橡胶密封材料摩擦磨损试验及减磨方法研究

作     者：崔博 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴健

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：旋转密封 丁腈橡胶 油介质老化 摩擦磨损 有限元仿真 

摘      要：橡胶作为一种超弹性材料,广泛应用于航空航天领域的密封系统中。以飞机起落架为例,其液压密封系统直接影响飞机的飞行安全。据报道,因为起落架故障导致的飞机安全事故比例高达11%,而其中很大一部分原因来自密封结构的失效。为此,本文以起落架旋转密封结构为研究对象,开展高温油介质等复杂服役条件下橡胶密封材料的老化行为研究,揭示老化对橡胶密封材料的摩擦磨损影响规律,采用有限元方法分析其对密封性能的影响机制,进而提出典型密封结构的抗磨方法,为起落架高性能密封系统的设计提供理论依据,具有重要理论意义和应用价值。首先,开展了复杂服役条件下橡胶密封材料的老化行为研究。针对旋转密封结构的高温高压以及油介质的苛刻服役工况,开展了橡胶密封材料的高温油介质加速老化试验。通过光学显微镜和傅里叶红外光谱对不同老化程度的橡胶密封材料的形貌特征和分子链进行分析,揭示了橡胶密封材料的老化机理。研究了老化时间和温度对橡胶密封材料压缩永久变形及力学性能的影响规律,基于此建立了考虑老化影响的橡胶密封材料力学本构模型,为典型旋转密封结构的仿真研究提供理论基础。然后,揭示了不同老化程度橡胶密封材料摩擦磨损的影响规律。采用自制的摩擦试验平台,开展了不同老化程度橡胶密封材料的摩擦磨损试验研究;进一步研究了摩擦副表面粗糙度及表面织构对橡胶密封材料摩擦行为的影响规律。结果表明,橡胶密封材料在老化后,磨损量增加;在0.8至6.3的表面粗糙度范围内,摩擦系数先减小后增大,织构表面能显著降低摩擦系数,是一种有效的减磨方法。最后,建立了典型旋转密封结构摩擦过程的仿真模型。采用ABAQUS有限元分析软件建立了轴向对称的二维模型,揭示了不同服役条件下的接触压力分布规律;进一步建立了复杂工况下旋转密封结构的三维模型,揭示了橡胶密封材料的摩擦功分布规律;结合表面织构设计,对典型密封结构进行了优化改进,以实现减磨目的,为高性能旋转密封的设计与制备提供指导。