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在早期，國內(nèi)報(bào)道的深海旋轉(zhuǎn)軸密封主要是從承壓型密封方面來考慮的。1982 年，我國的張訓(xùn)義就提出了深海動(dòng)態(tài)密封，主要是分析O型密封圈在深海環(huán)境下 1000m內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和振蕩運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)密封情況；1993 年，國內(nèi)學(xué)者從材料的選擇、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益等方面報(bào)道了機(jī)械密封在水下機(jī)器人中的應(yīng)用；1994 年，美國報(bào)道了一種用于深海旋轉(zhuǎn)軸的雙重密封專利。
深海承壓型密封相當(dāng)于常壓環(huán)境中使用的高壓密封，它的不同之處在于，常壓下的高壓密封一般可以防止流體從設(shè)備內(nèi)部向外部泄漏，而深海密封是防止外部流體沿密封件進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，并且其允許的泄漏量很小。
推進(jìn)系統(tǒng)的主要功能是為水下裝備的航行提供所需要的推進(jìn)動(dòng)力，其密封的可靠性直接影響裝備作戰(zhàn)任務(wù)的完成。針對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)無潤滑密封問題，應(yīng)用可靠性技術(shù)、材料學(xué)、動(dòng)密封技術(shù)和磨損理論等，分析了該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和失效機(jī)理，并建立系統(tǒng)有限元模型，用于研究不同載荷和環(huán)境條件下系統(tǒng)密封件的變形情況和密封特性。
橡膠是一種各向同性、可高度變形、高彈性和壓縮性較小的材料，其不僅具有類似于金屬材料的彈性，還具有類似于黏性液體吸收能量的性質(zhì)。同時(shí)，由于橡膠材料的特性非常復(fù)雜，其材料和幾何特性均呈非線性變化，在實(shí)際應(yīng)用中，往往還存在著邊界條件復(fù)雜和接觸非線性等問題。所以，橡膠結(jié)構(gòu)的有限元分析屬于非線性有限元范疇，其非線性突出地表現(xiàn)在以下3方面：①橡膠材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性函數(shù)，用應(yīng)變能函數(shù)表示；②橡膠在力的作用下，一般伴隨著大位移、大應(yīng)變，其應(yīng)變位移關(guān)系也是非線性函數(shù)；③密封計(jì)算的邊界條件非常復(fù)雜，必須包含接觸面的受力計(jì)算，呈非線性關(guān)系。
根據(jù)密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、密封件實(shí)際尺寸和溝槽尺寸，建立具有剛?cè)峤佑|的密封系統(tǒng)有限元模型。密封件的材料為橡膠材料，近似為不可壓縮超彈性體，密封套固定約束，密封套和外軸均與橡膠圈接觸。
對(duì)此模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，模型全部采用六面體單元，并且在外軸外側(cè)劃分 4 層較密網(wǎng)格。這是因?yàn)檫@部分單元與密封圈、密封套接觸，存在應(yīng)變，而外軸內(nèi)部幾乎不存在變形。
O 型橡膠圈是一種擠壓型密封。擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏；反之，則發(fā)生泄漏。在動(dòng)密封系統(tǒng)中，O 型橡膠圈與外軸、密封套有3個(gè)接觸面。根據(jù) O 型橡膠圈的密封工作原理，3處接觸面的接觸壓力皆大于工作水壓時(shí)，才能達(dá)到密封效果。因此，在以下的分析中，分別計(jì)算、分析了O型橡膠圈3個(gè)接觸面在指定工作水壓和工作轉(zhuǎn)速下的接觸壓力，并判定O型橡膠圈是否可以達(dá)到密封效果，進(jìn)而確定工作水壓和工作轉(zhuǎn)速對(duì)O型橡膠圈密封性能的影響。
在此次分析中，分別在水壓為 0 MPa、0.5 MPa、1 MPa、1.5 MPa、2 MPa 時(shí)分析動(dòng)密封系統(tǒng)，并得出在各水壓下O型橡膠圈所承受的接觸壓力。
從分析結(jié)果中可以看出，當(dāng)水壓為 0 MPa、0.5 MPa時(shí)，只有Ⅰ、Ⅲ接觸面上的接觸壓力較為明顯。隨著水壓的增大，在水壓達(dá)到 1 MPa 后，Ⅱ接觸面上的接觸壓力逐漸明顯且趨于穩(wěn)定，各水壓下 O 型橡膠圈所承受的接觸壓力也是在不斷增大的。至于接觸壓力不均，則是因?yàn)樵谕廨S運(yùn)動(dòng)的過程中，所產(chǎn)生的波動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致接觸壓力的受力不均，并且橡膠圈的爬行可能會(huì)加劇這種情況的發(fā)生而引起的。
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