【摘要】：橡膠密封圈因其良好的密封性能,機械加工性能等優(yōu)點,廣泛應用工業(yè)、航天、國防等各個領域的流體密封中,是保障流體機械正常運行的重要密封件。當有外界硬質顆粒等污染物侵入橡膠密封圈界面時,必然會破壞摩擦副之間的潤滑膜,加劇對磨副的磨粒磨損,從而大大降低了流體機械的可靠性和服役壽命。因此,探究橡膠密封在含硬質顆粒環(huán)境下的摩擦學行為,揭示顆粒誘導橡膠磨損失效機理顯得尤為重要。鑒于此,本文針對顆粒誘導橡膠磨損失效行為,基于摩擦原理。開展橡膠密封在含顆粒水介質環(huán)境下的磨粒磨損失效機理研究。首先,搭建了含顆粒介質的環(huán)境模擬裝置。該裝置可以營造不同顆粒尺寸和顆粒濃度的外界顆粒環(huán)境,本文借助該裝置,提供7種顆粒尺寸和5種顆粒濃度的試驗環(huán)境,開展丁腈橡膠和316L不銹鋼配副在含Al_2O_3硬質顆粒水介質中的磨粒磨損研究。其次,通過大量試驗探究顆粒尺寸和濃度對丁腈橡膠磨損失效的影響,基于摩擦原理。對比分析了不同顆粒環(huán)境下摩擦副的磨損形貌、磨損量和摩擦系數(shù)的時變曲線,結果表明:在含硬質顆粒環(huán)境下對磨時,丁腈橡膠的平均摩擦系數(shù)均大于純水環(huán)境下的值,有別于干態(tài)環(huán)境下的“尺寸效應”;當顆粒尺寸大于500目時,摩擦副的磨損形式以微切削為主;當顆粒尺寸小于5000目時,摩擦副的磨損形式以滾動磨損為主;當顆粒尺寸介于兩者之間時,摩擦副的磨損形式包含微切削和滾動磨損。嵌入丁腈橡膠摩擦面的硬質顆粒形成“類砂輪”似的打磨現(xiàn)象,并且隨著顆粒尺寸和濃度的增加磨損嚴重程度增加。最后,綜合顆粒尺寸和顆粒濃度兩種影響因素,基于摩擦學原理。分析顆粒在水介質中對丁腈橡膠磨粒磨損的影響,結果表明:低顆粒濃度下,顆粒尺寸對丁腈橡膠磨粒磨損占主導作用,顆粒尺寸決定三體磨損的形式,而顆粒濃度只能加劇或減緩磨損的程度。硬質顆粒侵入摩擦副時均能加速磨損,尤其侵入的硬質顆粒尺寸較大時,對摩擦副的磨損更為嚴重。通過本文的研究,為流體機械密封件抗磨粒磨損行為提供理論指導,同時建議在工程應用中,應在密封件外側添加濾網(wǎng)、裙板等防護裝置盡量減少乃至避免污染物侵入,以提高流體機械整機的可靠性和使用壽命。本文探討了硬質顆粒對丁腈橡膠/316L不銹鋼摩擦副材料去除的作用機制,澄清了顆粒尺寸和顆粒濃度對摩擦磨損的影響規(guī)律,為提高流體機械用橡膠密封的可靠性和使用壽命提供了理論支撐,下一步可以在本研究的基礎上,開展實際工況中含油介質及不同顆粒成分對橡膠磨損失效的研究。
【圖文】：

背景及研究意義封圈是阻止外界污染物侵入流體機械的重要屏障，一旦橡膠密封腔內潤滑劑變質或泄漏、降低其使用壽命，重者導致不可挽回的業(yè)的快速發(fā)展，流體機械在工業(yè)、水利、冶金、航天、國防等領越高。流體機械的運行領域廣，在其正常運行過程中空氣中的灰潤滑油中的懸浮物等[1, 2]，是磨粒產生的主要來源。這些磨粒侵造成嚴重的磨粒磨損，使得流體機械的使用壽命和可靠性受到嚴故障的機械零部件中近一半是由于磨粒磨損造成的[3-5]。如圖 1-1環(huán)境下的軸承因外界顆粒污染物侵入引起橡膠密封件失效，造成加劇軸承內部的磨損，大大降低了軸承的服役壽命，進而使得流折扣。圖 1-2 所示為一水環(huán)真空泵軸磨損實物照片，這類真空泵，冶金等行業(yè)，因外界顆粒侵入軸承密封件，加劇了顆粒對泵軸軸嚴重的磨粒磨損失效。實際工程應用顯示，因外界顆粒物侵入件損壞的例子不勝枚舉。

背景及研究意義封圈是阻止外界污染物侵入流體機械的重要屏障，一旦橡膠密封腔內潤滑劑變質或泄漏、降低其使用壽命，重者導致不可挽回的業(yè)的快速發(fā)展，流體機械在工業(yè)、水利、冶金、航天、國防等領越高。流體機械的運行領域廣，在其正常運行過程中空氣中的灰潤滑油中的懸浮物等[1, 2]，是磨粒產生的主要來源。這些磨粒侵造成嚴重的磨粒磨損，使得流體機械的使用壽命和可靠性受到嚴故障的機械零部件中近一半是由于磨粒磨損造成的[3-5]。如圖 1-1環(huán)境下的軸承因外界顆粒污染物侵入引起橡膠密封件失效，，造成加劇軸承內部的磨損，大大降低了軸承的服役壽命，進而使得流折扣。圖 1-2 所示為一水環(huán)真空泵軸磨損實物照片，這類真空泵，冶金等行業(yè)，因外界顆粒侵入軸承密封件，加劇了顆粒對泵軸軸嚴重的磨粒磨損失效。實際工程應用顯示，因外界顆粒物侵入件損壞的例子不勝枚舉。
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ336.42

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本文編號：2670487