高压气体密封橡胶O形圈往复摩擦特性实验

采用往复摩擦实验研究高压气体密封条件下橡胶O形圈的摩擦性能,分析密封压力大于3 MPa条件下密封压力、压缩率和橡胶材料对O形圈往复运动摩擦性能的影响规律。结果表明：高压条件下O形圈所呈现的摩擦力-位移时变曲线特征与低压条件相同,且黏滞特性明显。高压条件下随着密封压力的增加,丁腈橡胶O形圈最大摩擦力和滑动摩擦力呈线性增长,与低压下最大摩擦力存在极大值和滑动摩擦力趋于稳定不同;高压条件下丁腈橡胶O形圈的最大摩擦力与压缩率呈非线性关系,最大摩擦力存在极大值,与低压下最大摩擦力随压缩率的增大而增大不同;与丁腈橡胶材料不同,三元乙丙橡胶、硅橡胶和氟橡胶的摩擦力随密封压力的增加而逐步增加并趋于平稳,且摩擦力小于丁腈橡胶。     

高压气体密封橡胶O形圈往复摩擦特性实验研究

采用往复摩擦实验研究高压气体密封条件下橡胶O形圈的摩擦性能,分析密封压力大于3 MPa条件下密封压力、压缩率和橡胶材料对O形圈往复运动摩擦性能的影响规律。结果表明:高压条件下O形圈所呈现的摩擦力-位移时变曲线特征与低压条件相同,且黏滞特性明显。高压条件下随着密封压力的增加,丁腈橡胶O形圈最大摩擦力和滑动摩擦力呈线性增长,与低压下最大摩擦力存在极大值和滑动摩擦力趋于稳定不同;高压条件下丁腈橡胶O形圈的最大摩擦力与压缩率呈非线性关系,最大摩擦力存在极大值,与低压下最大摩擦力随压缩率的增大而增大不同;与丁腈橡胶材料不同,三元乙丙橡胶、硅橡胶和氟橡胶的摩擦力随密封压力的增加而逐步增加并趋于平稳,且摩擦力小于丁腈橡胶。     

O形圈动密封特性的有限元分析

利用软件ABAQUS建立了O形圈的轴对称有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对其不同工况下的力学性能进行了研究。结果表明:往复动密封中,O形圈主密封面最大接触应力与Von Mises应力的作用位置随运动方向的变化而改变,且大小随时间呈波动变化;速度小于0.25 m/s时,速度对摩擦力与剪切应力几乎无影响;随着摩擦系数、介质压力的增大,摩擦力与剪切应力对速度的敏感性变高;介质压力与摩擦系数对摩擦力与剪切应力影响较大,剪切应力与摩擦力呈同步变化;密封外行程Von Mises应力与剪切应力均大于内行程,更易引起疲劳与剪切破坏;预压缩率增加到一定值时,O形圈在动密封中所受的摩擦力急剧上升,动密封中预压缩率不宜过大。     

汽车减振器油封摩擦力变化规律研究*

采用数值模拟与实验验证相结合的方法开展对汽车减振器油封摩擦特性的研究,得到不同工况下的摩擦力变化规律;在往复油封摩擦力实验台上研究了摩擦力随润滑油温度、润滑油压力和活塞杆速度的变化规律。结果表明:随活塞杆速度的增加油封摩擦力呈先增加再减小后趋于稳定的变化规律;随润滑油温度的升高油封摩擦力逐渐减小;随润滑油压力的增加油封摩擦力逐渐增大。根据油封摩擦力变化规律,可以推断出活塞杆速度较低、润滑油温度较高、润滑油压力较低时,应使得减振器油封有较大的过盈量或抱紧力,以提高汽车减振器的性能和使用寿命。实验结果与数值仿真结果基本一致,验证了混合润滑数值模型的正确性。     

氟橡胶O形圈往复运动回弹摩擦特性实验研究

对低气体压力密封条件下氟橡胶O形圈的往复运动回弹摩擦特性展开实验研究。采用O形圈往复摩擦磨损实验台对氟橡胶O形圈与2Cr13不锈钢摩擦副摩擦力-位移曲线进行测量,分析运动位移、压缩率和密封压力对氟橡胶O形圈回弹摩擦性能的影响规律。结果表明:6%~15%压缩率条件下,在1 mm往复运动范围内,氟橡胶O形圈的回弹摩擦力随位移增加呈现线性增加;往复运动位移超过1 mm后,氟橡胶O形圈的回弹摩擦力稳定,不再随位移增加而发生明显变化;O形圈回弹摩擦力随压缩率增大而增大,密封压力越高回弹摩擦力越大。     

飞机起落架减震支柱用T形密封圈性能分析

起落架减震支柱是飞机的重要部件,其密封失效会导致飞机强烈的颠簸跳动,进而影响任务的执行和飞行安全。选取某型飞机起落架减震支柱用T形密封圈,通过ABAQUS有限元软件对T形圈进行仿真,获得不同工况下T形圈的应力应变云图,分析T形圈静态接触压力随工作压力和摩擦因数的变化规律;建立往复密封T形圈的混合润滑模型,以摩擦力和泄漏量作为评价指标,获得往复运动速度对T形圈密封性能的影响。结果表明：工作压力每增加5 MPa,最大von Mises应力增加1.2倍左右,上部支撑环与T形圈右侧的接触区域为易发生失效部位;最大应变量受摩擦因数影响较小,主要出现在下部支撑环与T形圈接触的圆角位置;随着缓冲支柱运动速度的提高,净泄漏量增加,摩擦力减小。     

低温往复O形圈失效机制研究

针对油气弹簧O形圈低温往复条件下普遍出现的失效现象,采用有限元方法建立O形圈摩擦力计算模型,研究常温与低温工况下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力随油液压力的变化规律。结果表明,随油液压力的增加,常温下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力均增大,而低温下Von Mises应力、接触宽度减小,接触应力和摩擦力增大;低温工况下O形圈的Von Mises应力、接触应力和摩擦力远大于常温工况;当油液压力大于12 MPa时,摩擦力随油液压力的变化率增加;低温工况下橡胶材料的玻璃化导致的O形圈拉力与摩擦力增大是其密封性能下降进而失效的主要因素,实际使用中必须予以考虑。     

轴用Yx形密封圈动密封特性的有限元分析

以轴用动密封Yx形密封圈为研究对象,运用有限元法建立二维轴对称模型,分析其在往复单向动密封中的密封性能,并对其不同工况下的力学性能进行研究。结果发现:动密封中Yx形密封圈主接触面最大接触应力、内部Von Mises应力的大小随时间而波动变化,且其作用位置随往复运动方向的改变而变化;主接触面平均摩擦力与介质压力、摩擦因数和密封间隙成线性关系,且几乎不因速度而变化,但最大摩擦力在各影响因素下却表现出了非线性特征;0.05~0.35 m/s范围内,速度对剪切应力影响较小;介质压力、摩擦因数、密封间隙对内行程的剪切应力影响较大;外行程在密封圈的失效过程中起主要作用;密封圈与轴接触的表面、内唇唇口、沟槽以及根部为易破坏的部位。仿真结果与实际失效特征吻合。     

超低温弹簧蓄能密封圈动密封性能有限元分析与优化设计*

为进一步探究超低温工况下弹簧蓄能密封圈系统的动密封性能,建立弹簧蓄能密封圈系统的等效二维轴对称有限元模型;对密封圈轴向装配以及径向装配2种典型数值装配过程进行模拟、分析与比较,利用稳定装配后的构型计算在常温与超低温下密封圈在不同介质压力下的密封特性,并分析密封圈在不同工况下的动密封特性。基于数值模拟试验结果,对弹簧蓄能密封圈内唇表面结构、底座宽度以及弹簧刚度进行优化,并对3种优化策略进行评估验证。结果表明：在室温与超低温下,轴滑动的摩擦力都随介质压力的增大而增加;在超低温环境下夹套材料由于收缩而增大了对轴的压力,轴滑动时的摩擦力比常温下更大;随着介质压力增大,低温与室温下摩擦力差异减小。提出的3种优化方案都可在对密封性影响较小的前提下减小轴在工作过程中摩擦力,其中蓄能弹簧刚度的优化对于改善密封圈性能最为有效。     

基于混合润滑模型的往复密封动特性研究

为研究往复运动密封性能,采用MatLab数值方法建立一种混合润滑模型,该模型包含弹性力学、流体力学和接触力学分析。基于混合润滑模型,研究粗糙度和往复速度对动态往复密封摩擦力、泄漏量和油膜厚度等密封性能的影响规律,揭示液压往复密封机制。结果表明:往复运动密封圈处于混合润滑状态,接触区不仅有流体压力,还包含粗糙度接触压力;存在临界粗糙度σ_c和临界速度u_c,当粗糙度σσ_c时,随粗糙度的增大内行程的泄漏表现为越来越小的内泄漏,当σ≥σ_c时,随粗糙度的增大内行程的泄漏表现为越来越大的外泄漏;当速度uu_c时,净泄漏量随速度的增大表现为越来越小的外泄漏,当u≥u_c时,净泄漏量随速度的增大表现为越来越大的内泄漏;随着粗糙度的增加,膜厚与内行程的摩擦力增大,而外行程的摩擦力无明显变化;随着速度的增加,油膜厚度增加,内行程摩擦力减小,而外行程摩擦力变化很小。     

多因素影响的格莱圈材料摩擦磨损试验研究*

格莱圈由聚四氟乙烯(PTFE)矩形滑环和丁腈橡胶(NBR)O形圈组成。为了研究不同因素对于格莱圈密封材料摩擦磨损性能的影响,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机,通过改变往复频率、粗糙度、润滑状态研究格莱圈材料与45钢配副时的摩擦磨损性能,利用SEM对试块试验前后表面形貌进行观测,并对摩擦磨损机制进行分析。试验结果表明:在干摩擦和滴油润滑条件下PTFE材料相比NBR材料具有更为优异的摩擦磨损性能;NBR材料表面粗糙度过高或过低都会导致摩擦因数升高,表面粗糙度对具有自润滑性能的PTFE材料的摩擦因数影响不大;高往复频率会使NBR材料摩擦因数降低,过高或过低的往复频率都会使PTFE材料摩擦因数降低;NBR材料的磨损形式以磨粒磨损和黏着磨损为主,PTFE材料以黏着磨损和疲劳磨损为主。     

低温橡胶密封件摩擦磨损性能试验

橡胶密封件作为阀门产品的重要零部件,橡胶密封件的摩擦磨损性能直接影响其密封性和阀门产品寿命可靠性。针对低温橡胶硫化密封件进行密封力仿真确定,开展相关摩擦磨损试验。在干摩擦与脂润滑条件下,利用摩擦磨损试验机,测试不同摩擦配副之间的摩擦磨损性能,获得接触面表面形貌以及不同橡胶密封副之间的摩擦磨损量。结果表明:性能表现最佳的橡胶材料为氢化丁腈橡胶HNBR5080和耐磨丁腈橡胶A-4-1-J18。实验数据可为后续的阀门产品设计提供技术支撑。     

试验参数对人工滑液边界润滑条件下超高分子量聚乙烯/Ti6Al4V往复摩擦磨损行为的影响

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在法向载荷50 N、往复频率1 Hz、摩擦副接触形式为圆环外圆周/平面、初始线接触长度为6 mm、相对湿度为80%的试验条件下,研究了钛合金表面粗糙度、试验环境温度、试验延续时间、滑液成分等试验参数对UHMWPE/Ti6A14V摩擦副的往复摩擦磨损行为的影响.结果表明,这些试验参数均显著影响UHMWPE/Ti6A14V摩擦副的往复摩擦磨损行为;在环境温度20℃、25%小牛血清去离子水溶液边界润滑、180 min往复摩擦磨损试验条件下,当钛合金表面粗糙度由Ra0.04 μm增加至Ra0.06μm时,摩擦副的平均摩擦因数由0.033增加至0.096,UHMWPE试样磨损量由0.131 mm3,增加至0.149 mm3;在钛合金表面粗糙度为Ra0.06μm、25%小牛血清去离子水溶液边界润滑、180 min往复摩擦磨损试验条件下,当试验环境温度由10℃上升至37℃时,摩擦副的平均摩擦因数由0.135减少至0.077,UHMWPE试样磨损量由0.188 mm3减少至0.134 mm3.     

不同维度碳纳米材料对水润滑橡胶轴承摩擦磨损性能的影响

以碳纳米管(MWNT)、多层石墨烯(MLG)和纳米石墨(NG)为填料,采用溶液共混法制备3种不同维度碳纳米材料改性的丁腈橡胶基复合材料试样。在水润滑及重载工况下对3种材料进行摩擦磨损试验,结合摩擦因数、表面形貌和磨损量等参数的测试对材料的摩擦学性能进行比较,通过SEM电镜表征,揭示不同维度碳纳米填料的作用机制。结果表明:碳纳米材料的加入能够明显降低丁腈橡胶材料低速下的摩擦因数,提高其抗磨性能,其中三维结构纳米石墨的改性效果最优。3种碳纳米填料的作用机制分别为:一维碳纳米管因长径比大,易与橡胶分子形成物理交联点,并且起到微轴承作用;二维石墨烯易于脱落转移形成良好的固体润滑膜来改善摩擦磨损性能;三维纳米石墨由于颗粒的粗糙表面与橡胶基体相互嵌入,能增加黏附力,且能减少界面脱黏现象。     

橡胶材料-增韧氧化锆陶瓷摩擦副磨粒磨损试验研究

采用销—盘摩擦磨损试验机对聚氨酯橡胶(UR)、丁腈橡胶(NBR)与增韧氧化锆陶瓷(TZC)摩擦副磨粒磨损进行了试验研究。研究结果表明，在同一工况下两种橡胶材料的磨损量都与时间及液相中SiO2含量成正比，且UR较NBR具有更高的抗磨性。本试验结果对石油钻井机械中摩擦副的选材有参考价值。     

大尺寸O形丁腈橡胶圈动密封性能测试分析

为研究大尺寸O形橡胶密封圈端面动密封性能,研制适应于大尺寸O形橡胶圈的动密封性能测试平台,测试水介质条件下绝对压力在15～600 kPa范围内O形橡胶密封圈端面动密封性能。基于正交试验设计,研究不同介质压力、压缩量(0.75～1.25 mm)和转速(5～50 r/min)下内径600 mm(截面直径10 mm)的丁腈橡胶密封圈的动密封性能。结果表明：随水介质压力增加泄漏量呈近似线性增大,随压缩量增加泄漏量小幅下降,随转速增加泄漏量基本恒定;随水介质压力增加端面摩擦转矩线性增大,随转速和压缩量增加端面摩擦转矩变化不大。介质压力、压缩量、转速3因素中,介质压力对泄漏量的影响最大,然后依次为压缩量和转速,介质压力对端面摩擦转矩的影响最大,然后依次为转速和压缩量。     

智能往复密封件摩擦力检测装置的研制

Aiming at the problem of automatic detection of the friction of hydraulic reciprocating seals under the condition of high pressure and multi-cycle times,based on the detection principle of the starting friction and the dynamic friction of the reciprocating seals,a detecting system was designed,and the hardware configuration,PLC software design and man-machine interface design of the control system of the detecting device were done,the friction detecting device of reciprocating seals was eventually obtained based on PLC and kingview. The friction test of O-ring seals under the pressure of 25 MPa and recurring 1 000 times was done by the detecting device. The results indicate that the detecting device can detect the dynamic and starting friction of reciprocating seals under the complex condition of high pressure and achieve the test operation process and detection process in the man-machine interface,realize the detection accuracy of 0.65 N,the detection process is stable and reliable a high degree of automation and human-computer interaction. [ABSTRACT FROM AUTHOR]     

溶胀对水润滑下丁腈橡胶二体滑动磨损行为的影响*

丁腈橡胶(NBR)在水介质中工作时会发生溶胀和磨损,为研究溶胀老化对丁腈橡胶滑动磨损行为的影响,对低、中、高3种不同丙烯腈含量丁腈橡胶试样进行不同浸泡时间的静态溶胀处理,采用MPV-600型磨损试验机分别对溶胀老化前后的丁腈橡胶样品进行水润滑单向滑动磨损测试,并通过扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面形貌及磨损机制进行分析。结果表明:与未溶胀丁腈橡胶的滑动磨损相比,在溶胀的影响下丁腈橡胶的摩擦因数减小,磨损量增大;橡胶试样72 h内溶胀影响明显,72 h后趋于稳定;3种丁腈橡胶试样受溶胀的影响程度随着丙烯腈含量的增加而减小;溶胀后丁腈橡胶分子链弹性的降低和孔洞缺陷的出现导致磨损行为更易发生。     

往复式骨架油封温度场的动态分析

针对往复式骨架油封因温度过高,造成唇口损伤的问题,采用ABAQUS软件模拟往复式骨架油封唇口温度分布,并研究过盈量、流体压力、往复速度和摩擦因数对往复式骨架油封唇口处的温度影响,依据所选橡胶材料的适用温度范围并对照分析结果,得出过盈量、流体压力、往复速度和摩擦因数的合理取值区间。结果表明:过盈量、流体压力、往复速度和摩擦因数的增加,会使往复式骨架油封唇口处的温度升高,进而影响往复式骨架油封的密封性能;往复速度与运行时间共同作用,使唇口处的温度在某一速度附近出现骤升现象;与内行程相比,过盈量、流体压力、往复速度和摩擦因数对外行程中唇口处的温度影响更大,使唇口处的温度具有更大增幅以及更高的温度值,这表明因温度过高造成唇口损伤的现象更易发生在外行程。     

溶胀对干摩擦下丁腈橡胶滑动磨损行为的影响

对制备的不同丙烯腈含量的丁腈橡胶试样进行静态浸泡试验,并对溶胀前后的丁腈橡胶试样进行干摩擦条件下的单向滑动磨损试验,分析试样磨损后的表面形貌,揭示溶胀对干摩擦磨损的影响机制。结果表明:溶胀后丁腈橡胶的磨损量增加,受溶胀的影响程度随溶胀时间的增加而增加,随丙烯腈含量的增加而降低;溶胀试验后丁腈橡胶样品在摩擦热的作用下软化现象加剧;随着溶胀时间的增加,磨损形式由剪切撕裂向黏着磨损转变,易切削效应时间和黏着程度随丙烯腈含量的增加而降低;溶胀后丁腈橡胶试样磨损表面可见大量孔洞,而对磨副摩擦轮表面可见转移的橡胶组织,且与溶胀后橡胶样品对磨时摩擦轮表面橡胶组织黏着面积增加。