提出了一种共光路外差干涉测量模拟磁头磁盘静态间隙的方法,该方法以低频差横向塞曼双频激光器作为光源,采用专门设计的双折射透镜分光和相位测量技术,实现了对光波半波长的3600细分,从而使测量分辨率达到0.1 nm.原理实验结果表明,该系统在无恒温的普通实验室条件下,1 h内稳定测量实验结果漂移小于4 nm;利用压电陶瓷(PZT)微动工作台(步进分辨率1 nm)驱动反射镜(模拟磁头)产生位移,在1μm范围内与该系统测量结果进行比对,得到线性相关系数优于0.9998.

采用往复摩擦实验研究高压气体密封条件下橡胶O形圈的摩擦性能,分析密封压力大于3 MPa条件下密封压力、压缩率和橡胶材料对O形圈往复运动摩擦性能的影响规律。结果表明高压条件下O形圈所呈现的摩擦力-位移时变曲线特征与低压条件相同,且黏滞特性明显。高压条件下随着密封压力的增加,丁腈橡胶O形圈最大摩擦力和滑动摩擦力呈线性增长,与低压下最大摩擦力存在极大值和滑动摩擦力趋于稳定不同;高压条件下丁腈橡胶O形圈的最大摩擦力与压缩率呈非线性关系,最大摩擦力存在极大值,与低压下最大摩擦力随压缩率的增大而增大不同;与丁腈橡胶材料不同,三元乙丙橡胶、硅橡胶和氟橡胶的摩擦力随密封压力的增加而逐步增加并趋于平稳,且摩擦力小于丁腈橡胶。

为提高密封气膜的开启能力以满足长寿命设计要求,基于气体润滑理论研究了环瓣式浮环密封表面瑞利台阶型槽的动压特性。采用有限差分方法,数值计算了密封气膜压力分布和动压效应,分析了操作参数和型槽几何参数对密封气膜压力和泄漏率的影响规律。结果表明,表面瑞利台阶型槽可以产生明显的气体润滑动压效应,可使得密封气膜平均压力和泄漏率分别增加38.6%和10.3%;型槽几何参数对动压效应影响明显,槽宽、槽数和槽深的增加均可使气膜平均压力增加;随着槽宽和槽数半径比的增加,无量纲平均压力先增加后减小。

采用端面上加工有倾斜椭圆微孔的SiC环和石墨环配副,实验研究椭圆微孔机械密封端面的低速摩擦磨损性能。实验测量干摩擦及油润滑条件下SiC环的磨损率和温升,分析表面织构对密封端面磨损特性的影响规律。结果表明：接触干摩擦条件下,与织构面配副的石墨环的磨损率明显高于光滑表面;油润滑条件下,转速相对较低时,织构面的温升高于光滑表面,表现出增磨效果;转速相对较高时,织构面的温升小于光滑表面,表现出减磨效果;并且干摩擦和油润滑条件下,表面织构均可减少磨屑的切削和犁削作用,起到表面研磨作用,使得石墨环表面更为光滑。

考虑密封介质粘度随压力和温度的变化,建立了流体静压型机械密封的流体润滑理论模型,采用有限差分法对广义Reynolds方程、广义能量方程、热传导方程等控制方程进行耦合求解,获得了介质温度瞬时升高对机械密封温度分布及密封性能参数的影响规律。结果表明,密封介质温度瞬时升高使端面开启力先增大后减小,泄漏率增大,液膜中各点温度值升高,而摩擦力减小,随着时间延长最后各密封性能参数均趋于稳定值;当热惯性系数较小时,开启力和泄漏率初始阶段增大趋势快,摩擦力减小趋势快,对于不同热惯性常数,密封性能参数达到的稳定值不变。

基于LabView软件开发了机械密封试验数据采集系统,分析了采集系统的基本要求及其基本框架结构,实现了系统的自动控制、数据采集、数据实时显示、数据存储以及历史数据查询等功能。介绍了试验系统软件的实现方法,并给出了系统自动控制、参数设置、数据采集、数据定时保存、数据分析和实时波形显示等关键环节的设计要点和具体程序框图。最后对所设计的数据采集系统进行了性能测试,结果表明所设计的系统可以满足机械密封试验的要求。

基于气体润滑理论,建立了双向旋转树型槽干式气体端面密封的数学分析模型,对比了双向旋转树型槽与螺旋槽密封端面的压力分布,讨论了树型槽的动压开启特性,以及操作参数对密封特性参数的影响规律。结果表明,双向旋转树型槽干气密封不仅能够实现双向旋转,而且具有较好的动压效应。双向旋转树型槽干气密封的动压效应受压缩数、密封压力等操作参数及端面间气膜厚度的影响显著,压缩数增加,动压开启能力增强;密封压力增加,动压开启能力降低。

为进一步提高雁型槽端面干气密封在低速、低压工况下的开启性能，在等深雁型槽的基础上对槽底结构进行变深优化，提出了收敛型锥度、收敛型阶梯、发散型锥度和发散性阶梯4种槽底变深结构。基于气体混合润滑理论，考虑密封端面粗糙度效应和端面间气体滑移流效应，建立了雁型槽端面干气密封动压开启分析模型，数值分析了槽底变深结构干气密封的气膜压力分布，研究了相对变深坡度、环颈深度和密封压力对变深雁型槽端面干气密封的临界开启转速和气膜刚度的影响。结果表明：与等深槽相比，槽底变深结构可提高密封端面间气膜承载能力和稳定性；在相对变深坡度λ=3／8．4／8时，变深结构干气密封的临界开启转速nc取得最小值，且发散型变深结构略优于收敛型变深结构；相对变深坡度取最优值时，发散型结构干气密封的临界开启转速nc与...