机械密封补偿机构丁腈橡胶金属密封界面微动损伤行为研究

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1、硕士学位论文论文题目：机械密封补偿机构丁腈橡胶/金属密封界面微动损伤行为研究作者姓名郑金鹏指导教师彭旭东教授沈明学讲师学科专业动力工程及工程热物理所在学院机械工程学院提交日期2015年06月浙江工业大学硕士学位论文机械密封补偿机构丁腈橡胶/金属密封界面微动损伤行为研究作者姓名：郑金鹏指导教师：彭旭东教授沈明学讲师浙江工业大学机械工程学院2015年04月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyFortheDegreeofMasterSTUDYO

2、NTHEFRETTINGDAMAGEOFNBR/METALINTERFACEOFMECHANICALSEALAUXILIARYCOMPONENTSCandidate:ZhengJinpengAdvisors:PengXudongShenMingxueCollegeofMechanicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyApr2015浙江工业大学学位论文原创性声明，本人郑重声明：所提巧的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工。作所取得的硏究成果

3、除文中已经加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：曰期；年月Ｉ日＾＾＞１至／学位论文版权使用巧权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权渐江工业大学可１＾将本学位论文的全

4、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可＾处采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密＾请在Ｗ上相应方框内打‘寸（１作者签名：日期：巧年＾月２如？＾日导师签名日期：审月：２＾日＾＞＜巧机械密封补偿机构丁腈橡胶/金属密封界面微动损伤行为研究摘要机械密封具有性能可靠、使用寿命长、泄漏量小等优点，能适应高温、高压及强腐蚀性介质等各种苛刻工况的工作环境，是航空航天、核能发电、国防工程等高新技术领域的重要基础件。具

5、有轴向补偿能力的密封环与相关零件之间的辅助密封是机械密封系统中除端面密封（即主密封）外最重要的部件。在主密封寿命大大提高的同时，作为副密封的辅助密封圈接触界面（常为橡胶/金属材料配副）的微动失效问题日益凸显，并逐渐成为制约机械密封向高可靠性、长寿命方向发展的重要因素。因此，开展机械密封辅助密封圈的微动摩擦学的研究具有重要的理论价值与工程意义。本文采用UMT-3摩擦磨损试验机对机械密封辅助密封中最常用的丁腈橡胶（NBR）O形圈的微动磨损行为进行了试验研究。结果表明：（1）由于橡胶件材料具有超弹性特征，当往复位

6、移幅值达到毫米级时其仍然处于微动运行状态，这有别于传统上金属材料试件产生微动位移的幅值仅为微米级的情况；（2）橡胶材料的微动遵循微动图理论：随着位移幅值的增大，丁腈橡胶依次运行于PSR、MR和SR；（3）在不同微动运行区域内，其摩擦系数呈现不同的变化规律，且其磨损表面也随微动幅值的增加而变化；（4）丁腈橡胶的表面磨损机理在初期主要为磨粒磨损、疲劳磨损和粘着磨损，胶粘层形成后的磨损机理转变为塑性变形及疲劳脱落；（5）XPS与FTIR分析表明NBR分子链发生了机械断裂，这可归于丁腈橡胶在磨损区的机械化学作用、变

7、形及分子断裂，而非热氧化过程。（6）不锈钢配副表面粗糙度对丁腈橡胶的微动运行区域有重要的影响，当Ra≤0.41μm时，随着表面粗糙度的增大，PSR和MR的范围减小，PSR/MR和MR/SR的分界线向小位移幅值方向移动，此时对磨副表面变得更易滑开；当金属表面粗糙度Ra增大到2.16μm时，相对于Ra=0.41μm条件下，其MR又相应增大，PSR和SR则相应减小；对磨副表面粗糙度对丁腈橡胶摩擦系数在不同微动运行区域内有不同的影响；在不同的微动运行区域内，不同表面粗糙度下，微动橡胶表面的磨损形貌存在差异，磨损机理

8、略有不同。本文还采用ABAQUS有限元软件对丁腈橡胶O形圈的微动运行行为进行了数值模I拟分析。结果表明：介质压力及位移幅值对丁腈橡胶O形圈的微动行为有重要影响；随着位移幅值的增加，其依次运行于粘着、混合粘滑与完全滑移状态；不同压缩率与摩擦系数下丁腈橡胶微动呈现不同的规律；模拟结果与试验结果有较好的吻合性。关键词：微动磨损，橡胶O形圈，机械密封，试验研究，有限元分析IISTUDYONTHEFRETTINGDAMAG