圆凹坑织构对机械密封性能影响的研究

摘要

机械密封是解决旋转轴动密封泄漏问题的重要零部件。其使用寿命和可靠性直接影响到整个设备的安全性和稳定性。目前，机械密封的主要发展方向之一就是在泄漏量允许的范围内，提高使用寿命，减少密封端面之间的摩擦磨损。大量研究表明：在密封端面上加工出适当的表面织构对机械密封的摩擦学性能有积极的影响。但是，这些研究主要集中于表面织构的摩擦学性能上，而关于表面织构引起泄漏量变化的研究则相对较少，且相关研究也主要是利用有限元方法进行数值计算和分析。因此，在机械密封端面上设计并加工出合理的表面织构进行试验，研究表面织构的摩擦学性能和密封性能是很有实际意义的。 在本文中，主要研究了圆凹坑部分织构的加工位置、深度和直径对机械密封的摩擦学性能和密封性能的影响。此外，还将内外圈不同深度的部分织构进行组合,形成了一种复合织构，并对其进行了初步的试验研究。全文主要内容如下： （1）在本课题中，探索了试样密封端面的研磨抛光工艺，使其表面质量达到技术要求。利用光刻和微细电解技术，在动环试样密封端面上加工出圆凹坑表面织构进行试验。 （2）通过控制变量的方法，对圆凹坑部分织构的性能进行了探索。分析试验结果后发现：加工在内圈上的圆凹坑部分织构能产生更好的减摩效果，而加工在外圈上的圆凹坑部分织构则具有更好的密封性能。对内圈部分织构而言，圆凹坑深度越小，其减摩效果越好，密封性能越差，而对于外圈部分织构则恰恰相反。圆凹坑直径对内圈部分织构的性能有一定的影响，并存在一个最优值使得其减摩效果最佳，但对于外圈部分织构则影响较小。 （3）将复合织构与相应的全织构和部分织构进行了对比试验。初步的研究结果表明：只有合理安排内外圈织构深度的组合，才能够获得较好的性能。内外圈织构深度的组合形式相反，会导致截然相反的减摩效果。该复合织构在转速较低的情况下，能够在规定的泄漏率范围内，表现出很好的减摩效果。

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