以工作在常溫清水介質(zhì)中的B104a -70 型機(jī)械密封為例進(jìn)行分析。B104a - 70 型機(jī)械密封的硬質(zhì)環(huán)端面材料為硬質(zhì)合金YG8，E1 = 6 ×10⁵MPa、ν1 = 0.24; 軟質(zhì)環(huán)材料為碳石墨M106K，E2 = 1.6 × 10⁴MPa、ν2 = 0.20、σ2y = 200MPa; 微凸體接觸摩擦因數(shù)fc = 0.1; 密封面內(nèi)徑為69mm、外徑為78mm、名義接觸面積Aa =1039mm²，載荷系數(shù)K = 0.895。假設(shè)分形磨損系數(shù)KF為定值，且參照真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)其他文章中中的Kw值取為KF= 5 × 10 ^{- 7}。

工作參數(shù)對(duì)機(jī)械密封軟質(zhì)環(huán)端面磨損率的影響

　　1、端面比壓pc對(duì)軟質(zhì)環(huán)端面磨損率γ 的影響

　　當(dāng)取轉(zhuǎn)速n = 2900r /min 時(shí)，得到不同D 和G組對(duì)時(shí)γ 與pc的關(guān)系曲線如圖4 所示。其中，D和G 的組對(duì)值是根據(jù)文獻(xiàn)[11]的試驗(yàn)結(jié)果選取的。由圖4 可知，當(dāng)其他參數(shù)一定時(shí)，磨損率γ 隨著端面比壓pc的增大而近似線性地增大。這是因?yàn)�，pc

　　增大導(dǎo)致微凸體的變形增大，從而使端面間黏著結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的磨屑總體積增大，磨損率γ增大。

圖4 γ 與pc的關(guān)系曲線

　　2、轉(zhuǎn)速n 對(duì)軟質(zhì)環(huán)端面磨損率γ 的影響

　　當(dāng)取端面比壓pc = 0.35MPa 時(shí)，得到不同D和G 的組對(duì)時(shí)，γ 與n 的關(guān)系曲線如圖5 所示。由圖5 可知，當(dāng)其他參數(shù)一定時(shí)，磨損率γ 隨著轉(zhuǎn)速n 的增大而近似線性地增大。這是因?yàn)�，轉(zhuǎn)速n 增大，則單位時(shí)間內(nèi)接觸微凸體摩擦的次數(shù)增多，從而使端面間黏著結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的磨屑數(shù)增多，磨屑總體積增大，磨損率γ 增大。

圖5 γ 與n 的關(guān)系曲線

機(jī)械密封端面分形參數(shù)對(duì)軟質(zhì)環(huán)端面磨損率γ 的影響

　　當(dāng)取端面比壓pc = 0.35MPa、轉(zhuǎn)速n = 2900r /min 時(shí)，端面輪廓分形參數(shù)D 和G 對(duì)軟質(zhì)環(huán)端面磨損率γ 的影響如圖6 和圖7 所示。

圖6 γ 與D 的關(guān)系曲線

圖7 γ 與G 的關(guān)系曲線

　　由圖6 可知，存在一個(gè)使磨損率γ 最小的最優(yōu)分形維數(shù)Do，即當(dāng)分形維數(shù)D 較小時(shí)，γ 隨著D 的增大而迅速減小; 但當(dāng)D > Do時(shí)，隨著D 的增大，γ 逐漸增大。這是因?yàn)? 由式( 4) 可知，ac隨著D 的增大而減小，且當(dāng)D 較小時(shí)變化幅度較大，這將導(dǎo)致隨著D 的增大，處于塑性或彈塑性接觸狀態(tài)的微接觸點(diǎn)迅速減少，也即黏著結(jié)點(diǎn)迅速減少，因此，γ 也迅速減小; 而當(dāng)D 增大到較大值后，當(dāng)D 再進(jìn)一步增大時(shí)，一方面導(dǎo)致ac減小，另一方面導(dǎo)致端面輪廓更加細(xì)化，從而使小于ac的塑性或彈塑性接觸點(diǎn)增多。在這兩個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中，最終使得D 達(dá)到一定值后，隨著D 的增大，γ 逐漸增大。

　　由圖7 可知，隨著特征尺度系數(shù)G 的增大，磨損率γ 逐漸增大。這是因?yàn)? 由式( 4) 可知，當(dāng)G 增大時(shí)ac也增大，從而使塑性或彈塑性微接觸點(diǎn)增多，導(dǎo)致黏著結(jié)點(diǎn)增多，磨損率γ 增大。

　　另外，由圖6 和圖7 還可知，當(dāng)端面分形維數(shù)D 小于最優(yōu)分形維數(shù)Do時(shí)，特征尺度系數(shù)G 的變化對(duì)磨損率γ 的影響較大，而隨著D 的增大，其影響變得越來(lái)越不明顯。這主要是因?yàn)楫?dāng)D 較大時(shí)，端面輪廓非常細(xì)化，G 對(duì)臨界彈性變形微接觸面積ac的影響較小，因此G 對(duì)磨損的影響相對(duì)減弱。