混合润滑条件下车用旋转密封动摩擦系数多相耦合模型研究

动摩擦系数参数变化规律是确定车用旋转密封散热流量的关键，但动摩擦力变化机制复杂，国内外尚未形成统一的动摩擦系数预测理论模型。本项目拟采用分形学和化学动力学方法，通过基于密封表面的轮廓数据测试，开展分形特征参数与测度间的误差分析研究，探讨密封表面轮廓的分形描述问题，建立粗糙表面的接触变形模型，揭示粗糙表面接触行为的影响因素及影响规律，结合试验对摩擦表面进行XPS分析，推演化学反应膜生成式，确定化学键的改组能量，从化学动力学角度研究与边界膜反应速率相关的影响因素，建立包含液相和固相耦合作用的动摩擦系数模型，揭示动摩擦系数参数变化规律，解决动摩擦系数预测问题。本项目研究成果将为解决车用旋转密封失效问题奠定理论基础，也将为其它摩擦与密封领域的摩擦系数研究提供参考。

动摩擦系数参数变化规律是确定车用旋转密封散热流量的关键，但动摩擦力变化机制复杂，国内外尚未形成统一的动摩擦系数预测理论模型。本项目通过分析粗糙表面的形貌与接触，探索混合润滑下粗糙峰直接接触与摩擦规律；采用化学动力学分析混合润滑下边界膜的生成与扩展，研究边界膜的形成机理和成膜规律；最后将粗糙峰接触摩擦与边界膜接触摩擦耦合在一起，形成了混合润滑下的旋转密封动摩擦系数模型，揭示了形貌参数和边界膜特性参数对动摩擦系数的影响。.针对粗糙表面的接触问题，分别研究了分形与统计两种方法在研究粗糙峰接触问题上的优缺点，研究表明：分形接触模型虽然考虑了接触点曲率半径的变化，但其采用临界变形面积作为区分弹性变形与塑性变形的判据，而该判据缺乏合理性，其影响了分形模型的正确性；同时，分形接触模型无法给出接触变形量对粗糙表面接触力和接触面积的影响；另外，分形模型的特征参数——尺度系数和分形维数，随接触位移发生变化，但目前尚无法给出尺度系数和分形维数的动态变化模型。综上原因，项目最终确定并采用了统计接触模型用于旋转密封表面形貌和粗糙峰接触特性的分析，并揭示了两表面距离对粗糙峰真实接触载荷和接触面积的影响规律。.针对旋转密封边界膜的成膜机理问题，研究确定了磷酸三甲苯酯（TCP）为旋转密封润滑介质的主要添加剂，其易与旋转密封表面铁元素产生化学反应，形成无机磷酸铁反应膜，从而保护金属，使金属不发生直接接触。在此基础上，分析了极压添加剂与金属表面的化学反应过程，得到了Arrhenius方程中的活化能和指前因子，并基于试验确定的旋转密封边界膜厚度值，建立了边界膜的化学动力学方程，揭示了反应时间、温度和摩擦热等参数对边界膜生成厚度的影响。结合边界膜的剪切磨损模型，提出了摩擦过程边界膜稳态膜厚的确定方法，即由边界膜生成膜厚与磨损膜厚的平衡关系来确定稳态膜厚。.针对混合润滑下的动摩擦系数问题，通过耦合粗糙峰的接触摩擦模型与边界膜的接触摩擦模型，构建了混合润滑下的动摩擦系数模型，确定了边界膜厚度、载荷和表面粗糙度等参数对动摩擦系数的影响，即边界膜越厚，动摩擦系数越小；接触载荷越大，边界膜的润滑效果越弱；表面越光滑，边界膜的润滑效果越显著，动摩擦系数越小。.利用项目研究工作，发表了3篇sci文章，2篇EI文章，项目研究成果将为解决车用旋转密封失效问题奠定理论基础，也将为其它摩擦与密封领域的摩擦系数研究提供参考。