利用有限元软件Abaqus建立丁腈橡胶O形圈的轴对称有限元分析模型,分析丁腈橡胶O形圈作为静密封和微动密封时的性能参数。研究表明,O形圈作为静密封时,当流体压力达到6 MPa以上时,必须使用挡圈来避免装配间隙倒角处的剪切失效并提高O形圈的工作压力;在微动密封内外行程中,O形圈的Von Mises应力分布存在较大差异,极值位置变化趋势相反,并且内外行程分别存在一随流体压力增加而增加的固定临界黏滑位移,微动位移小于该值时,O形圈处于黏滑状态,微动位移大于该值时,O形圈发生完全滑动;压缩率增加时,O形圈往复运动过程中受到的滑动摩擦力会急剧增加,在保证密封性的基础上,压缩率取值不宜过大。

研制一种静环用O形圈性能试验装置,该装置利用步进电机通过螺旋差动机构对芯轴施加轴向载荷,实现被测O形圈的四面受压,进而可模拟静环与静环座O形圈的密封。基于该装置在不同工况下对丁晴橡胶O形密封圈密封面之间的接触应力和泄漏量进行实验测量。结果表明O形密封圈在预压缩率一定的情况下,接触应力随着工作介质压力的增大而增大;在工作介质压力一定的情况下,接触应力随着预压缩率的增大而减小,但减少的幅度并不大;O形密封圈的内径对其在不同工况下的接触应力有一定的影响,但影响不大。

根据《用于评估液压往复密封应用的标准试验方法》设计往复密封标准试验台,能够对不同类型的密封环进行整环测试;对不同工况下的丁腈橡胶O形圈进行实验研究,并与工程解进行比较和分析,结果具有较好的一致性。结果表明丁腈橡胶的力-位移响应滞后性很明显;同样的工况条件下,润滑油的润滑与减摩效果优于去离子水;在小压差范围内,随压力增加,摩擦力基本呈线性增加;随往复速度增加,摩擦力会逐渐增大,但增长率会逐渐变小,直至滑动摩擦力达到稳定值。

飞机起落架作动筒中常采用丁腈橡胶(NBR)密封圈,NBR密封圈的质量对密封效果影响较大,关系到飞机起落架正常收放和飞行安全。本工作模拟NBR密封圈在飞机起落架作动筒中的实际应用状态,对密封圈在15号液压油中进行了分段浸油、施压浸油以及浸油后晾置试验。结果表明在这3种试验条件下,密封圈经过液压油浸泡后,其内径、外径、截面尺寸增大,硬度减小;密封圈从液压油中取出后,随着晾置时间的延长,其内径、外径和截面尺寸逐渐减小,硬度逐渐增大。在实际应用中,密封圈在安装前应先在液压油中按照要求浸泡至规定时间,然后在2 d内安装至飞机起落架活塞密封槽中,可避免密封圈对作动筒内壁的压力引起的偏转。

针对某产品进行高低温工作试验时密封出现的泄漏问题,对该产品采用的密封材料丁腈橡胶进行高、低温环境下的低温性能研究。通过随产品试验、高温试验、低温试验、高低温交变试验及耐介质试验,检测丁腈橡胶的压缩耐寒系数,以耐寒系数的变化来探究高、低温对橡胶材料性能的影响。结果表明高低温交变循环、高温老化都会造成丁腈胶料低温性能下降,影响其密封性;而低温环境对丁腈橡胶的低温性能基本没有影响,但密封性降低。研究表明,丁腈橡胶作为密封材料不能满足该产品的密封要求,因而导致了泄漏。

核电气动阀门用三元乙丙橡胶(EPDM)和丁腈橡胶(NBR)隔膜材料分别在100℃和150℃下进行不同时间的热老化试验,采用万能试验机、邵氏硬度计、拉伸疲劳试验机、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪对材料拉伸性能、硬度、疲劳性能、微观形貌等进行测试与表征,结果表明:EPDM材料随着老化时间的增加断裂伸长率和断裂强度呈下降趋势,硬度呈缓慢上升趋势。NBR材料在100℃老化下断裂伸长率缓慢下降,断裂强度缓慢增加,硬度缓慢增加;在150℃老化下断裂伸长率和断裂强度急剧下降,硬度呈直线上升趋势。在相同老化时间下,老化温度越高,EPDM和NBR材料的断裂伸长率和断裂强度越小,硬度越大。EPDM和NBR材料的耐疲劳性能随着老化时间和老化温度的增加,均有一定程度的下降,其中NBR材料耐疲劳性能下降较大;红外光谱分析结果表明,随着老化时间的增加,EPDM材料羟基和羰...

基于断裂力学理论,推导撕裂能与疲劳裂纹扩展速率间的函数关系式,将复杂的多方向应力转化为单轴等效应力,建立丁腈橡胶疲劳寿命预测模型。选用Mooney-Rivlin本构模型来表征丁腈橡胶超弹性力学行为,在简化DAS组合密封圈结构后建立有限元模型,并通过计算应力分布确定危险单元位置。通过拟合拉伸试验数据得出应力应变关系,采用数值分析方法计算撕裂能变化量,并预测裂纹萌生位置与疲劳寿命。结果表明,DAS组合密封圈的危险单元位置在密封圈接近右侧密封槽倒角处。仿真软件预测的危险单元位置和疲劳寿命与理论计算结果一致,验证理论计算结果的正确性。

针对飞机油滤系统漏油故障,通过丁腈橡胶O形密封圈外观质量、尺寸、性能、胶料组分和微观形貌测试,分析O形圈失效原因。结果表明O形圈表面凹痕与O形圈承压能力和装配间隙有关;O形圈内部存在的分层痕迹和异物与生产过程控制不到位有关;O形圈在液压油环境中受到外力作用是其失效的主要原因,破坏形式为疲劳破坏。设定合理的密封压缩量和装配间隙、保证贮存和硫化环境符合要求、提高O形圈密封面加工质量等措施可以预防O形圈失效。

研究了盾构掘进机主驱动丁腈橡胶密封材料配方组成、成品胶料性能及其制品成型工艺,并进行了相关成品技术试验验证。结果表明,研制胶料性能满足其技术指标要求,其制品接头强度可靠性高,外观精美,达到替代进口产品水平。