为准确研究斯特封高速摩擦与密封特性,基于混合润滑理论,综合流体空化效应、密封接触变形和微观粗糙峰接触等因素影响,建立了斯特封摩擦与密封的数值计算模型。研究了往复运动速度和密封压力对油膜厚度、摩擦力和泄漏量的影响,搭建了往复密封试验台来验证模型的准确性。结果表明:计算摩擦力与实验摩擦力相近。混合润滑模型能更好地模拟高速柱塞副斯特封的摩擦与密封特性,油膜压力与粗糙度接触压力共同影响密封性能,但粗糙度接触摩擦起主导作用。

为研究和掌握混合摩擦状态下机械密封端面摩擦热的变化规律,基于端面接触分形模型和平均膜厚分形模型,建立了机械密封端面混合摩擦热计算模型,并通过计算分析了端面混合摩擦热的影响因素。结果表明,随着转速的增大,总摩擦热和液膜黏性剪切摩擦热比增大,微凸体接触摩擦热比减小;随着密封介质压力或弹簧比压的增大,总摩擦热近似呈线性增大,黏性剪切摩擦热比减小,接触摩擦热比增大;随着端面分形维数的增大和特征尺度系数的减小,总摩擦热和黏性剪切摩擦热比增大,接触摩擦热比减小,且端面越光滑,总摩擦热、黏性剪切摩擦热比、接触摩擦热比的变化幅度越大;当密封端面处于混合摩擦状态时,接触摩擦热大于黏性剪切摩擦热。

为了研究矿用重型刮板输送机可控启动装置中液黏传动可控启动过程混合摩擦阶段的转矩特性,基于雷诺方程建立了油膜承载力和剪切转矩数学模型,并根据G-W模型建立了微凸峰接触转矩模型,最终以刮板输送机实现S形曲线,得到了可控启动过程中摩擦副的承载特性和转矩特性。结果表明,可控启动过程中,摩擦副间油膜厚度按反S曲线随时间增大而减小;摩擦副的承载力和转矩不断增大,其中微凸峰为总承载力和转矩的主要承担部分,并且不断增大,而油膜承载力和转矩则只占据小部分并不断减小。研究结果为可控启动装置可控启动过程转矩特性预测和控制部分设计提供了理论依据。

以刮板输送机可控启动装置液黏传动软启动过程为研究对象考虑摩擦副表面粗糙度及工作油的离心力基于平均流量模型求解了油膜厚度及油膜压力的变化规律。基于Greenwood-Tripp接触模型建立了摩擦副粗糙接触压力和转矩方程利用转矩平衡原理对软启动过程中摩擦副承载特性的时变性进行了分析。结果表明:当启动时间10s额定输出转速45r/min启动过程遵循S形曲线变化时油膜厚度按照反S形曲线逐渐减小并趋于恒定值;油膜压力随时间先增大后减小且沿径向的分布与启动时间密切相关;摩擦副间压力按照S形曲线增大;负载越大启动时油膜越薄摩擦副间压力越大。研究结果为准确地分析摩擦副热特性提供了先决条件同时也为控制策略的制定奠定了理论基础。