在機械密封端面接觸分形模型基礎(chǔ)上，依據(jù)Archard 磨損理論，通過引入分形磨損系數(shù)及求解塑性和彈塑性變形微凸體的體積，建立了機械密封端面黏著磨損分形模型。得到了機械密封軟質(zhì)環(huán)端面磨損率與端面輪廓分形參數(shù)、真實接觸面積、材料性能參數(shù)以及工作參數(shù)之間的關(guān)系式。對B104a -70 型機械密封軟質(zhì)環(huán)端面的磨損率進行了計算和分析。結(jié)果表明，端面磨損率隨著端面比壓、轉(zhuǎn)速及端面特征尺度系數(shù)的增大而增大; 隨著端面分形維數(shù)的增大先迅速減小后逐漸增大，即存在一個使磨損率最小的最優(yōu)分形維數(shù)。

前言

　　對于正常使用的接觸式機械密封，端面磨損是失效的主要原因之一，端面磨損速率對機械密封的使用壽命有著重要影響。Mayer 分析了摩擦狀態(tài)、接觸壓力、滑動速度、溫度等因素對磨損性能的影響。Johnson 等在《Wear control handbook》中的“Seal Wear”一章，論述了機械密封磨損類型，磨損影響因素以及失效分析等重要問題。郝點和顧永泉利用相似原理推導(dǎo)出了與機械密封摩擦磨損過程有關(guān)的相似準(zhǔn)則，提出了簡化準(zhǔn)則關(guān)系式的方法。之后，顧永泉又介紹了如何利用無因次相似準(zhǔn)數(shù)( 磨損系數(shù)和工況參數(shù)) 試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)來預(yù)算機械密封的磨損率，并給出了機械密封磨損率的一種簡易計算方法。

　　目前，機械密封端面磨損的研究還主要依靠試驗手段觀測端面磨損規(guī)律，根據(jù)經(jīng)驗公式估算磨損率。但材料磨損性能試驗是一項耗費大量經(jīng)費和時間，工作量巨大的基礎(chǔ)研究工作。研究機械密封端面磨損特性及磨損規(guī)律，建立合理的端面磨損理論模型，對于機械密封結(jié)構(gòu)合理設(shè)計、工況條件優(yōu)化、材料評價選擇、提高工作性能、延長使用壽命以及指導(dǎo)磨損試驗等都具有重要意義。研究表明，機械密封端面磨損前后輪廓曲線均具有各向同性的分形特性。本文基于Archard磨損理論，并用具有尺度獨立性的分形參數(shù)表征磨損表面的形貌及其變化，建立機械密封端面黏著磨損分形模型。依據(jù)所建立的模型，分析機械密封端面磨損率的影響因素。

2、機械密封端面磨損率的簡易計算

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3、機械密封端面黏著磨損分形模型的建立

　　3.1、機械密封端面微凸體的接觸特性

　　3.2、機械密封端面接觸微凸體體積

　　3.3、機械密封端面黏著磨損分形模型

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4、工作參數(shù)和端面形貌對磨損率的影響

　　4.1、工作參數(shù)對軟質(zhì)環(huán)端面磨損率的影響

　　4.2、端面分形參數(shù)對軟質(zhì)環(huán)端面磨損率γ 的影響

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5、結(jié)論

　　(1) 機械密封端面黏著磨損分形模型揭示了磨損率與密封端面形貌、端面接觸特性、材料性能參數(shù)以及工作參數(shù)之間的關(guān)系，這對機械密封結(jié)構(gòu)合理設(shè)計、工況條件優(yōu)化、材料評價選擇，提高機械密封工作性能以及延長使用壽命等具有指導(dǎo)作用;

　　(2) 由于在整個磨損過程中密封端面的形貌是動態(tài)變化的，即分形參數(shù)是時變的，故磨損率也是時變的�？梢酝ㄟ^測量密封端面分形參數(shù)來預(yù)測端面的磨損率;

　　(3) 通過對B104a -70 型機械密封軟質(zhì)環(huán)端面磨損率的理論計算表明: 機械密封端面磨損率隨著端面比壓、轉(zhuǎn)速及端面特征尺度系數(shù)的增大而增大; 隨著端面分形維數(shù)的增大先迅速減小后逐漸增大，即存在一個使磨損率最小的最優(yōu)分形維數(shù);

　　(4) 計算磨損率時假設(shè)分形磨損系數(shù)KF為定值。實際上，載荷、端面形貌、端面間的摩擦狀態(tài)、滑動速度、材料性能等都會對分形磨損系數(shù)產(chǎn)生影響。為準(zhǔn)確預(yù)測機械密封端面磨損率，還需通過大量的磨損試驗來獲得分形磨損系數(shù)的變化規(guī)律。