节温器总成密封失效故障分析及优化设计
卡套管式接头密封失效原因及预防措施
卡套管式接头密封失效原因及预防措施卡套管式接头具有拆装方便，密封性良好的特性，它是一种很好的管连接形式，这里将介绍卡套管式接头的密封性工作原理，然后对卡套管式接头的密封性失效的原因进行分析，最后，对卡套管式接头密封性失效性提出了预防措施。
卡套管式接头密封是一种静密封，它能够在高温高压的环境下进行使用。
因为卡套管式结构具有使用安全方便、密封性良好的特性，被广泛的应用与液压、气压运输中。
卡套管式接头随具有独特的优势，但是还需要多起材料、生产、检验和安装维护过程进行严格的管理，否则将会出现泄漏事件，严重时将会引发事故的发生，而造成损失。
卡套管式结构主要有单卡和双卡套两种形式。
其中单卡套体现出的是线性密封，且要求卡套的呢人口具有较高的硬度，而双卡套则是面密封。
本文将以单卡套为例进行分析套管接头密封失效的原因和预防措施。
卡套管式接头的工作原理单卡套管式接头的组成部分分别是：卡套、接头体、压紧螺母。
单卡套管式接头的密封原理是线性密封。
首先，卡套在压紧螺母的作用下，沿着接管的轴向进行运用直至进入接头体的圆锥面内，由于卡套的壁厚较薄，在受到挤压力的作用下，其前端外圆出现变形而形成卡一个球面，这样便于街头题的圆锥面形成了线性密封，同时，在卡套受挤压变形时，和接管外壁接触的内刃刀口嵌入接管体并形成一个均匀的环形密封凹槽，由此，卡套的前端就形成了内外环向的两条线性密封，这两条线性密封很好的把带压物料封存在接头体和接管内，从而达到密封的目的。
卡套管式接头密封失效的原因决定导套管式接头密封性的因素有卡套前端嵌入的情况，卡套面与接头体圆锥面的贴合情况以及卡套尾端与压紧螺母的贴合情况。
因此卡套管式接头的密封性和卡套的材料、加工工艺、安装有着密切的联系。
下面将具体说明卡套管式接头失效的原因。
2.1卡套在嵌入时与接管的间隙过大造成密封失效。
当卡套和接管之间的间隙过小时就无法进行安装，反之，卡套前端的内刀刃将不能嵌入接管的外壁，同时，卡套的后端也无法和接管的的外壁紧贴，这就导致了卡套管式接头密封性失效。
机械密封的泄漏原因分析及解决办法讲解
机械密封的泄漏原因分析及解决办法讲解机械密封泄漏是工业生产过程中常见的问题，它会导致能源浪费、生产效率低下甚至带来安全隐患。
因此，深入分析机械密封泄漏原因，并采取相应的解决办法对于保证生产安全和提高生产效率至关重要。
一、泄漏原因分析1.密封面磨损密封面的磨损通常是由于工作环境中的颗粒物、润滑不良或材料硬度不足等问题引起的。
密封面磨损会导致泄漏发生。
2.密封部件的松动由于设备长期运转，活塞、活塞杆和链轮等零部件会产生松动，从而导致机械密封不良，从而导致泄漏。
3.热胀冷缩由于温度的变化，密封件容易因热胀冷缩而造成泄漏。
尤其是高速旋转设备，温度变化更为明显。
4.设备杂音机械设备的过大杂音通常会伴随着机械密封的泄漏。
这通常是由于设备的运转不正常导致的。
5.润滑不良不恰当的润滑方式会导致泄漏。
例如，油脂过多或过少都会使密封失效。
二、解决办法1.更换密封件密封面磨损是导致泄漏的主要原因之一、因此，及时更换磨损的密封件是解决泄漏问题的重要方法。
2.加强紧固定期检查和紧固机械密封面的螺栓，防止密封部件因松动而引起泄漏。
3.优化密封材料选择适当的密封材料是至关重要的。
根据工作环境的不同，选择具有高耐磨、高温耐性、耐腐蚀性能的密封材料，以提高机械密封的效果。
4.定期维护和润滑定期进行设备维护和润滑，以确保机械密封的正常工作。
通过添加适当的润滑油、脂来保持密封件的良好工作状态，并避免因润滑不良导致泄漏。
5.设备运行监测定期进行设备运行监测，及时发现设备噪音过大、运转不正常等问题，并采取相应的维修措施，以避免机械密封泄漏。
6.温度控制采取措施控制设备所在环境的温度变化，以减小因热胀冷缩引起的机械密封泄漏。
总结：机械密封泄漏可能是由密封面磨损、密封部件松动、热胀冷缩、设备杂音以及润滑不良等原因引起的。
为了解决这些问题，可以采取更换密封件、加强紧固、优化密封材料、定期维护和润滑、设备运行监测以及温度控制等措施。
只有通过不断的改善和维护，才能保证机械密封的有效性，减少泄漏风险，提高生产效率。
终聚釜用机械密封失效分析及改进措施
第37卷第1期2022年3月Vol.37No.1Mar.2022合成技术及应用SYNTHETIC TECHNOLOGY AND APPLICATION终聚釜用机械密封失效分析及改进措施张胜国，韩君炎，封兴良,赵永军，孙利锋,谢华桥(荣盛石化股份有限公司，浙江杭州311247)摘要：在聚酯装置开车过程中,终聚釜搅拌轴机械密封发生2次泄漏事故。
通过对机械密封承受的弹簧比压、端面比压与轴向合力分析，发现弾簧比压低与隔离液压力波动是导致机械密封发生泄漏故障的主要原因;通过增加弾簧钢丝賣径和PLAN54隔离液的密封油站技术改造解决以上问题，机械密封能够稳定、可靠运行。
关键词:接触式机械密封;弹簧比压;端面比压;闭合力；隔离液;压力中图分类号：TH6文献标识码：B文章编号：1006-334X(2022)01-0050-05在杜邦聚酯工艺中，卧式终聚釜的搅拌器采用鼠笼结构，支撑鼠笼的短轴装配双端面机械密封，双端面机械密封具有泄漏量小、结构简单的特点。
1存在问题终聚釜机械密封运行稳定性是影响整套聚酯装置运行安全、稳定和产品质量的决定性因素之一。
机械密封泄漏故障多发生在隔离液压力波动过程中，下面结合2起机械密封泄漏故障加以分析，并提出改进方案。
1)2006年巡检人员发现终聚釜机械密封发生间歇振荡。
此时，冷却、阻封机械密封所用隔离液出口流量、压力有较大波动;通过关小隔离液出口截止阀将隔离液压力调至0.15MPa,隔离液压力、流量稳定、不再波动,机械密封异常振动消失。
2)2020年6月，在聚酯装置停车过程中，现场巡检人员发现终聚釜机械密封隔离液出口流量下限报警,同时终聚釜内失真空、釜内温度下降,判定终聚釜机械密封发生内漏。
终聚釜机械密封解体检查,发现机械密封腔体内部发生积料、结焦现象，物料主要堆积在介质侧动静密封环与轴套之间的缝隙中，介质侧动环0型圈上附有杂质，介质侧动环0型圈接触的轴套部分堆有杂质，如图1所示。
2机械密封原理机械密封作为一种用来解决旋转轴与机体之间密封的装置。
汽车节温器说明书
1.绪论 (1)1.1大型工程软件CATIA介绍 (1)1.2本次课程设计的主要任务及目的 (1)1.3本次课程设计的任务要求 (1)1.4本次课程设计的进度安排 (1)2.节温器介绍 (2)2．1节温器概述 (2)2．2节温器术语 (2)2．3节温器的组成 (2)3.节温器功用及原理 (3)3.1节温器的作用 (3)3.2节温器的工作原理 (4)4.节温器注意事项 (5)4.1节温器的检查 (5)4.2节温器安装方法 (5)4.3判断节温器工作状态 (5)4．4节温器的拆装和检查 (6)4.5节温器常见故障 (7)4.6拆除节温器错误观点....................... .. (8)小结 (9)主要参考资料及资料索引 (10)1.1大型工程软件CATIA介绍CATIA是由法国达索系统公司（Dassault Systemes，DS）开发的集成了CAD、CAM和CAE的大型软件，凭借其突出的技术优势在制造业的各个领域得到了广泛的应用，成为全球制造业的主流设计软件。
利用CATIA中的机械设计中零部件设计模块进行三维建模，所画图形一目了然；用线框与线条模块进行曲面设计；所做图形清晰流畅。
CATIA已经成了汽车工业CAD/CAM的事实标准，欧洲、北美和亚洲的顶尖汽车制造商纷纷采用其作为核心系统。
在航空工业领域，空中客车公司、Pratt&Whimey、EADS、洛克西德马丁、美国联合航空公司、达索航空等都选用CATIA进行新产品设计。
著名的丰田汽车公司、VOLVO卡车、TODA赛车等都从其他系统转到CATIA 进行新产品的设计。
电子家电行业的索尼、三洋、松下、先锋、伊莱克斯、香港亚伦，船舶行业的IHl、NKK、烟台莱福士造船厂，机车行业的阿尔斯通、邦巴迪、西门子，消费品行业的可口可乐、Evian、Swatch，轮胎行业的固特异、米其林以及机械各行业等，CATIA的客户遍及世界各地。
国内的哈尔滨、沈阳、西安、成都、景德镇、上海、贵阳等航空飞机设计制造厂也都无一例外地都选用CATIA作为其核心设计和加工软件。
小家电中突跳式温控器的失效原因分析及改善策略
小家电中突跳式温控器的失效原因分析及改善策略作者：梁然峰来源：《中国科技博览》2014年第02期摘要：在小家电的使用中，突跳式温控器发生失效会导致电水壶、电饭煲等家电产品控温功能和过热保护功能产生失效。
本文首先对突跳式温控器的结构和应用进行阐述，然后利用FMECA分析法对导致其失效的关键元件进行分析，从而得出突跳式温控器的失效机理，最后针对突跳式温控器的失效提出改善策略。
关键词：突跳式温控器、失效、原因分析、改善策略【分类号】：TD327.3前言：温控器是一种开关元件，用以实现对产品或过程进行温度控制，其中突跳式温控器具有结构简单、温度控制精度高等优点，被广泛应用于电茶壶、电饭煲等家电产品中，作为正常工作的控温保护。
一、突跳式温控器的结构和应用突跳式温控器是一种开关元件，主要用于对产品的使用过程进行温度的控制，在小家电中用于快速电水壶、电饭煲等一些常用的小家电中，它具有着结构简单、感应温度的敏感度较高的特点。
突跳式温控器的结构如图1所示。
二、利用FMECA法对温控器进行失效机理分析故障模式影响及危害性分析FMECA分析法是通过对产品的全部可能出现故障的模式和可能产生的影响，对每一个影响产生的严重程度和出现概率进行分类的归纳分析法。
以KSD301型突跳式温控器举例，在FMECA分析中可以看到，此温控器的突跳温度和恢复温度分别为215℃和195℃，额定电压和额定电流分别为220V、15A，通过分析可以建立如图2的矩阵，从而可以得出温控器的失效机理主要可以归纳为三点，即触点粘结失效、簧片发生断裂和出现温度漂移失效，因此，我们可以知道，触头、簧片和热金属片是突跳式温控器的三个关键元件，那么，对突跳式温控器进行失效机理分析，对三个关键件进行失效机理分析就可以。
三、突跳式温控器的失效机理分析1、触头的失效机理分析2、簧片的失效机理分析KSD301温控器簧片材料为Qbe2.0，结构如图4所示。
在实际应用中，簧片失效一共有3种情况：1）簧片弯曲段断裂，占簧片失效总数的90%；2）簧片推杆作用点处（凸台处）开裂，占簧片失效总数的8%；3）簧片变形过大失效，占簧片失效总数的2%。
O型圈密封失效原因及应对措施
O型圈密封失效原因及应对措施O型圈是一种常见的密封元件，用于连接机械设备的连接部位，起到防止液体、气体或粉尘等物质泄漏的作用。
然而，由于使用环境的不同，O型圈的密封性能可能会失效。
本文将探讨O型圈失效的原因，以及相应的应对措施。
首先，O型圈失效的原因可以归纳为以下几点：1.材料老化：O型圈通常由橡胶制成，长时间暴露于高温、强酸、强碱等恶劣环境下，容易发生老化，导致弹性减弱、硬化甚至破裂。
应对措施：选择合适的材料，例如聚四氟乙烯（PTFE）等耐腐蚀的材料，以提高O型圈的耐化学腐蚀性能；避免长时间暴露在高温、强酸、强碱等环境下，可考虑增加冷却设备、改进工艺等措施。
2.挤压变形：当O型圈被强制挤压至超过其弹性限度时，会导致圈形变形，无法正常回弹恢复，进而导致泄漏。
应对措施：合理选择O型圈的尺寸和硬度，确保其能够承受应力，避免过度挤压。
3.安装不当：如果O型圈在安装过程中被拉伸、扭曲或划伤，都可能导致其失效。
应对措施：在安装过程中，确保O型圈没有拉伸或过度压缩，避免使用尖锐工具直接接触O型圈的表面，同时可以使用润滑剂减少O型圈的摩擦。
4.磨损：长时间的使用，O型圈与摩擦面的接触会导致磨损，减少密封性能。
应对措施：定期检查O型圈的磨损情况，及时更换磨损严重的O型圈，减少摩擦面的表面粗糙度。
接下来，我们来讨论应对O型圈失效的措施：1.选用合适的材料：针对不同的工作环境，选用耐高温、耐腐蚀性能好的材料，例如聚四氟乙烯（PTFE）或是氟橡胶（FKM），以提高O型圈的耐用性。
2.合理安装：确保O型圈在安装过程中不受损伤，避免过度拉伸或压缩，以及避免使用尖锐工具直接接触O型圈，可使用润滑剂减少摩擦。
3.定期检查和维护：定期检查O型圈的磨损情况，并及时更换磨损严重的O型圈，减少摩擦面的表面粗糙度，延长O型圈的使用寿命。
4.改进工艺：根据实际情况，对机械设备的工艺进行改进，减少O型圈的使用频率或负荷，提高其可靠性。
综上所述，O型圈失效的原因主要包括材料老化、挤压变形、安装不当以及磨损等。
O型密封圈的主要失效原因及其防治措施
O型密封圈的主要失效原因及其防治措施1.力学损伤：当O型密封圈在装配、拆卸或使用过程中受到外界力的影响时，可能会发生撕裂、挤出或剪断等力学损伤。
这种损伤通常发生在密封圈的边缘部分。
防治措施：在装配和拆卸过程中要小心操作，避免对密封圈进行扭曲或撕裂的力。
选择适当的密封圈尺寸和材料，确保其能够承受所需的工作力。
2.化学损伤：O型密封圈在一些特殊工作环境中容易受到化学物质的腐蚀或侵蚀，导致其材料分解或变质。
防治措施：选择适当的密封圈材料，使其具有良好的耐化学性能，能够耐受工作环境中的化学物质。
对于特殊工作环境，可以采用涂覆或加强包覆等措施，以增加密封圈的抵抗能力。
3.温度变化引起的热胀冷缩：O型密封圈在温度变化过程中，会发生热胀冷缩现象，导致密封圈的变形或卡死。
防治措施：选择适当的密封圈材料，使其具有足够的耐温性能，能够适应工作环境中的温度变化。
避免温度急剧变化的条件，如采取预热和冷却措施，以减少对密封圈的影响。
4.磨损和老化：长时间使用和频繁摩擦会导致O型密封圈的磨损和老化，使其失去弹性和密封性能。
防治措施：定期维护和更换密封圈，避免过度使用。
选择高质量的密封圈材料，使其具有较长的使用寿命。
5.安装错误：错误的安装过程和方法也可能导致O型密封圈的失效。
例如，在安装时出现卡死、过度压缩或不均匀挤压等情况。
防治措施：确保正确的安装方法和顺序，避免出现与密封圈安装相关的问题。
必要时使用专门的安装工具，以确保密封圈安装到正确的位置。
总结起来，O型密封圈的主要失效原因包括力学损伤、化学损伤、温度变化引起的热胀冷缩、磨损和老化以及安装错误。
为了防止这些失效情况，我们需要选择合适的密封圈材料和尺寸，正确安装密封圈，并定期维护和更换密封圈。
只有这样，才能确保O型密封圈在工作中具有良好的密封性能和寿命。
机械端面密封的常见故障
机械端面密封的常见故障、原因及分析1:机械密封发生振动、发热、发烟、泄出、磨损、生成物。
端面宽度过大：减小端面宽度、降低弹簧压力端面比压过大：降低端面比压动静环面粗糙：提高端面光洁度摩擦副配对不当：更换动静环、合理配对冷却效果不好、润滑恶化：加强冷却措施、改善润滑条件端面耐腐蚀、耐高温不良：更换耐腐蚀、耐高温的动静环2:间歇性泄漏转子轴向窜动量太大、动环来不及补偿位移：调整轴向窜动量泵本身操作不平稳、压力变动：稳定泵的操作压力3:经常性泄漏泵轴振动严重：停车检修，解决轴的窜动问题密封定位不准、摩擦副未贴紧：调整定位摩擦表面损伤或摩擦面不平：更换或研磨摩擦面密封圈与动环未贴紧：检查或更换密封面弹簧力不够或弹簧力偏心：调整或更换弹簧端盖固定不正、产生偏移：调整端盖紧固螺钉与轴垂直4:严重泄漏摩擦副损坏断裂：检查更换动、静环固定环发生转动：更换密封圈固定静环动环不能沿轴向浮动：检查弹簧力和止推环是否卡住弹簧断掉：换弹簧防转销断掉或失去作用：换防转销5:停用后重新开动时泄漏摩擦面有结焦或水垢产生：清洗密封件弹簧间有结晶或固体粒子动环或止推环卡住6:摩擦副表面磨损过快弹簧力过大端面比压过大：更换弹簧密封介质不清洁：加过滤装置弹簧压缩量过大：调整弹簧7:操作中密封发出爆裂声（端面爆裂声）密封液在密封界面汽化：加强密封面的冷却，与密封生产商一起检查密封平衡，增加旁路冲洗管线（如果没有的话）扩大旁路冲洗管线和/或压盖上的开孔。
8:密封连续滴漏表面不平：检查不正确的安装尺寸石墨密封面起泡：检查是否采用了不合适的材料和密封类型密封面产生热变形：改进冲洗冷却管线，检查是否出现压盖螺栓扭矩过大导致压盖变形，检查压盖垫片的比压是否合适，检查密封面间有无其他固体颗粒，如需要时对密封面重新抛光。
检查密封面处的裂纹，更换主、配合密封环在安装过程中，辅助密封被划伤：更换辅助密封，检查内倒角是否合适、毛刺等O形圈老化，由于压缩形变辅助密封变硬变脆：确定合适的密封类型由于化学作用辅助密封变软变粘：与密封生产商一起确定合适的材质弹簧失效：更换零部件由于腐蚀作用，金属附件损坏，传动机构被腐蚀：与密封生产商一起确定其他材质9:操作过程中，密封发出尖啸声密封处的润滑液量不足：增加旁路冲洗管线或扩大旁路冲洗管线和/或压盖上的开孔10:在压盖环外侧有碳粒聚积密封面处的润滑液量不足：增加旁路冲洗管线或扩大旁路冲洗管线和/或压盖上的开孔密封面处的液膜蒸发：如果填料函中的压力过高，确定合适的密封结构11:密封泄露没有发现原因：参考“密封连续滴漏”改正措施，检查填料函与轴的垂直度，将轴、叶轮、轴承对中，防止轴的振动及压盖和配合密封环的变形12:密封寿命短腐蚀性介质：防止腐蚀性介质在密封面处堆积增加旁路冲洗管线（如果没有的话）使用腐蚀介质分离器或过滤器密封运转过热：增加密封面的冷却，扩大旁路冲洗管线的流量，检查冲洗管线受堵塞部位设备没对中：对中，检查轴上密封的磨损。
塑封器件常见失效模式及其机理分析总结
塑封器件常见失效模式及其机理分析总结塑封器件（Plastic Encapsulation Device，PED）是指使用塑料作为封装材料的电子器件。
由于其低成本、轻量化、易加工等优势，塑封器件被广泛应用于各种电子设备中。
然而，塑封器件也存在一些常见的失效模式，本文将对这些失效模式及其机理进行分析总结。
1.温度失效：在高温环境下，塑封器件的封装材料容易发生老化和变形，导致器件性能下降或失效。
该失效模式的机理主要是材料的热老化，其中塑料封装材料中的添加剂如稳定剂、防护剂等会因长时间高温作用而分解或迁移，导致封装材料的物理和化学性质的变化。
2.湿气失效：湿气失效是指器件在高湿环境中发生导电路径或绝缘破坏而失效。
该失效模式的机理主要是由于湿气中的氧化物、离子等与器件内部的金属导线、介质等发生化学反应，导致电阻降低、绝缘性能下降。
3.机械失效：机械失效是指塑封器件在受到机械应力、振动等外力作用下，发生封装裂纹、金属引脚断裂等损坏而失效。
该失效模式的机理主要是由于材料的强度不足、结构设计不合理等导致的。
4.电气失效：电气失效是指器件在使用过程中发生电性能下降或功能失效。
该失效模式的机理主要包括电极与封装材料之间的接触不良、氧化等导致电阻增加；电容器内部介质的老化和损坏导致容量减小或绝缘性能下降等。
5.化学失效：化学失效是指塑封器件在受到化学物质（酸、碱、溶剂等）侵蚀或与化学物质发生反应而失效。
该失效模式的机理主要是材料与化学物质发生化学反应，导致封装材料的物理性质变化或金属导线的腐蚀等。
针对上述失效模式，可以采取以下措施来减少或避免塑封器件的失效：1.选择合适的封装材料，考虑其在高温、高湿等环境下的稳定性和耐候性。
2.优化封装结构设计，增强塑封器件的抗机械振动和应力能力，避免封装裂纹和金属引脚断裂等机械失效。
3.采取防湿措施，如封装材料添加防湿剂、采用防潮包装等，以防止湿气失效的发生。
4.优化金属电极的表面处理和封装材料的加工工艺，提高接触质量和电阻、容量的稳定性，减少电气失效的可能。
温度变送器故障及处理方法解析 变送器维护和修理保养
温度变送器故障及处理方法解析变送器维护和修理保养温度变送器接受热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号输出。
温度变送器技术已经特别成熟了，温度变送器常常和一些仪表配套使用，在配套使用过程中常常有一些小的故障。
比较常见的故障及解决方法如下。
*，被测介质温度上升或者降低时变送器输出没有变化，这种情况大多是温度变送器密封的问题，可能是由于温度变送器没有密封好或者是在焊接的时候不当心将传感器焊了个小洞，这种情况一般需要更换变送器外壳才能解决。
第二，输出信号不稳定，这种原因是温度源本领的原因，温度源本领就是一个不稳定的温度，假如是仪表显示不稳定，那就是仪表的抗干扰本领不强的原因。
第三，变送器输出误差大，这种情况原因就比较多，可能是选用的温度变送器的电阻丝不对导致量程错误，也有可以能是变送器出厂的时候没有标定好。
温度变送器将物理测量信号或一般电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。
温度变送器是将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，紧要用于工业过程温度参数的测量和掌控。
电流变送器是将被测主回路交流电流转换成恒流环标准信号，连续输送到接收装置。
智能温度变送器的那些特点及应用介绍头部安装式智能温度变送器，用于热电阻（RTD）、热电偶（TC）、电阻（Ω）、电压（mV）信号输入，二线制4～20mA模拟输出，通过HART协议组态，安装于传感器内部（Form B）。
智能温度变送器特点通过HART协议，使用PDA手操器或PC进行组态热电阻输入种类更多，多达11种热电偶输入种类覆盖广泛电阻输入值更宽，高达2KΩ电压输入范围更广，—100～2000mV精度高，内置冷端补偿电气隔离2000VAC智能温度变送器的应用场合温度变送器带HART协议，用于将各种输入信号转换为4～20mA输出信号输入：热电阻（RTD）、热电偶（TC）、电阻（Ω）、电压（mV）工作温度：—40℃～+85℃贮藏温度：—40℃～+100℃冷凝：允许防护等级：IP00；IP66（安装）抗震性：4g/2～150Hz电压影响：疏忽不计安装角度：不限安装区域：B型顶部盒式安装测量精度精度等级：≤0.2℃或0.08%测量精度与所设的测量范围有关。
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节温器总成密封失效故障分析及优化设计王康，蒲大宇，崔权（上海汽车集团股份有限公司乘用车分公司，上海201804）
摘要：本文针对某小型汽油机在试验中出现的节温器总成泄露故障，全面分析可能导致失效的影响因素，逐一排查，并运用Abaqus/Standard作为主要工具，建立有限元模型加以分析，结合实验数据，提出优化方案加以改进，最终通过对比试验，确认优化措施得当，改进效果显著，有效解决了泄露问题。
1 引言某小型汽油发动机，在试验过程中出现节温器总成泄露故障。故障总成共由4件零件组成：节温器罩壳、密封圈、螺栓及衬套。为正确找出故障原因，做鱼刺图如下：
图1-1 节温器总成泄露原因鱼刺图2 故障原因排查2.1 质量因素故障诊断问题通常首先要排查制造/装配原因。经检验，该节温器总成涉及的零件均不存在生产质量问题，装机过程中也未见故障，因此，节温器总成密封失效原因可排除质量因素。
2.2 设计因素在排除质量因素后，设计因素成为了下一步工作的重点。如图1-1所示，设计因素可分为两个大的方面：密封圈设计；节温器罩壳相关设计。以上两个大的方面涵盖了诸多影响因素，如图1-1示，所涉及的影响因素均需逐一排查。
2.2.1 密封圈该密封圈材料为三元乙丙橡胶（EPDM），是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物，其最主要的特性就是具有优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力，并具有极好的硫化特性。发动机节温器内冷却液温度通常在120degC以下。有关研究表明，EPDM具有较好的耐过热水性能，但与所
用硫化系统密切相关。如，以二硫化二吗啡啉、TMTD为硫化系统的乙丙橡胶，在125℃过热水中浸泡15个月后，
力学性能变化甚小，体积膨胀率仅0.3%。通过复查密封圈试验后样件，并未发现橡胶材料失效，因此可以基本排
除密封圈材料选择不当的可能性。
节温器总成泄露
密封面设计
密封圈设质量因素节温器罩壳形状设计安装螺栓预紧力设计不节温器罩壳材料选用不
密封圈材料不佳密封圈截面
形状设计不密封圈尺
寸设计不
衬套设计不零件生产缺装配缺陷通常，类似于节温器总成的密封条件，o型圈是较好的选择，但是由于该密封圈空间形状复杂，o型圈难以满足生产要求，故将密封圈横截面设计成图2-1所示形状。
图2-1 密封圈截面状在试验样件复查过程中，未发现密封圈褶皱现象，该密封圈形状具有较好的适应性；通过测量，发现橡胶密封圈残余高度不足，因此不排除尺寸不当引起失效的可能性。2.2.2 密封面设计密封面的设计影响因素较多。密封面压紧力和螺栓预紧力、衬套制造公差、罩壳材料选择以及罩壳刚度等因素均影响到密封面保持密封性能的能力。经分析可知：安装螺栓预紧力符合常用螺栓预紧力设计，未见不当，可排除；节温器罩壳材料为PA66，并添加一定比例玻纤，一定程度上提高了罩壳刚度，但刚度是否已足够尚待查证；衬套长度略低于设计经验值，在一定自然时效后可能会导致螺栓夹持力丢失，需改进；罩壳形状设计复杂，需借用FEA手段考察罩壳在工作状态下的真实变形，待查。3 有限元分析建立节温器总成有限元模型，采用Abaqus/Standard作为求解器，考察节温器罩壳在工作状态下的真实变形。3.1 模型介绍有限元模型如图3-1所示，包括：节温器罩壳、衬套、螺栓、橡胶密封圈以及缸盖上的安装法兰部分。密封圈位于缸盖和节温器罩壳之间，衬套嵌入在节温器罩壳螺栓孔内。由于要考察螺栓上紧过程中密封圈的接触和变形情况，因此初始模型中，缸盖和节温器罩壳法兰面之间留有一定间隙，该间隙等于密封圈安装初始高度。为了得到准确的密封圈变形，密封圈应采用比较细密的网格，这样既能保证密封圈不致过刚，又可以避免计算过程中密封圈网格变形过大导致发散。
图3-1 节温器总成有限元模型3.1.1 材料如表3-1所示。表3-1 零件材料零件名称材料节温器罩壳PA66+glass fiber（线弹性模型）密封圈EPDM （超弹模型）螺栓Steel（线弹性模型）衬套Cu（线弹性模型）3.1.2 约束在剖切面上选取适当的节点约束1、2、3自由度以消除模型的刚体位移，为避免受约束节点处应力集中，可以适当增加约束点的数量。3.1.3 接触关系在各接触面之间定义相应接触关系，其中，为了考察橡胶密封圈的变形过程，需为缸盖-节温器罩壳、密封圈-缸盖、密封圈-节温器罩壳之间定义有限滑移接触，其余处定义小滑移接触，并设置恰当的接触参数和属性。特别要说明的是，建议为密封圈-缸盖、密封圈-节温器罩壳之间的接触对使用Adjust参数，虽然该参数对于
有限滑移类型的接触不是必选参数，但是合适的Adjust参数将非常有助于计算收敛性。
3.1.4 载荷及载荷步如表3-2示。
表3-2 载荷及载荷步载荷步说明Step-1在该载荷步内施加一个较小的螺栓预紧力，帮助各触面建立接触Step-2为螺栓施加真实的预紧力，考察真实的受力、变形和接触
由于密封圈使用超弹材料模型，因此各个载荷步必须开启几何非线性选项。3.1.5 输出为了便于调试模型，在试算时，可以利用Frequency参数定义输出全部中间增量步的计算结果，待模型调试成功后，输出定义改为仅输出最终的应力、应变、应变能以及接触相关计算结果以减小结果文件。
3.2 计算结果3.2.1 密封圈变形及接触应力图3-2 密封圈变形
图3-3 密封圈接触应力分布3.2.2 节温器罩壳法兰接触应力图3-4 罩壳法兰接触应力3.2.3 节温器罩壳法兰面变形
图3-5 罩壳法兰面变形3.2.4 结果分析1）密封圈由于受曲率影响，密封圈两侧刚度不一致。如图3-2所示，受压变形后，密封圈仅一侧弯曲，另一侧保持平
直。观察密封圈整周的变形，可以发现，密封圈仅一侧壁面弯曲、另一侧壁面保持平直，其弯曲的方向和半径方向同向。在图3-3中的A区域，密封圈直线形密封段，其刚度两侧是对称的，在受压后，有可能向任意一侧弯曲。
但由于该段两端连接处的圆弧均为内凹形密封段，因此该直线密封段密封圈变形沿袭了两端的变形方式，即外壁弯曲而内壁保持平直。观察密封圈侧壁接触应力云图3-3，在密封圈整周范围内，仅A区密封圈的内、外壁均未与密封圈安装槽发
生接触，即，该段密封圈退让后，未获得有效支撑，该段内密封刚度不足，即意味着该段密封能力不足。密封圈顶面接触应力云图3-3显示，A区域内密封顶面上接触压力出现明显的不连续，B、C两点处的接触压力较相邻区
域有明显下降。对比试验结果，A区域存在严重的泄露，B区域处渗漏偶尔发生，C区域未见泄露。2）节温器罩壳如图3-4所示，在节温器罩壳与缸盖的安装法兰面上，实际仅螺栓头附近区域发生了有效接触。这表明，节
温器罩壳整体偏软，安装法兰面整体发生了变形。结合图3-5，发现在1-5五个安装点之间，共出现4处相对变形
较大的区域，见图内圆圈内标注处。顺次做出螺栓1-5之间的连线，如图3-5中的虚线所示，可见变形区域均位
于有效夹持螺栓的连线中点附近，并且全部没有落在紧固螺栓的连线上。由于法兰面的弧形设计导致螺栓之间材料缺失，无法将紧固螺栓的夹持力有效传递到变形处，加之密封圈反力作用，导致法兰面在夹持力最弱的地方发生了曲翘。由于各处变形点上方结构不同，各处变形量有所差别，如图3-6所示，2-3之间的刚度最弱，因此变形也最大。
图3-6 法兰上部结构2-3、1-5及1-2之间尽管放生了变形，但是由试验可知，这三处变形并未引起泄露，因此变形程度是可接受的，而4-5之间的变形位置则在试验中出现过泄露。使用塞物法测量实际装配后的罩壳法兰变形，测量数据与计
算结果对比见表3-3。
表3-3 法兰测数据与计算结果对比位置计算结果/mm实测结果/mm1-20.310.322-30.380.524-50.470.641-50.450.55
两者之间存在一定差异，但是趋势完全一致，如果排除制造误差和测量误差的影响，可以认为计算结果与实测结果吻合度较高。对于该工程问题，由于缺乏标准，很难确定许用变形极限值，只能采用比较法对设计加以改进，因此变形趋势的预测更具有实际意义。
4 优化设计4.1 节温器罩壳形状设计由3.2.3计算结果可知，节温器罩壳在承受螺栓夹持力之后，会产生一定的曲翘变形。当变形过大致使密封法兰面上某些区域夹持力下降时，即可能引起泄露故障。为了避免这种情况发生，有必要优化节温器罩壳设计。尝试采取如下措施：法兰面厚度提高2mm，以提高罩壳法兰面抗变形能力；在图3-5圆圈标注区域的法兰上部增加加强筋，减小局部变形；改变法兰面形状，如图4-1所示，将“花生形设计”改为五边形设计，使螺栓夹持力得到有效传递；改变罩壳材料，选用刚度较大材料，减少整体变形。
图4-1 优化后罩壳法兰形状及加强筋4.2 密封圈适当增加密封圈宽度，或将密封圈截面形状改为“平顶橄榄形”，如图4-2所示，以减小密封圈退让空间，提高密封圈残余高度保持能力，从而提高密封性能。该措施对于图3-3中的A区域有显著意义。
图4-2 建议的密封圈截面形状4.3 衬套严格控制衬套制造公差，保证衬套长度在合理的范围内，从而保证螺栓夹持力不丢失。4.4 复算设计修改后，建立新的有限元模型，按照章节3相同的设置和方法进行对比复算，计算结果表明，优化设计后的节温器罩壳法兰面变形有明显改善，密封圈顶面接触应力分布趋于均匀，且密封圈侧壁获得更多有效支撑，以上改进均意味着密封能力提升。限于文章篇幅，复算结果不在文中使用图片详细描述。
5 试验对比将新旧两种设计分别安装在相同的工装上，静置于80degC热水中施加静压，结果如表5-1所示。表5-1 优化前后实验结果设计方案压力/bar保压时间/hour优化前50优化后1024
试验表明改进效果显著，优化后设计满足工程要求。6 结论Abaqus/Standard对含有多处不同类型接触（有限滑移/小滑移）的高度非线性问题具有良好的解算能力，计算结果和试验结果吻合良好；