2020年, 第45卷, 第5期　
刊出日期：2020-05-15

  

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试验研究
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  考虑速度滑移的多孔质静压气体轴承静特性

  李洁, 孟磊, 杜建军

  润滑与密封. 2020, 45(5): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.001

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  对于多孔质材料内的气体流动，基于Darcy定律建立其理论模型，并建立气膜间隙流场的雷诺方程，考虑速度滑移修正方程；将上述2个区域的压力分布方程进行耦合，通过有限元方法对耦合后的压力分布方程进行离散化，用超松弛迭代求解出气膜内各节点的压力分布，分析速度滑移对多孔质静压气体轴承静特性的影响。结果表明，考虑速度滑移所计算的气膜压力分布变化平稳过渡，没有较大的突变。计算轴承的承载力及刚度，结果显示在气密间隙小于15 μm时，随着气膜厚度的增大偏心导致的压差增大使承载力不断增大；且当速度滑移系数小于0.1时，速度滑移对轴承承载力及刚度有较大的影响。
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  基于牛顿迭代法的波箔型止推轴承不对中特性分析

  何振鹏, 张淳, 邓殿凯, 金伟, 王宇博, 仲崇高, 郭拓, 柳青, 闫方超

  润滑与密封. 2020, 45(5): 7-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.002

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  为研究波箔型气体轴承运行过程中偏角不对中对轴承性能的影响，选择波箔气体止推轴承作为研究对象，从Reynolds控制方程出发，研究偏角不对中情况下，轴承各个部分的气膜厚度分布情况；结合边界条件，运用牛顿迭代算法计算得到气膜压力分布，进一步分析不对中对波箔止推轴承的承载能力和摩擦力矩的影响。研究结果表明：偏角不对中对于波箔止推轴承的性能有较大影响；随着偏角的增大，最大气膜压力增加，轴承的压力分布越来越不均匀，轴承摩擦力矩增大，系统稳定性大幅降低，但承载能力有一定增强；当偏角过大时，不能得到收敛的结果，轴承几乎失效，对比正常运行的波箔型止推轴承，性能大幅下降；扇形箔数量的增加会导致轴承的承载能力与稳定性均减小。
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  表面织构对错位瓦轴承静动特性的影响

  李超, 裴世源, 郑文斌, 江瑞龙, 徐华, 洪军

  润滑与密封. 2020, 45(5): 18-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.003

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  为研究表面织构对错位瓦轴承的静动特性的影响，在错位瓦轴承表面制备几何形状为半正弦波、矩形、三角形的表面织构，建立表面织构错位瓦轴承的流体动力学润滑模型，采用有限细胞算法求解雷诺方程和能量方程，得到错位瓦轴承的关键静动特性参数，对比有无表面织构情况下的最小油膜厚度、最大油膜压力、温升、功耗和流量、刚度和阻尼等参数。结果表明：相对于光滑表面，织构增加了流量和最大油膜压力，降低了温升，减小了最小油膜厚度，同时使临界质量有所降低；在定载荷及不同转速工况下矩形织构性能最优，其最小油膜厚度最小，最大油膜压力和临界质量最大，正弦织构性能次之，三角形织构性能最差；在定转速及不同转速工况下，矩形织构轴承承载能力最大，正弦织构次之，三角形织构最小，但三角形织构临界质量最大，轴承稳定性最好。
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  微观随机粗糙表面接触有限元模型的构建与接触分析

  施迅, 王伟, 刘焜, 陈锐, 杨璐, 冯圣友

  润滑与密封. 2020, 45(5): 25-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.004

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  基于相关文献提出粗糙表面模拟方法，通过软件工具在ANSYS中建立微观粗糙表面接触有限元模型，利用该模型分析载荷对弹塑性变形和接触面积的影响。结果表明：随着正压力的增大，粗糙表面上不断地有微凸峰与平面发生弹性接触变形，接触斑点（或接触斑点群）的数目逐渐增加，斑点中心区域的弹性变形很快达到最大，微凸峰负荷变形的同时也使斑点四周区域受到挤压；初始接触时，轮廓高度较大的微凸峰率先发生弹性变形，随着压力的增大，金属材料所受应力达到屈服极限同时粗糙表面的弹性变形和塑性变形的集中区域不断增加，真实接触面积不断增大；接触区数目的增多和接触区面积的增加都可以导致接触面上真实接触面积增加；随着压力的增大，真实接触面积的增大并不是由于接触区数目的增多，而是微观接触区面积的增大。
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  无扩口导管拧紧力矩对其密封性能的影响

  郑世伟, 丁晓, 梁红琴, 彭炳康, 祝孟豪, 张永建

  润滑与密封. 2020, 45(5): 30-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.005

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  以某型飞机中无扩口液压导管为研究对象，结合飞机液压导管实际安装以及保压工况，利用有限元软件ANSYS中多线性随动强化来模拟导管弹塑性本构模型；对处于不同安装力矩以及恒定压力下的导管连接件进行仿真分析，研究安装力矩对导管管接头处的应力应变以及密封性能的影响，并给出参考安装力矩。构建液压导管安装试验台，利用力矩扳手采集拧紧力矩值并使用液压油车对导管进行加压试验，验证不同安装力矩对导管管接头密封性能的影响。结果表明：导管与卡套之间的胀形区域产生的大变形以及应力集中是引起导管管接头渗漏的主要原因之一；所提出的密封性能仿真方法可以较为准确地模拟拧紧力矩与密封性能的关系，为实际工程中导管安装提供依据。
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  改性蒙脱石微粒在润滑油中分散稳定性对其摩擦学性能的影响

  张永江, 曹阳, 马雄位, 许盛, 王孟

  润滑与密封. 2020, 45(5): 36-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.006

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  采用油胺、油酸、KH550、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）4种改性剂对经预处理的蒙脱石进行亲油性改性处理，研究分散剂添加量对改性蒙脱石在油液中分散稳定性的影响，并在四球摩擦磨损试验机上考察改性蒙脱石在油液中的分散情况对其摩擦学性能的影响。接触角与红外光谱分析结果表明，CTAB对蒙脱石的亲油性改性效果最优；吸光度测试结果表明，分散剂质量分数为6%时改性蒙脱石在油液中分散效果最佳。摩擦试验结果表明：蒙脱石在油液中的分散情况对其摩擦学性能影响很大，未添加分散剂的CTAB改性蒙脱石在基础油中分散不太稳定，摩擦因数相较于基础油仅降低了9.27%，加入分散剂后摩擦因数和磨斑直径相对于基础油分别降低了19.21%和40.29%。扫描电镜分析结果表明，在摩擦过程中蒙脱石微粒易沉积在磨损表面的低凹处，形成一层保护薄膜，起到降低接触面损伤和一定的修复作用，但蒙脱石微粒分散不好时则易发生团聚，增加表面磨粒磨损，降低其修复作用。
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  滚滑轴承滑块的油-气两相流润滑分析

  卢黎明, 李中豪, 李夫, 谷开

  润滑与密封. 2020, 45(5): 43-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.007

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  为改善滚滑轴承的润滑，运用两相流理论对其滑块进行油气润滑设计，建立滑块的油-气两相流CFD模型，分析不同入口角度、进气速度、进油速度和润滑油黏度对流场油相分布的影响。结果表明：油-气混合润滑方式能在内外滚道接触区形成有效的润滑油膜；油气管道夹角影响油滴分布，角度过大时大量油滴会在滑块侧面上附着，角度过小时油滴会在外滚道入口处堆积，造成供油连续性不好，油膜稳定性下降；进气速度过大会降低油滴附着率，无法形成有效油膜，而进油速度过大会造成润滑油累积，出现搅油现象，因此选择合适的进气和进油速度，才能控制油滴的大小和保持润滑过程的连续性；润滑油黏度会影响油滴在滑块上的附着效果，合理地选择润滑油黏度，才能保证流场油相分布均匀。
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  油封唇口温度变化对密封性能的影响

  张付英, 杨俊梅, 水浩澈, 董城城

  润滑与密封. 2020, 45(5): 49-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.008

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  基于流量因子统计学方法建立油封唇口的混合流体润滑模型，耦合油封的能量守恒方程及黏温方程，通过迭代求解获得油封唇口的温度分布、不同转速下油封唇口的最高温度及温差变化情况；对比分析考虑和不考虑温差情况下油封各项密封性能。结果表明：随着转速的增大，唇口最高温度线性递增，而唇口温差先增大后减小；油封工作时，唇口区域的温度先迅速升高后下降，越靠近唇尖的位置温度越高；与不考虑温度的情况比较，考虑温度变化的影响时密封区域的油膜厚度减小，油膜承载力下降，不利于密封。
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  不同试验条件下ZDDP在250N基础油中的摩擦性能试验研究

  王稳, 李维, 李国良, 刘宏亮, 尹兴林

  润滑与密封. 2020, 45(5): 55-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.009

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  为开发低黏度指数改进剂含量的自动变速箱油，选择四球机研究ZDDP在250N基础油中摩擦性能，在不同的ZDDP添加量、负荷、时间、转速下进行试验，观察各试验条件对ZDDP摩擦性能的影响程度，同时采用正交试验方法分析4种因素对ZDDP的影响显著性。试验结果表明：在950 r/min时， ZDDP在296 N负荷下相比196 N和392 N具有更佳的减磨性能；在1 200 r/min时，随着ZDDP加量提高，磨斑直径下降较为缓慢；在1 450 r/min时，392 N负荷下添加ZDDP的基础油无法提供有效润滑，造成剧烈磨损。正交试验结果表明：在选定的试验因素和水平下，对磨斑直径影响的显著性由大到小依次为负荷、转速、添加剂添加量、时间，其中添加剂添加量和时间对磨斑直径变化绝对值影响接近。
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  含不同固体润滑剂矿用树脂基制动材料的制备及摩擦学性能

  李赛, 杨振伟, 鲁张祥, 崔功军

  润滑与密封. 2020, 45(5): 60-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.010

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  采用热压烧结技术制备含4种不同固体润滑剂（MoS₂、h-BN、石墨和Sb₂S₃）的矿用树脂基制动材料。采用环-块式摩擦磨损试验机研究制动材料在不同载荷和速度下的摩擦磨损特性。采用扫描电镜和能谱仪分析材料物相和摩擦表面形貌，探讨其磨损机制。结果表明：含不同固体润滑剂的制动材料具有相似的硬度值，其维氏硬度约为0.60 GPa；在所有试验条件下，随着载荷和速度的增加，四种样品的摩擦因数与磨损率均有所升高，且4种样品均表现出不同程度的黏着磨损、塑性变形与转移膜的形成，其中含固体润滑剂Sb₂S₃的样品存在轻微的犁削和磨粒磨损；4种样品中，含10%（体积分数）石墨的样品表现出最低的摩擦因数与磨损率。
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  外圆弧槽密封环热-结构耦合变形分析及参数优化

  于蒙蒙, 穆塔里夫·阿赫迈德, 郭勇

  润滑与密封. 2020, 45(5): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.011

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  以外圆弧槽机械密封为研究对象，针对工况参数、密封环端面槽区的尺寸参数对密封环端面温度、变形的耦合影响，建立三维热-结构分析模型，分析密封环在热-力耦合作用下，工况参数、端面槽区的尺寸参数对密封环端面温度、变形的影响，并以端面温度、等效应力最小为准则，利用多目标驱动优化得到优化的槽区尺寸参数。结果表明：在密封面上开槽后，起到局部冷却作用，使端面温度沿径向非线性分布，其中在2个端面槽区中间最大，在槽区和密封端面靠外径边缘温度较低；端面上2个槽区的中间靠外径侧变形最大， 轴向变形靠近内径最大。
开发应用
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  偏心圆凸轮油膜润滑测试系统

  周易, 朱建荣, 孙楠楠, 王加林, 郭峰

  润滑与密封. 2020, 45(5): 72-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.012

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  为准确测量凸轮-挺杆接触的油膜厚度，设计制造凸轮-挺杆润滑油膜光干涉测量系统。该系统采用偏心球-玻璃盘接触副模拟凸轮-平底挺杆的点接触，通过同步带轮带动偏心球转动，实现偏心球运动过程中摩擦力、载荷的测量，同时通过双色光干涉技术对偏心圆凸轮-挺杆接触的油膜厚度进行测量。使用该系统对不同条件下偏心圆凸轮-挺杆机构油膜厚度、摩擦力进行测量，测量结果表明：载荷越大，油膜厚度越小；转速越高，膜厚越大，“鼻尖”处的惯性力越大；相同工况下，偏心距较大时，在区间0°～90°、270°～360°膜厚较高，在90°～270°区间膜厚略低；随转速的增大摩擦力最大值所在的位置前移。
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  基于颜色特征提取的磨粒材质识别

  孔祥兴, 邵涛

  润滑与密封. 2020, 45(5): 79-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.013

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  在机械设备磨损过程中，不同材质摩擦副磨损产生的磨粒颜色各不相同，通过研究磨粒颜色可以判断发生磨损的材质及磨损产生机制，进一步判断出磨损或故障所发生的部位。采用典型材质磨粒颜色标准库，构建基于磨粒颜色模糊辨识的材料判断方法，利用K-Means 聚类算法和基于欧氏距离的最小距离分类法实现磨粒颜色提取及典型材质的自动识别，为机器设备磨损故障监测中的机制分析及磨损部位判定提供了新方法。
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  箔片动压轴承的研制及在机载环控涡轮的应用

  绳春晨, 杨榆, 谢洪涛, 高维浩, 罗高乔, 陈双涛, 侯予

  润滑与密封. 2020, 45(5): 86-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.014

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  针对某型吊舱环控涡轮油润滑轴承存在的油污染、可靠性低等问题，基于吊舱涡轮的实际使用条件研制一种机载涡轮动压箔片轴承，并进行箔片动压轴承机载环控涡轮的性能试验、功能振动试验、高低温贮存试验、启停可靠性等试验验证。试验结果表明：采用动压气体箔片轴承的高速环控涡轮制冷性能、起浮压力、起浮转速均满足使用要求，功能振动试验、-55和70 ℃高低温启动试验优于指标要求，百次启停和超速运转后涂层无脱落，启停次数可达10 000次以上。
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  考虑摩擦与测量噪声的液压缸泄漏诊断方法

  黄武涛, 郭隽侠, 刘颖

  润滑与密封. 2020, 45(5): 91-96,101. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.015

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  泄漏是液压缸的一种典型故障，及时诊断泄漏能够有效保障液压缸的效率性能并提高安全性。在阀控液压缸系统模型中引入Stribeck摩擦模型，建立接近实际情况的系统动力学方程；针对系统存在的非线性问题，采用状态反馈法进行系统状态空间建模；采用带有白色测量噪声的子空间辨识方法进行系统辨识，求解出系统的泄漏系数估计值以判别泄漏故障的存在、类型与泄漏程度，并通过MATLAB/Simulink平台进行验证。结果证明：状态反馈法能够建立线性的系统模型，使子空间辨识法可以对泄漏故障进行诊断；带有白色噪声的子空间辨识法能够消除噪声影响，精确地辨识出每一处泄漏系数估计值。
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  Ag/NdBaCuO复合材料的制备与性能研究

  董丽荣, 李长生, 董晨雨, 吕俊呈, 于万秋, 华中

  润滑与密封. 2020, 45(5): 97-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.016

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  采用固相法制备钕钡铜氧NdBa₂Cu₃O_7-δ（NdBaCuO）粉体，将金属银粉以不同质量分数添加到NdBaCuO粉体中，通过压制、烧结制备银掺杂的钕钡铜氧Ag/NdBaCuO复合材料。用X射线分析仪分析样品物相，用扫描电子显微镜和金相显微镜及X射线能谱仪分析样品显微结构和元素组成，用摩擦实验机测试Ag/NdBaCuO复合材料与对偶件钢对摩的摩擦学性能。物相及力学性能分析结果表明：NdBaCuO与银二者不发生化学反应，添加银后NdBaCuO微观结构没有改变；分布在NdBaCuO基底中的银增大了复合材料密度。摩擦测试结果表明：Ag/NdBaCuO复合材料摩擦因数和磨损率比纯NdBaCuO的低，Ag/NdBaCuO复合材料中的银起到了固体润滑剂的作用，提高了Ag/NdBaCuO复合材料减摩耐磨性能。
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  镍钛合金双层波纹石墨复合垫片的设计与参数优化

  邓文飞, 孔慈宇, 张斌, 谭伟, 胡朝斌, 韩志达

  润滑与密封. 2020, 45(5): 102-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.017

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  针对反应釜的高腐蚀性、恒温以及多振动等工况，设计一种新型镍钛合金双层波纹石墨复合垫片，其骨架材料为镍钛合金，结构为双层式波纹结构，在双层骨架的内外侧填充石墨层。选取波纹数、骨架厚度和波纹幅值等参数进行正交优化设计，采用ANSYS软件模拟该垫片在一定波纹数（4～6个）、骨架厚度（0.3～0.5 mm）和波纹幅值（0.3～0.5 mm）时的变形特征。结果表明：新型垫片的最佳回弹率为93.84%，对应的波纹数、骨架厚度和波纹幅值为5个、0.5 mm和0.3 mm。与不锈钢双层波纹石墨复合垫片和不锈钢单层波纹石墨复合垫片对比表明：镍钛合金双层波纹石墨复合垫片具有最好的回弹性能。
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  考虑黏压效应的风电齿轮热弹流分析

  熊永强, 何爱民

  润滑与密封. 2020, 45(5): 108-113,118. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.018

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  在线接触热弹流润滑的基础上，考虑黏压效应，对风电行星轮系齿轮副进行热弹流润滑数值分析，并采用热弹流润滑数值方法和ISO/TS 6336-22计算了齿轮副的最小油膜厚度、安全系数和闪温温度，并比较各主要啮合点的压力和油膜厚度分布。结果表明：与使用ISO/TS 6336-22计算的结果对比，采用热弹流润滑理论计算的油膜更厚，但安全系数更小；在风电齿轮副热弹流润滑分析时应考虑压力对黏度的影响；风电主齿轮箱齿面因啮合产生油膜厚度随温度增加会迅速降低，最小油膜厚度会随载荷增加迅速减小，因此风电齿轮箱要保证足够的润滑，并尽量避免在高于额定载荷下长时间持续运行。
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  同心注水管柱分层测压密封段设计与研究

  孟培媛, 王稳

  润滑与密封. 2020, 45(5): 114-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.019

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  设计一种用于同心注水管柱长期分层静压测试的密封段，该密封段为纯机械结构，利用重力冲击触发，依靠井下压力推动活塞压缩胶筒进行坐封，具有施工简单、长期工作稳定可靠的优点。根据该密封段的使用要求，对常用的桶形胶筒结构进行改进，在胶筒内侧增加金属衬环，以增强变形的稳定性和可控性。ABAQUS有限元仿真结果表明，改进后的胶筒与配水器内壁的密封系数和最大接触压力均提高了30%以上，初始密封性能有了很大提高，室内样机试验证明其双向密封压差最大可达20 MPa。将该密封段样机在井下进行了10天的长期测试，达到了预期功能，可用于生产实践。
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  基于断裂力学的DAS组合密封圈疲劳寿命预测

  裴硕, 林天豪, 王世杰

  润滑与密封. 2020, 45(5): 119-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.020

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  基于断裂力学理论，推导撕裂能与疲劳裂纹扩展速率间的函数关系式，将复杂的多方向应力转化为单轴等效应力，建立丁腈橡胶疲劳寿命预测模型。选用Mooney-Rivlin本构模型来表征丁腈橡胶超弹性力学行为，在简化DAS组合密封圈结构后建立有限元模型，并通过计算应力分布确定危险单元位置。通过拟合拉伸试验数据得出应力应变关系，采用数值分析方法计算撕裂能变化量，并预测裂纹萌生位置与疲劳寿命。结果表明，DAS组合密封圈的危险单元位置在密封圈接近右侧密封槽倒角处。仿真软件预测的危险单元位置和疲劳寿命与理论计算结果一致，验证理论计算结果的正确性。
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  以汽油和甲醇为燃料时小型二冲程发动机摩擦特性比较

  卫飞, 易世雄, 郝佳胜, 杨万里, 王瑞平

  润滑与密封. 2020, 45(5): 124-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.021

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  采用往复振动机模拟小型二冲程发动机运转工况，实验研究汽油和甲醇为燃料时发动机气缸和活塞环间的摩擦特性，并比较分别使用润滑油新油、润滑油老化油、润滑油新油和老化油的混合油作为润滑油时气缸和活塞环间的摩擦特性。结果表明，以甲醇为燃料时的摩擦因数和磨损量均小于以汽油为燃料时的摩擦因数和磨损量，特别是使用添加了润滑油新油的燃料时的摩擦因数和磨损量最小。通过黏度和热重（TG）分析，探讨甲醇燃料改善气缸和活塞环间的摩擦特性的原因，结果表明，甲醇燃料具有较高的黏度和较低的摩擦因数，因而以甲醇为燃料时可以降低磨损。
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  两种润滑脂中基础油提取方法的比较

  马丽, 何少飞, 陈志忠, 仇建伟

  润滑与密封. 2020, 45(5): 128-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2020.05.022

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  为研究不同提取方法对锂基润滑脂中基础油提取效果的影响，采用12-羟基硬脂酸体系稠化基础油制备锂基润滑脂，然后采用石油醚提取法和压力分油提取法分别提取制备的润滑脂中的基础油，并分析2种不同方法提取的基础油与原稠化基础油在黏度、族组成、低温性能和组分构成方面的差别。结果表明：2种不同方法提取的基础油的红外谱图与稠化基础油的红外谱图基本一致，族组成和苯胺点也与稠化基础油基本一致；压力分油提取法提取的基础油的黏度、黏指、倾点和蒸发损失与稠化基础油一致；石油醚提取法提取的基础油的黏度与混合基础油中的小黏度基础油基本一致，黏指和倾点与润滑脂稠度相关，蒸发损失略大于原稠化基础油。对于润滑脂的剖析，2种方法结合使用可以得出较为准确的结果。