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基于ABAQUS的发动机气缸盖罩密封分析

林晓文

曼胡默尔滤清器（上海）有限公司

摘要:本文基于ABAQUS的静态分析功能，对某型发动机气缸盖罩进行密封性能分析验证。

计算了盖罩密封圈上压缩率、接触应力的分布，校验了气缸盖罩的密封性能。本文综合考

虑了螺栓组橡胶隔振垫的变形，以及塑料缸盖罩的弹性变形。

关键词:气缸盖罩密封垫圈隔振垫ABAQUS

1.引言

气缸盖罩是盖在发动机缸体上的罩壳，主要功能是遮盖并密封气缸盖，将机油密封在

内部，同时将飞尘和湿气等影响发动机正常工作的污染物隔绝于外部。当气缸盖罩密封失效时，凸轮轴轴承处的润滑油在气缸盖和气缸盖罩间的渗漏，以及曲轴箱串气的泄漏，会

对大气及发动机舱造成污染；同时，气缸盖罩外部的飞尘等容易进入发动机，增大发动机的磨损，影响寿命。

本文将借助有限元分析软件ABAQUS，对某型发动机塑料气缸盖罩及其密封垫圈进行密封性能验证仿真，为设计提供指导。

2.气缸盖罩密封垫圈及螺栓组

本气缸盖罩使用T型密封垫圈，结构形式如图1、图2所示。

图1.T型橡胶密封圈

2012SIMULIA中国区用户大会1

气缸盖罩

T型密封圈

气缸盖

图2.T型橡胶密封圈剖视图

螺栓组主要包括螺栓、螺栓定位套和橡胶隔振垫等，如图3所示。安装过程中，橡胶隔

振垫和T型密封圈同时被压缩，可通过仿真计算得到两个橡胶原件各自的压缩量。

气缸盖罩

螺栓

螺栓定位套

橡胶隔振垫

T型密封圈

气缸盖

图3.螺栓组剖视图

3.仿真模型

3.1仿真思路

为了更为精确地通过评估密封性能，必须综合考虑密封圈、隔振垫以及气缸盖罩的变

形。而密封性能评价的主要指标是密封圈上的接触压力，本文将先通过平面应变仿真模型得到T型密封圈压缩量和接触压力的关系，以及压缩量与反作用力的关系；通过轴对称仿

真模型得到隔振垫压缩量与反作用力的关系。接着在密封性能仿真模型中，用GASKET单

22012SIMULIA中国区用户大会

元代替外形复杂的密封圈和隔振垫，并把之前得到的T型密封圈、隔振垫压缩量与反作用

力的关系作为GASKET单元力学性能输入模型，并把气缸盖罩设置成弹性体，便可得到装

配完成后T型密封圈压缩量的分布，进而通过T型密封圈压缩量和接触压力的关系对密封

性能进行评估。

3.2T型密封圈力学性能仿真

T型密封圈采用平面应变模型，如图4、图5所示，橡胶材料采用Mooney-Rivlin模型，密封槽和气缸盖定义为刚体。其中，气缸盖为固定约束边界，密封槽为给定下压量位移边界条件。

密封槽

T型密封圈

气缸盖

图4.T型密封圈平面应变仿真模型

图5.T型密封圈平面应变仿真结果

2012SIMULIA中国区用户大会3

通过仿真结果，可以得到单位长度上T型密封圈压缩量和密封槽上反作用力的关系，

以及T型密封圈压缩量和密封圈接触压力的关系，如图6所示。

5.02.5

4.0

反作用力

接触压力

2.0

3.01.5

2.01.0

1.00.5

0.0

0.0

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

下压量[mm]

图6.T型密封圈力学性能

3.3隔振垫力学性能仿真

隔振垫采用轴对称模型，如图7、图8所示，橡胶材料采用Mooney-Rivlin模型，螺栓

定位套和气缸盖罩螺栓孔定义为刚体。其中，螺栓定位套为固定约束边界，气缸盖罩螺栓

孔为给定下压量位移边界条件。

螺栓定位套

隔振垫

气缸盖罩

螺栓孔

图7.隔振垫轴对称仿真模型

42012SIMULIA中国区用户大会

图8.隔振垫轴对称仿真结果

通过仿真结果，可以得到隔振垫压缩量和螺栓定位套上反作用力的关系如图9所示。

700

600

500

400

300

200

100

0

00.20.40.60.811.21.41.61.82

下压量[mm]

图9.隔振垫力学性能

3.4密封性能仿真

如图10所示，在密封性能仿真模型中，气缸盖罩定义为弹性体；气缸盖和螺栓定位套

都简化为平面，并定义为刚体；隔振垫和密封圈借助GASKET单元来表示。

其中，气缸盖为固定约束边界条件；螺栓套筒为给定下压量边界条件，以模拟实际装

配过程中对隔振垫和密封圈的压缩过程。

2012SIMULIA中国区用户大会5

螺栓定位套

隔振垫

气缸盖罩

密封圈

气缸盖

图10.密封性能仿真模型

4.仿真结果及分析

Bolt10Bolt15

Bolt1

Star

Bolt5

1.80

1.75

1.70

1.65

1.60

1.55

1.