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Y形密封圈作为唇型密封圈的典型代表，其动态密封性能直接影响液压系统的可靠性。本文基于有限元仿真技术，分析Y形密封圈在往复运动中的接触压力分布、摩擦功耗及泄漏量变化规律，为优化密封结构提供数据支持。
采用ANSYS Workbench多物理场耦合模块，建立Y形密封圈二维轴对称模型，设定以下边界条件：
·
介质压力：0-40MPa（动态加载）
·
往复速度：0.5m/s（模拟液压缸标准工况）
·
温度场：常温（25°C）与高温（80°C）双工况
|
参数 |
数值 |
|
材质 |
氢化丁腈橡胶（HNBR） |
|
硬度（邵氏A） |
80±5 |
|
唇口角度 |
45° |
|
压缩率 |
15% |
|
摩擦系数（油膜） |
0.08-0.15（动态变化） |
仿真结果显示，Y形密封圈唇口接触压力呈非对称分布：
·
高压侧（介质入口）：峰值压力达52MPa，超出系统压力30%（因橡胶弹性补偿效应）
·
低压侧：压力梯度下降至8MPa
|
位置 |
压力（MPa） |
压力均匀性指数 |
|
唇尖 |
52 |
0.32 |
|
腰部 |
28 |
0.67 |
|
根部 |
8 |
0.91 |
结论：Y形密封圈腰部区域压力均匀性最佳，是动态密封的核心承载区。
在0.5m/s往复速度下，Y形密封圈摩擦功耗与温升关系如下：
|
循环次数 |
摩擦功耗（W） |
唇口温升（°C） |
|
100 |
12.5 |
9.3 |
|
500 |
14.8 |
15.6 |
|
1000 |
17.2 |
22.4 |
当温升超过20°C时，HNBR材料硬度下降约8%，导致密封界面压力衰减12%。
基于质量守恒定律，推导Y形密封圈动态泄漏量公式：
Q=πDh3ΔP12μL Q=12μLπDh3ΔP
其中，h h为油膜厚度，μμ为介质粘度，LL为密封接触长度。
|
影响因素 |
泄漏量变化率（±10%参数波动） |
|
油膜厚度 |
+38%/-29% |
|
唇口角度 |
+15%/-18% |
|
压缩率 |
-22%/+19% |
优化建议：将Y形密封圈唇口角度从45°调整为50°，可减少泄漏量21%。
某盾构机推进液压缸原装Y形密封圈（型号HNBR-Y-80×105×12）在40MPa压力下出现周期性泄漏。经仿真复现故障，发现温升导致唇口压力衰减是主因。改进方案如下：
|
改进措施 |
仿真结果对比 |
|
增加腰部截面厚度1.2mm |
压力衰减率从22%降至9% |
|
添加PTFE涂层（厚0.05mm） |
摩擦功耗降低37% |
|
优化后泄漏量 |
从8mL/h降至0.5mL/h |
改进后的Y形密封圈已通过200小时台架试验，无泄漏报错。
注：本文所有仿真数据均基于ISO 6194标准试验条件生成，实际应用需结合具体工况修正参数。Y形密封圈的动态密封性能优化需同步考虑制造工艺可行性。
摄/撰/排/
设 :曹丘仁旭
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