考虑磨损的接触式端面密封模型及试验

针对油润滑窄端面接触式端面密封,建立了考虑端面稳定磨损的密封性能分析模型. 基于流体承载和固体接触承载共同平衡闭合力的传统思路,引入Archard磨损模型,创新性地提出沿窄端面径向方向磨损均匀假设,从而使用半解析方法得到近似固体接触力、流体承载力及介质膜厚分布. 在此基础上耦合密封环组件力和热变形,最终得到密封泄漏量、端面温度等性能参数. 相应台架试验结果也较好地验证了模型的正确性. 所建模型对于窄端面接触式端面密封的性能分析和密封优化设计具有指导意义.      

氮化铁磁性流体密封研究

利用磁性流体被磁场吸附的原理，探讨了氮化铁磁性流体密封装置的设计原理和动作过程，分析并通过试验验证了磁性流体密封承压能力，进而成功地研制了氮化铁磁性流体密封安全阀，基于磁性流体密封安全阀开启压力稳定性、可控性和密封性能测试结果，所研制的样机已正常运行10000h。     

油酸修饰TiO2纳米微粒水溶液润滑下GCr15钢摩擦磨损性能研究

用四球摩擦磨损试验机考察了脂肪酸修饰TiO2纳米微粒水溶液润滑下GCr15钢的摩擦磨损性能,并用电子探针和X射线光电子能谱研究了钢球磨损表面边界润滑膜的化学组成和元素分布.摩擦磨损试验结果表明:脂肪酸修饰TiO2纳米微粒在水中具有较好的润滑性能、良好的极压性能及较高的承载能力.添加质量分数为0.1%～1.0%的油酸TiO2纳米微粒可使水的承载能力提高6～12倍,烧结负荷提高51～100%,抗磨减摩性能也有较大提高,卡咬负荷由150N提高至1000～1800N.磨损表面分析表明:油酸TiO2纳米微粒在较高负荷(>300N)下发生了摩擦化学反应,生成含TiO2及油酸复合物的边界润滑膜,从而起减摩抗磨作用     

接触式机械密封混合润滑状态摩擦演化规律研究

接触式机械密封在运转中主要处于混合润滑状态,为探究其混合润滑状态下摩擦机理,结合粗糙面弹塑性模型,求解考虑密封端面粗糙度效应的雷诺方程,探究了转速和介质压力等工况条件对密封混合润滑状态密封摩擦参数的影响,推导了密封声发射波能量公式,将密封混合润滑状态分为磨损期和稳定期,应用1.5维谱理论提取密封特征频率,探究混合润滑状态摩擦演化规律.研究结果表明摩擦参数影响密封声发射波能量幅值且密封摩擦形式随混合润滑状态发生变化：在磨损期,微凸体接触特征频率幅值较大,密封端面间摩擦以微凸体接触为主;在稳定期,流体膜黏性剪切摩擦特征频率幅值变大,黏性剪切效应增强,密封端面只存在局部微凸体接触.所得结论对接触式机械密封混合润滑状态摩擦机理的研究具有一定的理论指导意义.     

织构化柱塞对压裂泵密封副的摩擦学性能影响

采用精密机械雕刻技术在压裂泵柱塞试样表面雕刻微凹坑阵列表面织构,利用MDW-100型微机控制立式万能摩擦磨损试验机对具有不同尺寸形状的微凹坑柱塞-丁晴橡胶密封试样进行摩擦磨损试验,研究了织构化柱塞试件与丁晴橡胶摩擦副在流体动压润滑条件下的润滑特性.结果表明:压裂泵柱塞试件表面合理织构组合可以显著地提高柱塞密封系统摩擦副的润滑和减摩性能,其中面积比为5.86%、均匀分布的圆柱形与条形混合凹坑织构是较优的,其摩擦副的摩擦系数、温升及磨损量相对于无织构试件分别降低了80%、90%及79.3%,且表面磨痕也显著低于无织构及其他织构组合的柱塞密封摩擦副.     

超声振动对纳米二氧化硅(n-SiO2)添加剂减摩抗磨性能的影响

在有和无超声振动条件下,分别考察了含不同质量百分数n-SiO2添加剂的减摩抗磨性能,初步探讨了超声振动下纳米二氧化硅(n-SiO2)添加剂的润滑机理.结果表明:超声振动通过减小纳米微粒所受的正压力、促进纳米微粒滚动及增加摩擦表面的活性3种方式改善摩擦表面的润滑状态.超声振动使n-SiO2润滑下的磨痕深度下降,表面硬度降低,磨损表面Si元素含量增加,有效地改善了摩擦表面的润滑状态.在试验范围内,超声振动对0.5%n-SiO2添加剂的减摩抗磨性能影响效果最显著,摩擦副间的摩擦系数和45#钢表面的磨损体积量分别降低了12%和34%.     

磁性流体密封及其发展现状

磁性流体密封是近几年发展起来的一项新技术，其在美国和日本等发达国家的发展很快，已经进入实用阶段，我国在这方面也有了一定的基础，并且越来越为有关的工程技术人员所关注。为了加速这项技术在国内的发展，从阐述磁性流体的产生、组成、性质和应用开始，着重围绕磁性流体密封的原理与应用和磁性流体密封的理论与计算方法，以及影响磁性流体密封性能的因素等几个方面，对磁性流体密封及其在国内外的发展现状作了综合介绍与评述，并且提出了几个值得重视的研究方向和课题。     

磁性流体密封压差的数值计算

分析并简化了含磁性流体的磁场模型,以密封理论为基础,采用有限元法计算出磁性流体密封的磁场和等压线分布,进而计算出密封压差,分析了密封压差与磁性流体量的关系,给出了多级密封压差的计算方法,同时分析了转速对密封能力的影响。结果发现,数值计算结果与实验结果相一致。     

SiO2/SnO2复合纳米微粒添加剂的摩擦学性能及其对磨损表面的修复作用研究

采用化学方法制备了SiO2 SnO2 复合纳米微粒，分别采用四球摩擦磨损试验机和环一块摩擦磨损试验机考察了其作为矿物油添加剂的抗磨减摩性能及对磨损表面的修复作用．用扫描电子显微镜观察、分析了磨斑表面形貌，并探讨了复合纳米微粒添加剂的润滑作用机理．结果表明，SiO2 SnO2 复合纳米微粒添加剂具有优良的减摩抗磨性能，且对磨损表面具有一定的修复作用．其原因在于，SiO2 SnO2 复合纳米微粒在摩擦表面沉积并在接触区的高温高压作用下熔融铺展，形成低剪切强度的表面膜．     

磁性流体密封磁场的解耦计算

分析了磁性流体密封中的磁场与力场的耦合问题,采用边界逼近的迭代方法准确计算了磁场分布,进而求出了密封压差,分析了解耦计算与线性计算的差别.结果表明,随着磁性流体磁化强度的提高,解耦计算与线性计算的差别增大.     

PEEK旋转密封环密封性能仿真和试验研究

为研究低刚度胀圈型旋转密封环的接触状态和密封性能,以聚醚醚酮(PEEK)材料的无槽环和V形槽环两种密封环为研究对象,基于COMSOL有限元软件建立了旋转密封流固耦合模型,对密封状态进行了模拟分析,并在试验台上测试了密封环的摩擦转矩和漏率.仿真结果表明:在载荷作用下,密封环的变形显著影响密封面接触压力和流体压力分布.试验结果表明:由于槽区流体的静压承载作用,V形槽环的摩擦转矩比无槽环小40%左右,但由于端面开槽减小了局部径向密封宽度,V形槽环漏率比无槽环大10%左右.另外,两种环的摩擦转矩随转速增加均没有下降趋势,说明在试验条件下密封面动压减摩效果不显著.研究结果有助于进一步认识胀圈型旋转密封环的密封机理,指导新型密封环的设计.     

基于表面分析技术和铁谱技术的某重载履带车辆主离合器摩擦副失效机理研究

利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪及铁谱仪分析了某重载履带车辆主离合器分离机构中的活动盘弹子槽的磨损失效机理.结果表明:磨损表面存在明显的犁沟痕迹和点蚀坑,而粘着磨损迹象不明显;铁谱分析结果表明润滑脂中的磨粒主要包括典型的粘着磨粒、接触疲劳磨粒和腐蚀磨粒;磨损表面的主要失效机制为磨料磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损的综合作用;采用联合表面分析技术和铁谱技术研究材料表面磨损失效机理具有一定的优越性.     

仿生微胶囊复合水润滑轴承材料的摩擦性能研究

水润滑尾轴承在低速重载的工况下常出现严重磨损的情况.为降低润滑不良造成的尾轴承磨损,本文中通过观察铁犁木表面结构,分析其自润滑机理,设计出仿生微胶囊复合水润滑轴承材料.复合材料以高密度聚乙烯为基底材料,含基础油的仿生微胶囊为添加剂,采用共混的方式加工成型.使用CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机研究了仿生微胶囊复合材料在不同试验工况下的摩擦性能.通过分析复合材料的磨损量和表面形貌参数,得出复合材料的磨损机理.结果表明:试验工况条件下,仿生微胶囊复合材料能够提升材料的摩擦学性能,其中当仿生微胶囊质量分数为3%时提升效果最明显.该研究为仿生水润滑材料的结构设计以及性能提升等提供试验依据.     

基于软弹流润滑模型的液压格莱圈密封性能分析

基于软弹流理论建立了液压往复格莱圈密封的数值分析模型,该耦合模型包括流体力学、接触力学、变形和热分析.数值求解获得了密封区域的膜厚、流体压力和接触压力分布,以及单个行程的流量和活塞杆表面的摩擦力,揭示了液压往复格莱圈密封的密封机理.通过参数化进一步分析了不同密封表面均方根粗糙度、密封压力和往复速度对密封性能的影响.结果表明:在本研究中,密封区域表现为混合润滑状态,且以微凸体接触摩擦为主;较小的密封表面均方根粗糙度值具有较好的密封性能,增大密封压力会导致泄漏量和摩擦力均增加,而增大往复速度有利于减小泄漏量.     

仿鸟翼微列螺旋槽干气密封性能分析与选型

为改善单向螺旋槽干气密封在高速条件下存在的泄漏率高、稳定性欠佳等问题,提出一种仿鸟翼微列螺旋槽端面干气密封结构.基于气体润滑理论,建立仿鸟翼微列螺旋槽的端面几何模型和数学模型,数值分析周向开槽宽度和径向开槽宽度对轴向气膜刚度和泄漏率等密封特性参数的影响规律,给出仿鸟翼微列螺旋槽主要结构参数的优选值范围.在不同压力、线速度和膜厚条件下对比分析仿鸟翼微列螺旋槽干气密封与普通螺旋槽干气密封的开启力、轴向气膜刚度、泄漏率和刚漏比等密封特性,给出不同工况条件下两种型槽干气密封的密封性能等值线图.结果表明:在高速低压条件下,相较于单向螺旋槽干气密封,仿鸟翼微列螺旋槽干气密封的密封性和稳定性都有显著提升,其轴向气膜刚度增幅达到30%,泄漏率降幅达到10%.仿鸟翼微列螺旋槽干气密封性能等值线图的提出可为其工程选型及优化设计提供指导和借鉴.     

乏油环境下橡胶密封材料在粗糙表面上的摩擦磨损行为研究

在UMT-3多功能摩擦磨损试验机上,以丁腈橡胶/Si C砂纸配副为研究对象,系统研究了乏油(包括润滑油和润滑脂)环境下橡胶密封材料在不同粗糙表面上的摩擦学特性,重点考察了乏油工况下橡胶/粗糙表面摩擦配副的摩擦系数时变性、减摩程度和减摩持久性,揭示了乏油工况下橡胶在粗糙表面上的损伤机制.结果表明:乏润滑剂工况下,润滑剂的减摩程度和减摩持久性强烈依赖于对偶件表面粗糙程度;随着对偶件表面粗糙度的降低,润滑剂的减摩程度呈先缓慢提高后迅速增强的变化趋势,然而减摩持久性先降低后又逐渐升高.同时,乏油工况下的减摩持久性均优于乏脂环境;在磨损机制上,随着对偶件表面粗糙度的降低,乏润滑剂环境下橡胶材料的表面均由伴随明显犁沟特征的严重磨粒磨损逐渐转变为损伤轻微的磨粒磨损.而在无润滑条件下,橡胶由典型的磨粒磨损机制损伤特征转变为花纹磨损形貌,最后又向黏着磨损机制转变.     

液膜润滑机械端面密封流体动压沟槽侧壁效应研究

针对非接触机械密封端面开槽后所出现的膜厚不连续处存在的侧壁效应,在沟槽边界处将广义伯努利方程引入传统润滑方程,建立了考虑动压沟槽侧壁效应的液膜润滑螺旋槽端面机械密封数值分析模型. 采用有限单元法结合拉格朗日乘子法求解润滑方程,研究了不同螺旋槽几何参数和工况条件下沟槽侧壁效应对密封性能的影响. 结果表明:数值模型可方便捕捉沟槽边界处的压力跃变,侧壁效应在不同螺旋槽深度下表现出截然不同的影响规律,高转速、大螺旋角和小密封间隙下动压沟槽的侧壁效应较为显著. 理论模型和计算方法可为超高速工况螺旋槽机械密封的设计和局部惯性效应的研究提供指导.      

机械密封补偿机构中辅助O形密封圈的性能分析

采用有限单元法建立了机械密封O形辅助密封圈的数值分析模型.利用非线性有限元软件MSC.MARC计算了VonMises应力和接触密封界面之间的接触应力.采用高频疲劳试验机和高压水润滑O形密封圈试验单元组成的试验装置测得了摩擦力,并结合数值计算结果求得了摩擦系数.分析了O形辅助密封圈的压缩量及滑移速度对摩擦力的影响,讨论了O形辅助密封圈对机械密封的密封能力、泄漏特性的影响.结果表明:O形密封圈用于机械密封中的补偿机构会有微量泄漏;水润滑状态下接触密封界面能形成润滑水膜,摩擦力较小,有利于密封稳定运转.