摘要機械密封的端面形貌對密封性能和壽命具有顯著影響。實際密封環(huán)表面形貌主要特征表現(xiàn)為，局部具有隨機性，而整體具有統(tǒng)計規(guī)律，這種規(guī)律般用租精度和相關長度表征。 本文針對該問題，基于隨機過程與時間序列理論模擬機械密封端面形貌，在此基礎上利用有限差分法對極坐標下的雷諾方程進行了求解，并對端面潤滑狀態(tài)進行了數(shù)值傷真。仿真結果能夠反映實際端面參數(shù)變化規(guī)律，表明隨機過程用F端面形貌模擬具有可行性，為更加準確的機械密封數(shù)學模型建立提供了思路

前言

      當機械密封動環(huán)與靜環(huán)材質(zhì)確定，密封性能與端面形貌有著直接的關系。不同的端面形貌下，穩(wěn)態(tài)液膜的厚度和壓力分布也會隨之改變，宏觀表現(xiàn)為不同的泄漏率和摩擦扭矩，直接影響機械密封的性能和使用壽命1.2]。因此需要通過數(shù)學或?qū)嶒灥姆椒〝M合端面形貌，進而對實際端面穩(wěn)態(tài)進行分析。

      機械密封端面形貌盡管局部表現(xiàn)出隨機性，但是現(xiàn)有的研究表明，在端面軸向和徑向上，粗糙表面輪廓高度和長度具有統(tǒng)計學規(guī)律，在該方向的研究也逐漸深入。從Heinze的理想平行端面模型到Mayer的平行粗糙端面模型，端面形貌的數(shù)學表征逐漸深化并趨向于真實情況。除了傳統(tǒng)的高度標準差等，高斯過程和分形理論等新的數(shù)學表達也應用到機械密封上。孫見君等基于分形理論獲得的表面形貌相較于其他方法，能夠反映實際端面形貌的幾何自相似性和自放射性3]。隨著微觀表面的觀察手段的進步，通過實驗觀察真實的動靜環(huán)微觀形貌，利用統(tǒng)計學的方法進行分析，同樣可以獲得較為準確的模型。微觀形貌的變化是端面密封性能退化的分析依據(jù)之- .利用實驗離線測量的結果驗證數(shù)學退化模型的正確性，成為研究機械密封的重要手段

  結合上述分析，本文在已有的研究基礎之上,以機載泵用機械密封為研究對象，采用隨機過程與時間序列，擬合端面三維模型。在此基礎上，本文利用有限差分方程對極坐標狀態(tài)下的雷諾方程進行求解，進而對密封端面的流體潤滑狀態(tài)進行數(shù)值仿真。

2機械密封結構即參數(shù)設置

本文研究對象如圖1所示，該密封結構主要包含五部分，依次為皮碗、保持圈、彈簧、靜環(huán)以及動環(huán)。皮碗和保持圈限定彈簧周向移動，保證彈簧始終平行于軸線。采用靜環(huán)補償?shù)慕Y構能夠避免預

緊件(如彈簧等)隨軸轉(zhuǎn)動，進一步減小密封件整形貌。

3表面形貌擬合

實際密封端面微凸體高度分布一般都滿足高的尖峰，微凸體高度在0~1μm隨機分布，整體趨斯模型，其表面輪廓呈現(xiàn)指數(shù)自相關函數(shù)關系，隨勢較為緩和。該擬合結果符合實際端面形貌基本特

征，為后文潤滑參數(shù)求解提供依據(jù)。機過程理論模型為計算機模擬粗糙表面的形貌提供

4雷諾方程求解和油膜參數(shù)方程了可能。進而為表面形貌(如潤滑、摩擦及磨損等)的數(shù)值分析提供數(shù)據(jù)?；诖朔N理論，本文采用了求解雷諾方程的數(shù)值方法包括有限差分法、有.種基于隨機過程與時間序列的粗糙形貌模擬方法，限體積法、邊界元法和有限元法等。其中，有限差

這種方法可以隨機模擬任意自相關函數(shù)的隨機粗糙