一种有表面微织构的车用旋转密封磨损分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车辆传动技术领域，尤其涉及一种有表面微织构的车用旋转密封磨损 分析方法。
【背景技术】
[0002] 在车辆传动系统中，旋转密封环用于湿式离合器或制动器的配油装置，是其中的 关键密封元件，直接影响着传动装置的整体性能、安全性、可靠性和耐久性。在实际的使用 过程中经常因为旋转密封的失效，而导致整个传统装置的故障。其失效形式多是密封端面 的严重磨损，这种磨损失效取决于摩擦对偶面的润滑状态。有效确定磨损量能准确预测密 封环工作寿命及极限工作能力。
[0003] 磨损图（Wearmap)也称磨损形式图（Wearmodediagram)、磨损机制图 (Wearmechanismmap)、或者磨损图解（Weardiagram)，是材料磨损率数据库（Numeric databases)和磨损失效形态图（Topographicdatabases)的结合。所谓材料磨损率数据库 是以数据表的形式给出不同条件下的摩擦因数和磨损率，可依据此数据表估计代表零件的 实际耐磨寿命，但数据共享性差。而提供了磨损表面失效机理方面详细信息的磨损失效形 态图，过于偏重于理论的磨损现象，对实际摩擦副磨损估测的指导意义不大。磨损图对二者 取长补短，在同一图上反映出不同工况下的磨损率和磨损机理，以及摩擦磨损条件改变时 不同磨损机理之间的转变关系，是目前进行耐磨设计最有力的工具。简单而言，磨损图就是 把磨损率数据和磨损表面形态数据信息同时画在一张图上，建立一个综合信息数据库。
[0004] 在磨损的影响因素中，可以直接量化处理的只有少数，相当一部分是目前还不能 量化处理的。因此，在制作磨损图的过程中应该抓住主要因素、忽略次要因素。采用正压力、 滑动速度、导热系数和摩擦副硬度作为可变研宄变量是磨损图研宄的主要方法。
[0005] 传统磨损图针对某种材料在不同工况下的磨损量与磨损机理进行研宄。Riahi和 Alpas对铸铁材料在干摩擦工况下的磨损规律进行研宄，构建了磨损图。Truhan等对发动 机活塞环与缸套摩擦副的磨损规律进行了研宄，分析了磨损机理。Mezghani和Mansori对 不同颗粒尺寸精修带表面磨损规律进行了分析，构建了磨损图来分析磨损机理转变过程。 Bosnian和Schipper建立了边界润滑接触状态的磨损图。
[0006] 但是，现阶段磨损图的研宄主要针对表面无微织构的材料，而对于有表面微织构 的车用旋转密封，由于流体动压效应的存在，流体动压承担了一部分固体粗糙峰承载力。因 此，传统磨损图采用外载荷作为坐标无法准确体现固体粗糙峰的承载程度。
【发明内容】
[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种有表面微织构的车用旋转密封磨损分析方法， 其获取了有表面微织构的粗糙峰承载力，并给出了有表面微织构的车用旋转密封的磨损图 构建方法，通过该磨损图能够确定曲线旋转密封失效情况。
[0008] 有益效果：
[0009] 由于车辆工作状态复杂多变，旋转密封往往处于混合润滑状态，摩擦磨损较严重， 本发明针对有表面微织构的旋转密封，磨损图纵坐标采用粗糙峰接触压力，更能体现固体 接触摩擦的本质特征，根据磨损图能确定曲线旋转密封失效时磨损率的大小，根据失效边 界能确定旋转密封的极限工作能力，根据磨损图能确定粗糙峰接触压力和密封面相对旋转 的线速度改变时磨损率的变化，不仅为分析旋转密封的磨损机理提供数据资料，而且对分 析磨损机理更方便，更准确，能有效预测润滑状态及工作寿命，为指导实际工程设计提供了 参考。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的旋转密封工作原理示意图；
[0011] 图2为本发明的具有表面微织构旋转密封磨损图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明的目的是为了通过测量旋转密封混合润滑条件下的磨损量，绘制磨损图， 为指导旋转密封工程设计提供参考。由于磨损问题十分复杂，影响磨损过程的因素很多，到 目前为止还不能够仅凭理论对磨损问题进行准确的估计与预测。事实上，磨损并非由单一 机理所支配，而是多种机理相互作用的结果。但是，以往研宄一般都是倾向于孤立地进行单 一机理的研宄，并且假定一些机理占支配地位，而较少考虑不同机理之间的关系。磨损图在 同一图上反映出不同工况下的磨损率和磨损机理，以及摩擦磨损条件改变时不同磨损机理 之间的转变关系，是进行耐磨设计最有力的工具。
[0013] 如图1所示，密封在垂直于接触面的方向受四个力的作用：外载荷FlMd，流体承载 力Ffl，粗糙峰承载力Fas，外圆面摩擦力Ff，受力平衡关系为：
[0014] Fload=Ffi+Fas+Ff (1)
[0015] 其中外载荷可由工作压力与作用面积相乘直接获得的，外圆面摩擦力由法向压紧 力与最大静摩擦系数的乘积获得。但流体承载力Ffl的求解较麻烦，由于表微织构的存在， 无法获得Ffl的解析表达式。表面微织构流体压力分布的控制方程是液体柱坐标系下的雷 诺方程：
【主权项】
1. 一种有表面微织构的车用旋转密封磨损分析方法，其特征在于， 步骤1，获取第m时刻的车用离合器实际工况所需的压力油压力以及压力油作用于车 用离合器旋转密封环外圆面的作用面积，将第m时刻的压力油压力与所述作用面积相乘， 获得第m时刻的外载荷 Pload(m)， 获取第m时刻的车用离合器的旋转密封环与进油衬套的之间的压紧力，将所述压紧力 与最大静摩擦系数相乘，获得外圆面摩擦力Ffw; 步骤2,根据表面微织构流体压力分布的控制方程计算第m时刻的密封面液膜压力分
布Pm，对所述第m时刻密封面压力分布pm积分 获得第m时刻流体承 载力Fnw; 其中，r、Θ分别为径向与周向方向的坐标，r。为旋转密封环的外圆面半径，:Ti为旋转 密封环的内圆面半径； 步骤3,根据密封在垂直于接触面的方向的受力平衡关系获得表达式FlMd(m) = Fn(m)+Fas(m)+Ff(m)，将步骤1至2获得的第m时刻的外载荷F lMd(m)、流体承载力Ffiw和外圆面 摩擦力FfwRAF load (m) P Fl (m) +FasW+Ff(m)获得粗糙峰承载力F as(m)，继而获得第m时刻的粗 糙峰接触压力F(m); 步骤4,以密封面相对旋转的线速度为X轴，所述粗糙峰接触压力为Y轴建立二维坐标 系；提取同一时刻t的车用离合器实际工况下的密封面相对旋转的线速度V(t)、粗糙峰接触 压力F(t)，根据同一时刻的密封面相对旋转的线速度V (t)和粗糙峰接触压力F (t)在所述二维 坐标系绘制一个点P(t); 根据利用同一时刻t的磨损量与摩擦行程之比获得车用离合器实际工况下的磨损率 η ω，在绘制的点Pω处标注所获得的磨损率η (t); 以此方式在所述二维坐标系上绘制多个时刻的点，标注多个时刻的磨损率，绘制完成 磨损图； 步骤5,在所述磨损图中根据实际工况确定失效边界，当绘制的点超过该失效边界时， 确定曲线旋转密封失效。
2. 如权利要求1所述的有表面微织构的车用旋转密封磨损分析方法，其特征在于，根 据所述磨损图确定粗糙峰接触压力和密封面相对旋转的线速度改变时磨损率的变化。
3. 如权利要求1所述的有表面微织构的车用旋转密封磨损分析方法，其特征在于，根 据所述磨损图确定曲线旋转密封失效时磨损率的大小，为分析旋转密封的磨损机理提供数 据资料。
【专利摘要】本发明提供一种有表面微织构的车用旋转密封磨损机理分析方法，其以密封面相对旋转的线速度为X轴，所述粗糙峰接触压力为Y轴建立二维坐标系；提取同一时刻t的车用离合器实际工况下的密封面相对旋转的线速度V(m)、粗糙峰接触压力F(t)，根据同一时刻的密封面相对旋转的线速度V(m)和粗糙峰接触压力F(t)在所述二维坐标系绘制一个点P(t)；根据利用同一时刻t的磨损量与摩擦行程之比获得车用离合器实际工况下的磨损率η(t)，在绘制的点P(t)处标注所获得的磨损率η(t)；以此方式在所述二维坐标系上绘制多个时刻的点，标注多个时刻的磨损率，绘制完成磨损图；在所述磨损图中根据实际工况确定失效边界，当绘制的点超过该失效边界时，确定曲线旋转密封失效。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104679990
【申请号】CN201510041189
【发明人】魏超, 赵一民, 胡纪滨, 苑士华, 陶文锦
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月27日