本文提出一种真空用O型橡胶密封圈设计计算方法。通过推导O型橡胶密封圈弹性变形压力的近似计算公式,结合已实际工程应用的O型密封圈设计参数,计算出O型橡胶密封圈受压弹性力及其在真空环境下承受的大气压力,并以多项式拟合的方法得到两者的对应关系。以待求解的O型橡胶密封圈承载的大气压力为输入条件,利用密封圈弹性变形弹性力近似公式反向求解得到O型橡胶密封圈的几何参数。为验证该计算方法的可靠性,采用Mooeny-Rivlin模型对算例结果进行仿真分析,结果表明通径7500mm的法兰O型橡胶密封圈在大气压力作用下最大应力为7.01MPa左右,不会发生永久损坏,证明O型橡胶密封圈设计计算方法可行。

现代工业机械设备中,O型橡胶密封圈是主要的密封件,因为其价格低廉、生产工艺流程简单、密封性能优越,在机械液压领域中得到了广泛应用。但是,随着O型橡胶密封圈使用范围的逐渐广泛,O型橡胶密封圈的失效问题也逐渐暴露出来,如果对O型橡胶密封圈失效问题进行预防,已经成为新时期工业机械密封设计中的所需要思考和研究的重要问题,是保证机械设备运行状态的关键所在。

O形橡胶密封圈具有良好的密封可靠性,且能够选择的材料种类较为丰富,动力摩擦阻力较小,适合采用多种密封形式;密封介质设计较为简便,结构体积较小,拆装便利性较好,具有良好的互换性,所以在多个行业和领域中具有广泛的应用。但在具体应用过程中,部分人员未考虑到实际需求,导致O形橡胶密封圈应用不合理。因此,本文对气动系统中O形橡胶密封圈的应用进行深入研究与分析,并提出了相关措施。

利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立径向单柱塞泵往复密封用O型橡胶密封圈的二维轴对称模型，分析研究O型橡胶密封圈在不同的压缩量和工作油压下的变形和应力分布情况，得出相应情况下的最大范·米塞斯应力、最大接触压力以及最大剪切应力的变化关系。结果表明：上述3种最大应力值都随着压缩量和工作油压的增加而增加，其中最大接触应力值在左右两个主接触面之间呈对称分布，其余两种最大应力值都分布于密封沟槽口附近区域。该结论可以作为今后设计和选择O型橡胶密封圈的依据，同时文中涉及到的处理橡胶类非线性问题的分析方法可以推广到其他不同类型的橡胶密封圈的分析计算。