以旋转轴唇形油封为研究对象,采用激光加工技术在轴表面加工3种不同形状微织构,在油封密封试验机上开展对比试验,探讨了不同轴表面微织构、不同转速对油腔温升、摩擦扭矩、泵吸率等参数的影响,利用扫描电镜对比分析了试验前后密封唇表面的微观形貌。结果表明轴表面微织构对油腔温度、摩擦扭矩和泵吸率影响较大,与光滑轴相比,三角形和矩形微织构表面能够增大泵吸率,尤其前者泵吸率增幅较大,在2000 r/min时增加了3倍,但于此同时也会带来一定的密封圈温升和摩擦扭矩的增大,设计时需要综合考虑;随着转速的增大,摩擦扭矩和泵吸率也随之增大;三角形和矩形微织构对应的唇口表面粗糙峰数量较多,且分布较均匀,而圆形织构、光滑轴表面对应的唇口粗糙峰数量较少,分布较为分散。

基于有限元分析软件Abaqus建立旋转唇密封模型,计算得到其静态接触压力和径向变形影响系数矩阵,然后通过油封数值计算模型计算得到其泵吸率;在工况一定的情况下,分析理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚结构参数对密封性能的影响,并应用田口实验法进行正交试验设计,以信噪比作为衡量泵吸率稳定性的指标,得到影响密封可靠性的最佳参数组合;应用响应曲面分析,得到油封的极限状态方程,并通过蒙特卡洛法计算基于结构参数的油封可靠度。结果表明:各结构参数对泵吸率的影响排序依次是理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚;所研究油封的密封可靠度为0.999 87。

针对目前国内外关于唇式密封圈的研究偏重于模拟而实验工作相对较少的现状，在油封密封试验机上对不同规格的油封密封圈进行相关实验，测量摩擦扭矩、腔体温度、泵吸量等参数，计算出摩擦力、泵吸率并分析摩擦力、腔体温度及泵吸率的变化特点。结果表明：在相同转速下，随着油封规格的增大，摩擦力的总体波动幅度呈现出减小的趋势，腔体油温在实验前后的温差也随之增大，泵吸率呈现出上升的趋势；对于新安装的油封，在轴速为2000r／min的条件下，运行1h左右才会显现出泵吸效应。