唇形密封。
铁道车辆轴箱用旋转轴唇形密封的密封性能及材料研究
铁道车辆轴箱用旋转轴唇形密封的密封性能及材料研究铁道车辆轴箱用旋转轴唇形密封的密封性能及材料研究摘要：随着铁路交通的发展，铁道车辆的安全和稳定性越来越重要。
铁道车辆轴箱作为车辆的重要组成部分，对于车辆的正常运行起着至关重要的作用。
本文通过对轴箱密封性能的研究，旨在探索一种新的轴箱密封方式——使用旋转轴唇形密封。
1. 引言铁道车辆轴箱的密封性能直接影响着车辆的安全和稳定性。
目前，常用的轴箱密封方式包括膨胀密封和机械卡箍密封。
然而，传统的轴箱密封存在着一些问题，如密封性能不稳定、密封件易磨损等。
因此，研究一种新的轴箱密封方式具有重要意义。
2. 旋转轴唇形密封原理及优势旋转轴唇形密封是一种基于唇形结构的密封方式。
其原理是通过在密封间隙中形成一个旋转的唇形结构，从而实现密封效果。
相比于传统的轴箱密封方式，旋转轴唇形密封具有以下优势：(1) 密封性能稳定：旋转轴唇形密封采用旋转结构，密封效果更加稳定，能够适应不同工况下的运行要求。
(2) 密封件磨损小：传统密封方式中，密封件往往容易因频繁摩擦而磨损。
而旋转轴唇形密封采用唇形结构，减少了密封件与轴箱之间的直接接触，因此密封件的磨损较小。
(3) 密封效果可调节：旋转轴唇形密封的密封效果可以通过轴唇形与轴箱之间的间隙大小进行调节，使得密封效果可以满足不同需求。
3. 密封性能测试方法为了评估旋转轴唇形密封的密封性能，本文采用静态压力测试和动态摩擦测试两种方法进行实验。
(1) 静态压力测试：通过将压力施加在旋转轴唇形密封上，观察密封间隙周围是否有泄漏现象，从而评估其密封性能。
(2) 动态摩擦测试：通过模拟实际工况，对旋转轴唇形密封进行频繁的摩擦，观察其密封件磨损情况，以判断其密封性能。
4. 密封性能的影响因素及材料选择密封性能的影响因素包括轴唇形的尺寸、密封间隙的大小和材料的选择。
其中，轴唇形的尺寸直接影响着密封效果的大小，密封间隙的大小决定着密封性能的可调节性，而材料的选择则关系到密封件的耐磨性和密封性能的稳定性。
唇式密封圈摩擦特性及泵吸效应的实验研究
Ｅｘ ｒｍ ｅ ｔ ｌＳ ｕ ｙ ｏ ｈ ｉｔｏ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｐｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｆｒｃ ｉｎ Ｃｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ
ａ ｄ Ｐｕ ｐ ｎｇ Ｅ ｃ ｆＬｉ ｅ ｌ ｎ ｍ ｉ ｔｏ ｐ Ｓ ａ
Ｚ ｏ ａ ｇ Ｌ ｉ ｊｎ Ｗａ ｇＷｅ Ｌ ｕ ｈ ｕＹ ｎ ｉ Ｘａ ｕ ｕ ｏ ｎ ｉ ｉ Ｋ ｎ ｕ
腔体 温 度 及泵 吸 率 的 变化 特 点 。结 果 表 明 ：在 相 同转 速 下 ，随 着 油封 规 格 的增 大 ，摩 擦 力 的总 体 波 动 幅度 呈现 出减 小 的 趋 势 ，腔 体 油温 在 实 验前 后 的 温差 也 随 之增 大 ，泵 吸 率 呈 现 出 上 升 的趋 势 ；对 于 新 安 装 的 油 封 ，在轴 速 为 ２０ ０ｒｍｉ ０ ／ ｎ
旋转轴唇形密封圈的建模与仿真研究
旋转轴唇形密封圈的建模与仿真研究甘屹;刘胜;张劲枫【摘要】为了进一步研究唇形密封圈的密封机制,建立唇形密封的理论模型.基于流量因子分析轴向泵汲效应,建立泵汲流量方程;运用圆周平均雷诺方程描述密封界面流场,采用G-W模型近似描述唇轴粗糙峰互相接触下的接触力与径向变形;定量分析密封界面的周向摩擦力,并给出流体摩擦表达式;对以上各因素进行强耦合分析.结合船舶桨轴密封圈的实际应用工况及结构参数进行仿真计算,得出其方向角、膜厚、压力分布,并得到净流量随转速和粗糙度的变化关系.研究结果表明:净流量随转速增加而增加,但增速逐渐变缓;净流量随粗糙度近似呈线性增加,但高粗糙度会使泄漏量增大和导致表面更容易被磨损,因此实际唇口粗糙度的选取应综合考量多种因素.%To further reveal the seal mechanism of lip seals,a theoretical model was created and solved by simulation.The axial pumping effect was analyzed based on flow factor and the equation governing the flow rate was derived.Circumferential average Reynolds Equation was defined to describe the flow in the seal interface,the G-W model was utilized to approximately describe the stress and the normal deformation of the contacting asperities of the lip and the shaft,and the expression of the friction transferred by fluid was given.All of the above parts was considered to be coupled and analyzed as a whole.With a lip seal used in a propeller shaft as an example,the simulation analysis was carried out based on its actual operating conditions and structural parameters to obtain the distribution of angle of asperities,film thickness and pressure,and the relationship between the net flow rate with the rotational speed and theroughness of the lip seal was also analyzed.The results that the net flow is increase with the increasing of speed,but the growth rate gradually slows flow is increased linearly with the increasing of surface roughness,but high surface roughness will result in the increase of leakage and cause the surface to be worn more easily,therefore,the selection of actual lip roughness should consider various factors synthetically.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)006【总页数】6页(P73-78)【关键词】唇形密封;泵汲效应;耦合分析;仿真【作者】甘屹;刘胜;张劲枫【作者单位】上海理工大学机械工程学院上海200093;上海理工大学机械工程学院上海200093;上海海宫液压技术有限公司上海210111【正文语种】中文【中图分类】TH117在用于旋转轴的动密封型式中，唇形密封圈(简称唇封)有着重要的地位[1]。
旋转轴唇形密封圈
旋转轴唇形密封圈旋转轴唇形密封圈，是一种常用于机械设备中旋转轴密封的特殊结构。
它的设计原理基于唇形结构，在高速旋转的轴上形成一条封闭的密封环，以防止液体或气体的泄漏。
本文将详细介绍旋转轴唇形密封圈的结构、工作原理、应用领域及优缺点，并探讨其在工程中的一些改进和应用前景。
一、旋转轴唇形密封圈的结构和工作原理旋转轴唇形密封圈一般由内唇、外唇和支撑环等部分组成。
内唇与轴接触，并通过唇间润滑膜和轴表面形成密封结构，防止液体或气体的泄漏。
外唇则固定在设备的静止部分上，起到定位和支撑的作用。
支撑环通常位于内唇和外唇之间，用于增强整个密封结构的稳定性。
旋转轴唇形密封圈的工作原理是基于液体静压或气体静压的原理。
当轴旋转时，液体或气体会通过内唇的微小缺陷进入唇间润滑膜，在轴表面形成润滑膜。
润滑膜的作用是降低内唇与轴之间的摩擦，减少磨损和摩擦热。
同时，润滑膜还能够在一定程度上防止外部液体或气体的渗入，保持内唇与轴之间的密封效果。
二、旋转轴唇形密封圈的应用领域旋转轴唇形密封圈广泛应用于各种旋转设备中，如离心泵、齿轮箱、涡轮机、发动机等。
它在能源、化工、航空航天、石油、冶金等行业中具有重要的应用价值。
1. 能源行业：旋转轴唇形密封圈在发电厂的涡轮机、离心泵等设备中起到密封和减少摩擦的作用，能够提高设备的工作效率和安全性。
2. 化工行业：化工设备中的旋转轴唇形密封圈具有耐腐蚀、耐高温的特点，能够有效防止有害物质的泄漏，保护设备和工作环境的安全。
3. 航空航天行业：旋转轴唇形密封圈在飞机、导弹等设备中起到关键性的密封作用，保证设备的正常运行和飞行安全。
4. 石油行业：石油钻机、石油泥浆泵等设备中的旋转轴唇形密封圈能够防止油气泄漏，保证钻探和油井作业的稳定性和安全性。
5. 冶金行业：冶金设备中的旋转轴唇形密封圈能够有效防止高温液体或气体的泄漏，保护设备和工作环境的安全。
三、旋转轴唇形密封圈的优缺点旋转轴唇形密封圈相比其他密封结构具有许多优点和特点，但也存在一些缺点。
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车桥油封一般由骨架、紧箍弹簧和橡胶密封体部 分组成。其中，骨架宜采用 08F 钢板或类似的钢板制 造，用作密封酸、碱类等腐蚀性介质量、应采用耐腐蚀 性钢板或采用防腐蚀性可靠的涂层进行保护。紧箍 弹簧是由弹簧丝绕制而成的螺线型圆柱状环形弹簧， 其向车桥油封提供径向力以保证轴与橡胶密封体间 的密封。橡胶密封体是车桥油封的主体，起密封作 用。
C10和 C01为 Rivlin 系数，正定常数； I1，I2分别为第 1，2 格林应变不变量。 材料常数的数值可由试验确定。 应力应变关系为：σ=∂W／∂ε 本文使用的 C10和 C01分别为 1.87 和 0.47[5]。
2014 年第 5 期
图 2 网格划分结果
的接触类型为刚体—柔体间的面面接触。一般选择 刚性面为目标面，柔性面为接触面。故本文中选择轴 表面为目标面，选取可能与轴表面接触的前后唇角面 为接触面。建立接触对时会自动生成面接触目标单 元 TARGE169 和接触单元 CONTA172。建立的接触 对如图 3 所示。
1 车桥油封的建模及仿真
1.1 车桥油封建模前的分析与假设
在对车桥油封进行的 ANSYS 有限元分析中，存 在着三种非线性（材料非线性、几何非线性和接触非 线性），这些非线性增加了分析难度和计算时间，为了 分析的方便，本文在建模时简化了车桥油封的模型， 忽略了对结果没有重大影响的一些细节结构并采用 2D 轴对称模型来模拟油封。这些简化既可以降低建 模的难度、缩短了分析时间，又不会对分析结果产生 影响。
按 GB/T24795.1-2009 中的分类，车桥油封可分为 5 种基本形式：外露骨架型密封圈，内包骨架型密封 圈，半包骨架型密封圈，装配式密封圈和轴套组合式 密封圈[2]。
车桥油封的密封机理：车桥油封的密封是靠橡胶 密封体与旋转轴间的过盈配合形成的，在车桥油封工 作时，唇口和轴的界面之间形成一层稳定的流体动压 油膜。这层油膜起到作润滑和密封作用，尖锐的刃口 在径向力的作用下与轴接触，并发生轻微的变形。当 轴转动时，变形部分迅速被磨损成具有一定宽度的平 口，通过这一平口，可将油膜控制在边界润滑状态，从
1.2 车桥油封有限元模型的建立
本文车桥油封模型采用在 ANSYS 直接建模的方 式建立，使用 ANSYS12.1 提供的基本元素点、线、面 构建分析部分模型的几何形状，采用平面轴对称模 型。选取三角形网格对油封模型进行自由网格划分， 并对唇口附近的网格进行了局部细化处理以提高分 析结果的准确度。油封的 ANSYS 模型和网格划分结 果分别如图 1、图 2 所示。
第 5 期（总期 66 期） 2014 年 9 月
Fluid Power Transmission and Control
No.5(Serial No.66) Sept., 2014
车桥旋转轴唇形密封圈仿真研究
王道玉 1 曾亿山 1 牛家忠 2
（1.合肥工业大学机械与汽车工程学院 安徽合肥 230009 2.安徽安凯福田曙光车桥有限公司 安徽合肥 230051）
油封的结构参数包括紧箍弹簧的系数、腰长腰 厚、前后唇角等等[7]。这些因素对封的密封性能有着 很大影响。
此外，车桥油封的结构形式对其密封性能也有一 定的影响。车桥油封是依靠密封圈与轴之间直接进 行过盈配合实现动密封的。通过上述仿真对比可知， 采用外露骨架结构的油封比采用内包骨架结构的油 封有着更好的密封性能。
由图 4 和图 5 可以看出，外露骨架油封的变形主 要发生在腰部以上，其 Von-mises 应力主要分布在腰
2014 年 9 月
王道玉，等：车桥旋转轴唇形密封圈仿真研究
部及金属骨架上，这与实际情况恰好符合，而橡胶部 分应力的最大值主要集中在唇口和轴的基础区域。
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图 7 油封 Von-mises 应力分布 2
2）与内包骨架油封相比，外露骨架油封具有更 长的使用寿命和密封性能。
3）影响车桥油封密封性能的因素很多，各因素 间相互影响、相互制约。
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2014 年 9 月
母德强，等：砂轮磨损量及钝化程度的在线监测系统的误差分析
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参考文献 [1] Karpuschewski B., Wehmeier M., Inasaki I. Grinding
图 6 油封变形情况 2
通过外露骨架油封和内包骨架油封的仿真对比， 可以得到：在相同条件下，后者比前者的变形量要大 且唇口及腰部应力集中区域较大，所以外露骨架油封 具有较高的安装强度、更节省胶料、有较长的使用寿 命和可靠地密封性能等优点。
3 结语
1） 车 桥 油 封 在 静 态 条 件 下 的 变 形 情 况 及 Von-mises 应力分布情况，其计算结果与实际情况相 符合。
图 4 油封变形情况 1
图 5 油封 Von-mises 应力分布 1
用以上同样的步骤，可以做出相同使用条件下的 内包骨架油封的仿真情况，其变形情况及 Von-mises 应力分布分别如图 6、图 7 所示。
2 影响车桥油封密封性能的因素
影响车桥油封密封性能的因素众多，既有外在因 素（油封本身之外的因素的影响，比如安装操作不当、 旋转轴表面粗糙等），也有自身因素的影响。自身因 素又包括了油封的结构形式和结构参数两方面。
收稿日期：2014-05-19 作者简介：王道玉(1989-），男，在读硕士研究生。研究方向为液压与气 压传动。
而阻塞了油泄漏通道[3]。 我国在研究车桥油封方面起步较晚，尽管近年来
取得了一定的进步，但跟国外相比，无论是生产工艺、 产品结构上还是在产品质量控制上都有着很大的差 距。加之技术水平、设备落后等因素的约束，导致我 国的油封质量较差，一些高性能的油封仍然依靠进 口。随着我国汽车行业的迅猛发展，市场对车桥油封 的需求量随之加大，也对油封的可靠性和密封性提出 了更高的要求，以满足复杂苛刻使用工况的要求。
[5] K. Furutani, N. T. Hieu, N. Ohguro and T. Nakamura. Automatic compensation for grinding wheel wear by pressure based in-process measurement in wet grinding[J]. Precision Engineering, 2003,27: 9-13.
轴的材料为 45 号钢，其弹性模量 E=200 GPa，泊 松比μ= 0.3。车桥油封橡胶材料为丁晴橡胶，它的力 学性能表现为复杂的材料非线性，其材料模型采用近 似不可压缩弹性材料的 Mooney-Rivlin 模型描述。两 参数的 Mooney-Rivlin 模型的应变能函数为：
W（I1，I2）= C10(I1-3)+C01(I2-3) 式中，W 为修正的应变能；
[4] K.Furutani, N.Ohguro, T.H.Nguyen, and T.Nakamura. In-process measurement of topography change of grinding wheel by using hydrodynamic pressure[J]. Int. J. Mach. Tool Mf., 2002,42(13),1447-1453.
我国大部分企业仍主要生产内包骨架油封，多是 沿用国外技术开发的。而国外一般使用外露骨架油 封和半外露骨架油封[4]。此类油封具有更好的安装强 度、较长的寿命、更好的密封性能。本文分别对这两 种基本形式的车桥油封（外露骨架油封和内包骨架油 封）进行仿真，对比了两者的变形和 Von-mises 应力分 布情况。
monitoring system based on power and acoustic emission sensors[J]. Annals of t he CIRP, 2000,49(1):235-240. [2] Hundt W., Leuenberger D., Rehsteiner F. An approach to monitoring of the grinding process using acoustic emission (AE) technique[J]. Annals of the CIRP, 1994,43(1): 295-298. [3] K. Furutani, N. T. Hieu, N. Ohguro and T. Nakamura. Pressure-based in-process measurement by the null method for automatic compensation of wheel wear during surface grinding[J]. Proc. Instn Mech. Engrs Part B: J. Engineering Manufacture, 2003,(217):153-158
中图分类号：TH137.7
文献标志码：A
文章编号：1672-8904-（2014）05-0035-004
商用车车桥旋转轴唇形密封圈主要用于驱动桥 的主减速器、轮边轴，主要包括：驱动桥主减速器密封 圈、半轴密封圈和轮毂密封圈等，安装在旋转轴的端 部，在工作压力不大于 0.05 MPa 时，把油腔和外界隔 离开来，对内封油，对外防尘，达到密封、润滑、防污等 多重功用[1]。旋转轴唇形密封圈通常也称为“油封”。
此外，本文还对分析过程中提出了两点假设： 1）车桥油封的橡胶部分材料（即丁晴橡胶）具有 确定的泊松比μ和弹性模量 E；
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2）由于轴和油封骨架的刚度是橡胶的几万倍， 在分析过程中，可忽略其变形，视为油封变形时的约 束边界。
本文先以外露骨架油封为分析对象。车桥油封 的橡胶材料采用超弹性单元 PLANE183，轴和油封骨 架采用 PLANE82 单元，其表面简化为刚体边界。
[6] 母德强，冀清发. 气动测量的研究[J]. 兵工学报,1995,(1): 94-96.