高压静密封表面微织构设计及其密封性能的有限元分析

简介

目的提升金属高压密封环的静密封性能,保证HPD柴油机油泵体的密封效果。方法基于逾渗理论与静密封原理,采用有限元仿真分析,研究密封环接触区微织构结构及分布特征对密封性能的影响规律,进而设计出在特定工况下密封环微织构的分布特征与几何尺寸。结果在给定的工况下,确定在泵盖表面构造5处环状圆弧截面微织构。分别为:处于密封环上端面中心位置处,深度为30μm、宽度为200μm微织构;距密封环上端面中心位置0.3 mm左右两端,深度为15μm、宽度为220μm微织构;距离密封环上端面中心位置0.7 mm左右两端,深度为3μm、宽度为260μm微织构。所设计的微织构在不减少有效接触宽度的前提下,显著提升了局部接触压强值,从而提升了高压接触区密封性能。结论微织构的存在会显著提升微织构两侧的接触压强峰值,且不影响其他接触区的接触压强分布。弧形截面的微织构相较于其他形状截面,性能最优。随着微织构深度的增加,接触压强峰值增加,但接触压强变化幅度越大,接触状态越不稳定;随着宽度的增加,接触压强峰值减小,但接触压强变化幅度越小,接触状态越稳定。多个微织构的密封环相比于单个微织构,接触状态有一定程度的改善。