激光加工多孔端面机械密封的数值模拟与试验研究

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1、硕士论文激光加1=多孔端面机械密封的数值模拟与试验研究摘要摩擦磨损是机械密封失效的主要原因。本文针对端面密封在低速高载下油脂无法充分润滑的问题，采用Nd：YAG脉冲激光在不同摩擦副材料表面进行激光微孔化处理并进行摩擦磨损试验。在理论研究方面，建立端面部分微孔机械密封的分析模型，采用有限差分法求解端面间流体膜控制方程，运用自行编制的VC++程序求解控制方程，确定微孔几何参数和实验条件对密封性能影响规律，将实验结果与模拟结果进行对比分析。以降低泄漏和摩擦为优化目标，确定出最佳的微孔化处理参数，为改善密封系统的润滑状况提供技术依据。实

2、验研究结果表明，密封端面微孔的几何参数(如微孔半径、微孔面积密度、微孔深度)和实验条件(如载荷、转速、润滑油粘度)对摩擦性能有一定的影响。微孔半径在50～1001．tm之间时，随着半径的增大，摩擦力矩减小；微孔面积密度在3．30／o,,-10％之间时，随着密度的增大，摩擦力矩降低；微孔深度在101．tm～501．tm之间时，摩擦力矩随着微孔深度的增大而先减小后增大；随着转速、载荷、润滑油粘度的增大，摩擦力矩逐渐增大。理论计算表明，密封端面微孔几何参数和实验条件对端面间的密封开启力、液膜刚度、密封泄漏率以及摩擦力矩等密封性能有一定

3、的影响。综合考虑增大动压力，降低摩擦和泄漏，以及兼顾到加工经济性，选择微孔半径为100pm、微孔面积密度为O．2、微孔深径比e=0．3比较合适；选择合适的转速，载荷和润滑油粘度，可以有效的降低摩擦力矩，减少泄漏率。对比实验结果与计算结果，两者变化规律基本一致，计算结果要比实验结果偏大。关键词：机械密封，微孔化，数值分析，摩擦AbstractFrictionandwearweretheprimarycauseoffailureofmechanicalseals．Inthisstudy,inconsiderationofmechan

4、icalsealsinsufficiencyofoilinlowvelocityandhighload，aDulsedNd：YAGlaserwasadoptedtofabricatethetexturedsurface．Intheoreticalresearch，allanalysismodeIWaSdevelopedformechanicalsealswithalaser-texturedmicro。poresface。111enondimensionalsteady．stateReynoldsequationWaSsolve

5、dbyfinitedifferencemethod．ThecomputingmethodwasprogrammedbyVisualC++．Theeffectsofgeometryparametersandexperimentconditiononthemechanicalsealsperformancesofthepartialfacewithmicro．poreswereanalyzed．Thentheexperimentalvalueswerecomparedtothecalculationalvalues．Optimalg

6、eometryparametersandexperimentconditionwereselectedtogain也elowestleakageandfriction．Experimentalresultsindicatedfrictionalpropertiesweredependentongeometryparametersandexperimentconditionincludeporeradius，areadensitY,poredepth，load，velocityandviscosity．Whentheporerad

7、iuschangedfrom50to100IItm，thefrictiontorquewouldreducewhiletheporeradiusincreased．ThefrictiontorquewouldreducefirstlythenincreaSewiththeincreaseofthevalueofporedepthwhenitsvaluechangedfrom10to501xm．111efrictiontorquewouldincreasewhiletheload，velocityorviscosityincrea

8、sed．Calculationalresultsindicatedthatgeometryparametersandexperimentconditionhadeffectonfilmopeningforce，stiffness，leakageandfricti