中国机械工程 ›› 2025, Vol. 36 ›› Issue (9): 1968-1979.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.09.008
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收稿日期:
2024-08-30
出版日期:
2025-09-25
发布日期:
2025-10-15
通讯作者:
孙兴伟
作者简介:
李姗姗,女,1986年生,博士研究生。研究方向为机械摩擦学与表面技术、智能与仿生材料。E-mail:sgdlss@sut.edu.cn基金资助:
Shanshan LI1(), Xingwei SUN1(
), Heng YANG2, Heting QIAO1
Received:
2024-08-30
Online:
2025-09-25
Published:
2025-10-15
Contact:
Xingwei SUN
摘要:
为研究磁流变液摩擦动力学行为对密封副磨损机理的影响,建立表面粗糙度与铁粉耦合效应下的动态密封磨损模型,利用ANSYS对其进行微观接触力学仿真分析,并通过自制往复式动态密封磨损试验装置测试不同表面粗糙度活塞杆样本在两种介质下的摩擦磨损性能。结果表明,粗糙纹理与铁粉瞬时接触不仅能够缓解O形圈在微凸体交变剪切作用下表面出现的疲劳裂纹,还有助于削弱铁粉对活塞杆产生的微切割效应,使密封副在磁流变液工况下展现出良好的摩擦学性能;铁粉介于抛光样本与O形圈之间长期承受微观纹理施加的横向剪切力及纵向挤压力,迫使大量铁粉嵌入O形圈内部,并在往复运动的活塞杆表面产生明显的犁沟式磨痕,导致系统因两体磨粒磨损而过早引发密封失效。
中图分类号:
李姗姗, 孙兴伟, 杨恒, 乔赫廷. 磁流变液环境下密封副非线性磨损行为研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(9): 1968-1979.
Shanshan LI, Xingwei SUN, Heng YANG, Heting QIAO. Research on Nonlinear Wear Behavior of Sealing Pairs in Magnetorheological Fluid Environment[J]. China Mechanical Engineering, 2025, 36(9): 1968-1979.
接触副 | 弹性模量/MPa | 材质 | 泊松比 | 屈服应力/MPa | 硬度 |
---|---|---|---|---|---|
O形圈 | 37.98 | NBR | 0.49 | 20.76 | 70 HA |
活塞杆 | 193 000 | 316L | 0.31 | 200 | 180 HA |
铁粉 | 210 000 | Fe(OH)3 | 0.28 | 175 | 279 HA |
表1 接触副材料力学性能
Tab.1 Mechanical properties of materials of contact pairs
接触副 | 弹性模量/MPa | 材质 | 泊松比 | 屈服应力/MPa | 硬度 |
---|---|---|---|---|---|
O形圈 | 37.98 | NBR | 0.49 | 20.76 | 70 HA |
活塞杆 | 193 000 | 316L | 0.31 | 200 | 180 HA |
铁粉 | 210 000 | Fe(OH)3 | 0.28 | 175 | 279 HA |
样本 | T01 | T02 | T03 | T04 |
---|---|---|---|---|
制备方式 | 车削 | 车削 | 磨削 | 磨削 |
表面粗糙度(μm) | 3.2 | 1.6 | 0.5 | 0.18 |
表2 样本表面粗糙度参数对照表及加工方式
Tab.2 Parameters of surface roughness and machining processes of specimens
样本 | T01 | T02 | T03 | T04 |
---|---|---|---|---|
制备方式 | 车削 | 车削 | 磨削 | 磨削 |
表面粗糙度(μm) | 3.2 | 1.6 | 0.5 | 0.18 |
参数 | 数值 |
---|---|
载液 | 甲基硅油 |
铁粉体积分数/% | 25 |
铁粉粒度/μm | 1~5 |
粒度分布 | 正态分布 |
表观黏度/(Pa·s) | 1.5 |
密度/(g·cm-3) | 2.65 |
最大屈服应力/kPa | 75 |
表3 磁流变液MRF-J25T技术参数
Tab.3 Technical parameters of MRF-J25T
参数 | 数值 |
---|---|
载液 | 甲基硅油 |
铁粉体积分数/% | 25 |
铁粉粒度/μm | 1~5 |
粒度分布 | 正态分布 |
表观黏度/(Pa·s) | 1.5 |
密度/(g·cm-3) | 2.65 |
最大屈服应力/kPa | 75 |
图15 两种试验介质下配副T01、T02对应的O形圈表面磨损形貌及EDS能谱分析
Fig.15 Surface wear morphology and EDS spectrum analysis of O-ring corresponding to T01 and T02 in two test media
图16 磁流变液工况下配副T03、T04对应的O形圈表面磨损形貌及EDS能谱分析
Fig.16 Surface wear morphology and EDS spectrum analysis of O-ring corresponding to T03 and T04 under MRF condition
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