配副表面粗糙纹理对橡胶密封圈摩擦学性能影响研究

摘要

橡胶密封圈因结构简单，密封性能好，低摩擦力等优点，在液压装备中被广泛采用。作为液压系统关键基础件，橡胶密封以接触式动密封为主，普遍存在着摩擦、磨损、密封与润滑等基本问题。据统计，液压系统密封件失效中，磨损失效占80％;而随着液压系统向高速高压方向发展，密封件磨损失效问题必日益凸显。可见，开展橡胶密封圈的摩擦学特性研究对降低液压系统密封的功耗和提高密封件的服役寿命具有重要的理论价值与工程意义。
　　本文采用柱/平面及销/平面两种接触形式，开展了干态及不同润滑工况下配副表面粗糙程度对丁腈橡胶摩擦磨损影响试验研究，分析了丁腈橡胶的损伤机制，并利用3D光学轮廓仪、扫描电子显微镜和电子能谱仪等先进表面分析测试手段对丁腈橡胶以及配副的磨痕表面进行了分析测试。主要结论如下:
　　(1)干态环境下，配副表面单向粗糙纹理方向性对最低摩擦系数及磨损率对应的粗糙度值影响不大;随着粗糙度的降低，橡胶材料磨损经历“粘着磨损→磨粒磨损→粘着磨损”的转变过程，与纹理垂直滑动方向相比，干态下纹理平行于滑动方向的橡胶/金属配副摩擦学性能更佳。
　　(2)橡胶与单向性纹理表面形成配副时，边界润滑条件下，摩擦系数受配副金属表面粗糙度影响最大，混合润滑次之;而全膜润滑条件下摩擦系数受配副金属表面粗糙度影响最小;此外，丁腈橡胶的表面损伤特征受摩擦副间润滑状态以及配副表面粗糙度的协同作用影响。
　　(3)不同环境工况下，单向粗糙纹理配副表面粗糙度均存在最优值;干摩擦条件下，最优表面粗糙度在Ra为0.118μm左右;富油条件下，表面粗糙度参数最优值如下:Ra-最优=0.03～0.085，Rq-最优=0.035～0.105，R-最优=0.22～0.6;而乏油条件下，表面粗糙度为Ra=0.118μm左右时较佳。
　　(4)微凸体粗糙纹理表面颗粒尺寸对摩擦副间的摩擦系数时变性、磨屑行为以及磨损机制有着重要影响。随着配副表面颗粒尺寸的降低，橡胶磨损机制经历“磨粒磨损→氧化、疲劳以及粘着磨损”的转变。另外，乏油工况下的减摩持久性均优于乏脂环境;随着表面粗糙度的降低，润滑剂减摩能力先缓慢增加后快速增强，而减摩持久性先降低后增加，表面越光滑，减摩降磨能力越好，磨损经历“严重磨粒磨损→轻微磨粒磨损”。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 课题背景、目的及意义

1．2 国内外研究现状及现存问题

1．2．1 橡胶摩擦学研究现状

1．2．2 表面粗糙度对摩擦学性能影响研究现状

1．2．3 往复橡胶密封圈研究现状

1．3 研究内容

2．1 引言

2．2 试验材料及参数

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验样品的制备

2．2．3 试验参数

2．2．4 润滑状态的实现

2．3 往复摩擦试验装置

2．3．1 试验装置简介

2．3．2 试验流程

2．4 试验分析设备与方法

2．4．1 电子分析天平

2．4．2 台阶仪

2．5 本章小结

第3章 干态下橡胶密封圈／单向粗糙纹理摩擦学性能研究

3．1 引言

3．2 摩擦系数时变性分析

3．3 表面粗糙度对摩擦系数和磨损率的影响

3．4 磨损形貌与机理分析

3．5 本章小结

第4章 润滑作用下橡胶密封圈／单向粗糙纹理摩擦学性能研究

4．1 引言

4．2 摩擦系数变化曲线

4．3 橡胶表面磨损形貌分析

4．4 摩擦副润滑状态

4．5 不同润滑状态下橡胶磨损形貌

4．6 乏油润滑摩擦系数时变性分析

4．7 乏油润滑能力分析

4．8 乏油润滑减摩持久性分析

4．6 本章小结

第5章 干态下橡胶密封圈／微凸体粗糙纹理摩擦学性能研究

5．1 引言

5．2 摩擦系数时变性

5．3 橡胶磨损率分析

5．4 磨损机理分析

5．5 本章小结

第6章 乏油润滑配副微凸体粗糙纹理对橡胶摩擦学性能影响

6．1 引言

6．2 摩擦系数时变性分析

6．3 减摩程度对比分析

6．4 减摩持久性分析

6．5 磨损形貌分析

6．6 本章小结

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果