機械密封端面黏著磨損分形模型

2013-05-15 房桂芳江蘇省流體密封與測控工程技術研究開發中心

　　在機械密封端面接觸分形模型基礎上，依據Archard 磨損理論，通過引入分形磨損系數及求解塑性和彈塑性變形微凸體的體積，建立了機械密封端面黏著磨損分形模型。得到了機械密封軟質環端面磨損率與端面輪廓分形參數、真實接觸面積、材料性能參數以及工作參數之間的關系式。對B104a -70 型機械密封軟質環端面的磨損率進行了計算和分析。結果表明，端面磨損率隨著端面比壓、轉速及端面特征尺度系數的增大而增大; 隨著端面分形維數的增大先迅速減小后逐漸增大，即存在一個使磨損率最小的最優分形維數。

前言

　　對于正常使用的接觸式機械密封，端面磨損是失效的主要原因之一，端面磨損速率對機械密封的使用壽命有著重要影響。Mayer 分析了摩擦狀態、接觸壓力、滑動速度、溫度等因素對磨損性能的影響。Johnson 等在《Wear control handbook》中的“Seal Wear”一章，論述了機械密封磨損類型，磨損影響因素以及失效分析等重要問題。郝點和顧永泉利用相似原理推導出了與機械密封摩擦磨損過程有關的相似準則，提出了簡化準則關系式的方法。之后，顧永泉又介紹了如何利用無因次相似準數( 磨損系數和工況參數) 試驗統計數據來預算機械密封的磨損率，并給出了機械密封磨損率的一種簡易計算方法。

　　目前，機械密封端面磨損的研究還主要依靠試驗手段觀測端面磨損規律，根據經驗公式估算磨損率。但材料磨損性能試驗是一項耗費大量經費和時間，工作量巨大的基礎研究工作。研究機械密封端面磨損特性及磨損規律，建立合理的端面磨損理論模型，對于機械密封結構合理設計、工況條件優化、材料評價選擇、提高工作性能、延長使用壽命以及指導磨損試驗等都具有重要意義。研究表明，機械密封端面磨損前后輪廓曲線均具有各向同性的分形特性。本文基于Archard磨損理論，并用具有尺度獨立性的分形參數表征磨損表面的形貌及其變化，建立機械密封端面黏著磨損分形模型。依據所建立的模型，分析機械密封端面磨損率的影響因素。