Page 142 - 摩擦学学报2025年第4期

630 摩擦学学报（中英文）
Spring seat
C-ring
Energized
spring
Push ring
Fig. 12 Convex energy storage ring
图 12 凸台蓄能圈 [118]
从摩擦学的角度来看，提升润滑效果
同的密封圈材料 [89,120] ，减小与配合面的摩擦系数 ，
也是减少摩擦阻尼的途径. 以上的优化方案仅是定性
的开展对追随性的影响，并没有定量的在机械密封动
力学模型中加以分析.
6 结束语
6.1 研究现状
非接触式机械密封的动特性与辅助密封的接触、
摩擦以及刚度和阻尼密切相关. 接触是产生摩擦力的
前提，辅助密封接触模型主要有基于赫兹接触的半经
[34]
验模型 和基于有限元法的数值仿真模型 ，能够获
得辅助密封接触压力分布，在一定工况中有较高的准
确度. 但需要指出，2种模型均与材料的本构关系密切
相关. 脱离真实的材料属性而建立的分析模型是不能
用于后续的摩擦分析的. 这在以往的分析中常被忽视.
辅助密封的摩擦特性研究主要通过力学、黏着理
[64]
论和能量耗散等机理分析 以及摩擦磨损和往复试
验来获得摩擦系数、摩擦力随材料配副以及工况环境
的变化规律，揭示往复运动中摩擦力的迟滞非线性.
但这种影响未引入到密封系统的动特性分析中去. 新
的研究虽注意到摩擦力的影响，但以等效阻尼 或者
[24]
恒定的库伦摩擦力 来表示偏离了实际. 老化、磨损
等对摩擦力的影响也未开展深入研究. 辅助密封非线
性摩擦力的定量表征仍需要进一步探索.
辅助密封的刚度和阻尼测量多采用基座激振响
应质量法 [100] 和松弛试验法 [110] ，与压缩率、工况和加载情
况等息息相关 [29,111] ，存在着多种非线性特征. 机械密封
动特性分析中的另一不足在于对非线性刚度和阻尼的
考虑不充分，或没考虑辅助密封刚度和阻尼
视为恒定值 [23-24, 27,122] . 需要在未来研究中进一步解决.
第 45 卷
辅助密封的结构优化以减小摩擦阻尼为目的，常
常从结构型式、安装和摩擦三方面开展. 减少压缩率
和摩擦系数、改变摩擦副材料和优化安装沟槽一定程
度上能够提高主密封的动特性. 将优化方案在机械密
封动特性中进行定量对比分析，这对提高主密封追随
性更有意义.
辅助密封各影响因素之间并不是相互独立的，从
材料本构关系、接触模型、摩擦特性到动力学特性以
[118]
及结构优化等方面形成系统性研究是未来研究的重
点和难点. 辅助密封刚度、阻尼和摩擦力的非线性表
[119] ，选择不 达模型，以及在密封系统动特性分析中的定量表征是
[51]
暂未解决但需亟待解决的关键科学问题.
6.2 展望
辅助密封各部分研究相对独立，材料、摩擦和刚
度阻尼的非线性特征在密封系统的动特性研究中考
虑不足. 未来辅助密封研究可在本构关系、摩擦力和
刚度阻尼的非线性方面开展进一步研究，具体建议包
括以下4个方面：
a. 材料非线性是影响接触模型的关键因素. 可基
于数值仿真技术，引入测得的本构关系，建立考虑材
料属性、工况参数和几何结构等更精确的接触压力模
型，拓宽接触模型的适用范围.
[44]
b. 辅助密封迟滞非线性摩擦力是影响密封系统
动特性的关键. 建议参考固体接触迟滞特性的研究方
法 [123–125] ，建立辅助密封非线性摩擦力的定量表达模
型并开展对补偿环阻滞风险的研究.
c. 辅助密封的刚度和阻尼并不是常量，应开展针
对机械密封工况的辅助密封刚度和阻尼测量试验原
理及其实现方法的研究，着重考虑刚度、阻尼的非线
性变化，并引入到密封系统动特性分析中去，才能更
真实的获得辅助密封的影响.
d. 应形成从材料、接触到动特性的系统性研究.
[21]
针对影响补偿环追随性这个主要问题，从材料、结
构、表面参数等方面给出优化方法，并定量的在动力
学模型中对比分析，筛选出最佳优化方案.
参 考 文 献
[ 1 ] Sun Dianfeng, Sun Jianjun, Yu Qiuping, et al. Progress of study on
dynamics of non-contacting mechanical seals[J]. Chemical Industry
and Engineering Progress, 2019, 38(12): 5238–5246 (in Chinese)
[孙电锋, 孙见君, 於秋萍, 等. 非接触式机械密封动力学研究进
[121] ，或将其
展[J]. 化工进展, 2019, 38(12): 5238–5246]. doi: 10.16085/j.issn.
1000-6613.2019-0496.