【摘要】：傾斜微孔具有良好的動(dòng)壓效應(yīng),有利于實(shí)現(xiàn)氣體潤(rùn)滑條件下密封端面的非接觸長(zhǎng)壽命運(yùn)行。但是,在啟停、低速、強(qiáng)振動(dòng)等條件下,密封端面容易產(chǎn)生接觸摩擦磨損。為進(jìn)一步掌握微孔端面的磨損特性規(guī)律,論文開展了氣體潤(rùn)滑傾斜橢圓微孔密封端面磨損特性研究。首先,基于氣體潤(rùn)滑理論,建立了外流式傾斜橢圓微孔端面密封數(shù)學(xué)分析模型,數(shù)值計(jì)算分析了操作參數(shù)和端面幾何參數(shù)對(duì)密封性能的影響規(guī)律,確定了實(shí)驗(yàn)用密封端面織構(gòu)幾何參數(shù),并進(jìn)一步分析了潤(rùn)滑狀態(tài)的轉(zhuǎn)變規(guī)律。結(jié)果表明,隨著操作參數(shù)和幾何參數(shù)的變化,外流式密封端面傾斜橢圓微孔呈現(xiàn)出與內(nèi)流式密封端面相同的變化規(guī)律;密封端面所處的潤(rùn)滑狀態(tài)受閉合力和轉(zhuǎn)速的影響顯著,在實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)增加轉(zhuǎn)速和降低彈簧力等方式實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑狀態(tài)從混合潤(rùn)滑到全膜潤(rùn)滑的轉(zhuǎn)變,為后續(xù)磨損實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。其次,開展了氣體潤(rùn)滑傾斜橢圓微孔端面密封磨損實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)研究了不同轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度對(duì)密封端面磨損性能的影響。結(jié)果表明,隨著操作工況條件的變化,密封端面呈現(xiàn)出相反的磨損性能;在低速工況下,微孔端面表現(xiàn)出增磨升溫效果;反之,在高速工況下,織構(gòu)端面表現(xiàn)出減磨降溫效果,最大減磨率可達(dá)約50.8%,溫度可減小約11.5oC;隨著密封環(huán)境溫度的升高,密封端面的磨損率急速上升。最后,以表面粗糙度為主要表征參數(shù),研究了密封端面幾何形貌的演化規(guī)律。結(jié)果表明,光滑靜環(huán)(石墨環(huán))端面磨損后,表面粗糙度增加,其徑向和切向的表面粗糙度Ra值的變化趨勢(shì)為先增大后減小;動(dòng)環(huán)(不銹鋼環(huán))徑向表面粗糙度Ra值呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì),切向表面粗糙度Ra值先增大后減小;環(huán)境溫度升到60oC之后,石墨環(huán)磨損后的表面粗糙度明顯減小。本文以傾斜橢圓微孔端面密封為研究對(duì)象,通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)分析獲得了氣體潤(rùn)滑條件下表面微孔結(jié)構(gòu)對(duì)密封端面磨損特性的作用規(guī)律,對(duì)氣體端面密封的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

圖 1-1 傾斜橢圓微孔型槽結(jié)構(gòu)原理[7]圖1-1所示為傾斜橢圓微孔端面密封流體作用機(jī)理示意圖[7]。在密封工作時(shí)，傾斜橢圓微孔對(duì)氣體具有導(dǎo)向作用，使得氣體沿微孔長(zhǎng)軸方向運(yùn)動(dòng)。氣體密封高壓側(cè)的氣體沿淺槽方向進(jìn)入，并且在淺槽的末端由于其阻流作用而匯集擠壓使的氣體壓力升高，形成明顯的動(dòng)壓效果，保證密封端面的非接觸運(yùn)行，進(jìn)而避免或降低端面接觸磨損[13]。

因此，研究密封端面減摩耐磨新原理和新方法是航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣膜密封實(shí)長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)所急需解決的問(wèn)題之一。本文以方向性橢圓微孔氣體密封為研究對(duì)象，對(duì)氣膜密封端面的磨損特性變化規(guī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，以期對(duì)長(zhǎng)壽命氣體端面密封的設(shè)計(jì)以及工程應(yīng)用提供了一定的理論實(shí)際應(yīng)用的指導(dǎo)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 端面微孔減磨作用機(jī)理在全膜潤(rùn)滑狀態(tài)下，微孔表面上的流體容易形成空化條件，，每一個(gè)凹坑都相當(dāng)于個(gè)微動(dòng)力軸承，產(chǎn)生了額外的承載力，提高流體的動(dòng)壓開啟力[14-19]，促進(jìn)端面打開，而實(shí)現(xiàn)了摩擦副表面微孔的減磨耐磨作用，如圖 1-2[19]所示為液體潤(rùn)滑下表面流體動(dòng)效應(yīng)示意圖。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH136

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2593698