Page 70 - 《摩擦学学报》2020年第3期
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336                                     摩   擦   学   学   报                                第 40 卷




       500 r/min                           MPa           500 r/min                            MPa
                                             1.0
                                                                                                2.0
                                             0.8
      1 000 r/min                                        1 000 r/min                            1.5
                                             0.6
                                                                                                1.0
                                             0.4
      1 500 r/min                                        1 500 r/min
                                             0.2                                                0.5
                                             0                                                  0
      2 000 r/min                                        2 000 r/min

     (a) Fluid pressure on the end face of untextured ring  (b) Fluid pressure on the end face of V-shape grooved ring


       500 r/min                                        500 r/min                max=4.75 MPa
                                           MPa                                                MPa
                                             1.2                                                2.0

       1 000 r/min                           0.8        1 000 r/min              max=5.40 MPa   1.6
                                                                                                1.2

       1 500 r/min                           0.4        1 500 r/min              max=7.14 MPa   0.8
                                                                                                0.4
                                             0
       2 000 r/min                                      2 000 r/min              max=7.62 MPa   0

    (c) Contact pressure on the end face of untextured ring  (d) Contact pressure on the end face of V-shape grooved ring

              Fig. 9  Fluid pressure and contact pressure on sealing end face of the two rings (p 0 =1.0 MPa, T=65 ℃)
                    图 9    两种密封环密封端面流体压力和接触力分布(介质压力1.0 MPa，油温65 ℃)

   致性决定的，而沿径向是非均匀分布，从图7可知是由                           说明密封环端面存在相对滑动而外圆面静止的假设
   密封环截面变形造成的. 图9(b)中随着转速增加，V形                        是合理的.
   槽局部产生了动压效应，空化区面积逐渐增大，图9(d)                         3.3    工况条件对漏率的影响
   中随着转速增大，空化区附近密封面接触压力也显著                                图11为胀圈型旋转密封环在不同主轴转速、油液
   增大. 本文试验转速最高达到2 000 r/min，V形槽环在                    压力下，油液温度为65 ℃时的漏率. 从图11中可以看
   该转速下空化区面积比例不大，因此总流体承载力和                            出，漏率随转速和压力增大而呈增大趋势，但是漏率
   低速条件下相比减小并不明显，导致总接触力和摩擦                            受压力影响更大. 这是因为胀圈密封端面是1个径向
   转矩变化不大. 综上所述，V形槽区域的流体静压力有                          宽度很窄的面，密封环工作时的流体介质压力很大，
   效提高了流体承载力，因此与无槽环相比摩擦转矩有                            故径向压力梯度很大，压力梯度决定了流体径向流
   所降低. 在转速2 000 r/min以上，空化区面积逐渐增                     速，因此漏率对压力变化很敏感. 而转速对漏率的贡
   大，动压效应引起的减摩作用才能逐渐显现，起到进                            献主要在于对油液的离心作用，转速增大会使密封面
   一步减小接触压力和摩擦转矩的作用.                                  流体离心力增大，加速流体沿径向的流动，从而增大
       图10为两种密封环在油液温度65 ℃时摩擦转矩.                       漏率，但由于密封面径向宽度小，离心作用不明显，故
   结果表明，流固耦合模型的摩擦转矩计算结果，与试                            漏率对转速不敏感. 另外，V形槽环不同工况下的漏率
   验结果的变化趋势基本相同，数值上相差20%以内，                           比无槽环大10%左右，且漏率随压力变化更敏感. 从
   说明仿真模型对实验结果有较好的预测能力. 另外，                           图9(b)可以看出，这是因为V形槽将流体引入密封面
   对于本文分析的密封环结构而言，对于V型槽密封环，                           后，相当于在局部减小了密封端面的径向宽度，提高
   在密封介质压力为1 MPa时，外圆柱面摩擦扭矩为                           径向压力梯度，从而增大了漏率.
   2.15~2.19 N·m，端面固体摩擦扭矩为1.87~2.01 N·m，                  另外，图11表明：流固耦合模型的漏率计算结果
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