【摘要】：橡膠密封圈因其良好的密封性能,機(jī)械加工性能等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用工業(yè)、航天、國防等各個(gè)領(lǐng)域的流體密封中,是保障流體機(jī)械正常運(yùn)行的重要密封件。當(dāng)有外界硬質(zhì)顆粒等污染物侵入橡膠密封圈界面時(shí),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(jī)械的可靠性和服役壽命。因此,探究橡膠密封在含硬質(zhì)顆粒環(huán)境下的摩擦學(xué)行為,揭示顆粒誘導(dǎo)橡膠磨損失效機(jī)理顯得尤為重要。鑒于此,本文針對顆粒誘導(dǎo)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(zhì)環(huán)境下的磨粒磨損失效機(jī)理研究。首先,搭建了含顆粒介質(zhì)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(yàn)環(huán)境,開展丁腈橡膠和316L不銹鋼配副在含Al_2O_3硬質(zhì)顆粒水介質(zhì)中的磨粒磨損研究。其次,通過大量試驗(yàn)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(shí)變曲線,結(jié)果表明:在含硬質(zhì)顆粒環(huán)境下對磨時(shí),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(yīng)”;當(dāng)顆粒尺寸大于500目時(shí),摩擦副的磨損形式以微切削為主;當(dāng)顆粒尺寸小于5000目時(shí),摩擦副的磨損形式以滾動磨損為主;當(dāng)顆粒尺寸介于兩者之間時(shí),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(zhì)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(yán)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(xué)原理。分析顆粒在水介質(zhì)中對丁腈橡膠磨粒磨損的影響,結(jié)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(dǎo)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(zhì)顆粒侵入摩擦副時(shí)均能加速磨損,尤其侵入的硬質(zhì)顆粒尺寸較大時(shí),對摩擦副的磨損更為嚴(yán)重。通過本文的研究,為流體機(jī)械密封件抗磨粒磨損行為提供理論指導(dǎo),同時(shí)建議在工程應(yīng)用中,應(yīng)在密封件外側(cè)添加濾網(wǎng)、裙板等防護(hù)裝置盡量減少乃至避免污染物侵入,以提高流體機(jī)械整機(jī)的可靠性和使用壽命。本文探討了硬質(zhì)顆粒對丁腈橡膠/316L不銹鋼摩擦副材料去除的作用機(jī)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(jī)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(chǔ)上,開展實(shí)際工況中含油介質(zhì)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(jī)械的重要屏障，一旦橡膠密封腔內(nèi)潤滑劑變質(zhì)或泄漏、降低其使用壽命，重者導(dǎo)致不可挽回的業(yè)的快速發(fā)展，流體機(jī)械在工業(yè)、水利、冶金、航天、國防等領(lǐng)越高。流體機(jī)械的運(yùn)行領(lǐng)域廣，在其正常運(yùn)行過程中空氣中的灰潤滑油中的懸浮物等[1, 2]，是磨粒產(chǎn)生的主要來源。這些磨粒侵造成嚴(yán)重的磨粒磨損，使得流體機(jī)械的使用壽命和可靠性受到嚴(yán)故障的機(jī)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(nèi)部的磨損，大大降低了軸承的服役壽命，進(jìn)而使得流折扣。圖 1-2 所示為一水環(huán)真空泵軸磨損實(shí)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(yán)重的磨粒磨損失效。實(shí)際工程應(yīng)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(jī)械的重要屏障，一旦橡膠密封腔內(nèi)潤滑劑變質(zhì)或泄漏、降低其使用壽命，重者導(dǎo)致不可挽回的業(yè)的快速發(fā)展，流體機(jī)械在工業(yè)、水利、冶金、航天、國防等領(lǐng)越高。流體機(jī)械的運(yùn)行領(lǐng)域廣，在其正常運(yùn)行過程中空氣中的灰潤滑油中的懸浮物等[1, 2]，是磨粒產(chǎn)生的主要來源。這些磨粒侵造成嚴(yán)重的磨粒磨損，使得流體機(jī)械的使用壽命和可靠性受到嚴(yán)故障的機(jī)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(nèi)部的磨損，大大降低了軸承的服役壽命，進(jìn)而使得流折扣。圖 1-2 所示為一水環(huán)真空泵軸磨損實(shí)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(yán)重的磨粒磨損失效。實(shí)際工程應(yīng)用顯示，因外界顆粒物侵入件損壞的例子不勝枚舉。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ336.42

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本文編號：2670487