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影響機械密封端面摩擦系數(shù)的主要因素有哪些些?

? ? ? ?機械密封的最佳端面潤滑狀態(tài)是邊界潤滑狀態(tài)。因此在正常情況下,機械密封都應(yīng)在邊界潤滑狀態(tài)下工作。對于密封失效的情形,則大部分是處于干摩擦情況下運行。為此,下面討論的影響摩擦副端面摩擦系數(shù)的主要因素主要是指邊界潤滑及干摩擦狀態(tài)下的情況。
? ? ? ?摩擦副端面處于邊界潤滑狀態(tài)工作,相對于干摩擦來說,邊界摩擦具有較低的摩擦系數(shù),能有效的減少端面磨損、延長使用壽命。
? ? ? ?在邊界潤滑狀態(tài)中,做為潤滑劑的密封介質(zhì)的極性分子吸附在摩擦副端面上所形成的邊界膜叫做吸附膜。而對于含有硫、磷、氯等元素的密封介質(zhì)還會和摩擦表面起化學(xué)反應(yīng),生成一層邊界膜,叫做化學(xué)反應(yīng)膜。
? ? ? ?邊界潤滑下摩擦副端面的摩擦系數(shù)主要取決于摩擦表面的性質(zhì)和邊界膜的結(jié)構(gòu)形式。其影響摩擦系數(shù)的主要因素有:
? ? ? ?(1)吸附膜中極性分子的結(jié)構(gòu)明顯地影響吸附膜的摩擦狀態(tài)。在一般情況下,摩擦系數(shù)隨極性分子鏈長的增加而下降,并趨于某一個定值。
? ? ? ?通常極性分子的鏈長決定于分子中的碳原子數(shù),因此,當極性分子中的碳原子數(shù)增加時,摩擦系數(shù)下降,直到某一個值。圖1為物理吸附膜極性分子鏈中的碳原子數(shù)對摩擦系數(shù)f的影響,表2給出脂肪酸族內(nèi)極性分子鏈中的碳原予數(shù)對摩擦系數(shù)的影響。

物理吸附膜極性分子鏈中的碳原子數(shù)對摩擦系數(shù)的影響

圖1 物理吸附膜極性分子鏈中的碳原子數(shù)對摩擦系數(shù)的影響

1——脂肪胺 ?2——脂肪酸 ?3——脂肪醇


表2 脂肪酸族內(nèi)極性分子鏈中的碳原子數(shù)對摩擦系數(shù)的影響

?脂肪酸族 碳原子數(shù)? 摩擦系數(shù)? 潤滑效果?
?辛酸 8? 0.16? 不穩(wěn)定?
?十二烷酸 12? 0.080? 穩(wěn)定?
十六烷酸? 16? 0.065? 穩(wěn)定?
?硬脂酸 18 0.062? 穩(wěn)定?


? ? ? ?(2)各種不同的極性分子在摩擦副端面的吸附量都有一個最大值,這個最大值叫飽和吸附量。此時,摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定的低值。極性分子的吸附量隨極性分子在基液中的濃度增大而增加,最后在一定濃度達到最大吸附量。
? ? ? ?(3)邊界潤滑的摩擦系數(shù)要低,還必須保證邊界膜具有一定的層數(shù)。
? ? ? ?(4)密封端面上當有脂肪酸起化學(xué)吸附形成皂膜時,在保持低于這種皂膜的臨界溫度時具有穩(wěn)定而低的摩擦系數(shù)。
? ? ? ?(5)溫度對邊界膜摩擦系數(shù)的影響如圖3所示。?

溫度對邊界膜摩擦系數(shù)的影響
圖3 溫度對邊界膜摩擦系數(shù)的影響
I——脂肪酸 ?Ⅱ——含有極壓添加劑的潤滑油 ?
Ⅲ——脂肪酸與極壓添加劑的混合物 ?Ⅳ——石臘油

? ? ? ?圖中曲線I為脂肪酸在臨界溫度以下摩擦系數(shù)不隨溫度而變,超過臨界溫度,摩擦系數(shù)急驟上升。曲線Ⅱ為含有硫,磷、氯等元素的極壓添加劑的潤滑油,化學(xué)反應(yīng)前摩擦系數(shù)較高,達到反應(yīng)溫度以后,摩擦系數(shù)能保持穩(wěn)定的低值。曲線Ⅲ為脂肪酸與極壓添加劑的混合物。在低溫和高溫區(qū)都能保持穩(wěn)定的低摩擦系數(shù)。Ⅳ為石臘油,摩擦系數(shù)隨溫度升高而增加。
? ? ? ?(6)在穩(wěn)定而平滑的摩擦狀態(tài)下,端面摩擦系數(shù)不受速度的影響。在速度很低的情況下,即在靜摩擦向動摩擦過渡的速度范圍內(nèi),吸附膜的摩擦系數(shù)隨速度增加而下降,化學(xué)反應(yīng)膜的摩擦系數(shù)隨速度增加而增大,如圖4所示。
速度對摩擦系數(shù)的影響?
圖4 速度對摩擦系數(shù)的影響
1——吸附膜 ?2——反應(yīng)膜

? ? ? ?(7)存在吸附膜的邊界潤滑,除極小或極大載荷的情況以外,吸附膜的摩擦系數(shù)不受載荷的影響。當載荷能使吸附膜脫吸時,摩擦系數(shù)將急劇升高。對于化學(xué)反應(yīng)膜,由于它具有很強的抗粘著能力,因此,在高壓下也能有效的降低端面摩擦系數(shù)。


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