2021年, 第46卷, 第3期　
刊出日期：2021-03-15

  

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  论乔斯特的摩擦学学术思想——纪念摩擦学创始人乔斯特博士诞生100周年

  张嗣伟

  润滑与密封. 2021, 46(3): 1-3. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.001

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  从摩擦学的学科性质、社会功能和实际应用三个方面论述了乔斯特的学术思想。关于摩擦学的学科性质，乔斯特认为，摩擦学是一门通用的多学科，也是一种对决定全局有重要作用的启动技术； 至于摩擦学的社会功能，他认为摩擦学、特别是绿色摩擦学的社会功能是能够提供空间，使科学家和技术人员找到解决这些对人类关系重大的问题的办法；而在摩擦学的实际应用方面，他特别强调，要处理好摩擦学研究与应用之间的关系，要更加重视应用研究，并将研究成果转移到实践中去。
试验研究
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  螺旋槽干气密封静止状态密封性能研究

  宋鹏云, 付朝波, 李支勇

  润滑与密封. 2021, 46(3): 4-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.002

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  螺旋槽干气密封因设备故障检修、停车等处于静止状态时，其密封性能相比旋转状态下具有明显的差异性和关联性。研究螺旋槽干气密封在静止时的密封性能。根据螺旋槽窄槽理论，得到螺旋槽干气密封静止时密封端面间气膜压力控制方程，并运用解析法求解，获得端面间气膜压力分布、开启力和泄漏率等密封性能参数。结果表明：随着边界压力或膜厚增大，静态泄漏率逐渐增大，当静态泄漏率达到JB/T 11289-2012标准规定的最大静态泄漏率时，端面仍处于接触状态；静止状态下的开启力、槽根处的气膜压力和泄漏率随槽深的增加先增大，在槽深大于一定值后趋于稳定；密封端面间的开启力、泄漏率总体上随台槽宽比的增加而减小，但在台槽比为0～10范围内，开启力和泄漏率的变化不大。
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  微生物对切削液稳定性的影响

  李庆宏, 韩明眸, 申媛媛, 张丽, 董丽华, 董耀华, 胡浩

  润滑与密封. 2021, 46(3): 11-16,33. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.003

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  将现场采集的切削废液扩培至不含抑菌剂的切削液中，通过对切削液中微生物多样性分析及微生物对切削液的降解作用研究，探讨微生物对切削液稳定性的影响，发现具有假单胞菌属、水生丛毛菌属、红平红球菌等优势菌种会严重降解切削液中的有机物质，使pH值和总有机碳含量下降，无机碳升高；微生物使切削液劣化严重，影响其稳定性，浊度在前两周增大，平均液滴粒径分布增大了7倍，最大粒径尺寸增大了20倍，液滴之间发生了聚合现象，出现了游离态油相物质。通过DLVO理论与乳液液滴流体动力模型分析，得出微生物的失稳影响机制为：微生物对有效成分的降解改变了切削液的介电常数，赋予乳液液滴大于聚合势垒的活化能，从而形成乳液之间的聚合，降低了切削液的稳定性。
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  格莱圈动密封性能分析及密封参数优化

  郭媛, 吴凛, 许浩, 曾良才, 湛从昌

  润滑与密封. 2021, 46(3): 17-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.004

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  针对伺服液压缸活塞中使用的格莱圈组合密封形式，利用有限元分析软件ANSYS Workbench建立其二维轴对称有限元模型，研究格莱圈在不同密封参数(O形圈预压缩率、矩形滑环的厚度、O形圈的材料硬度)下对其动密封性能的影响。结果表明：在矩形滑环的中间区域，主密封面上最大接触压力随着O形圈预压缩率和O形圈材料硬度的增加而增大，随着矩形滑环厚度的增加而减小；启动摩擦力随着O形圈预压缩率和O形圈材料硬度的增大而增大，随着矩形滑环厚度的增大而减小。基于响应曲面法，以最大接触压力和最小启动摩擦力为优化目标，对格莱圈的密封参数进行优化设计。优化后最大接触压力增大，启动摩擦力减少，提高了格莱圈的密封性能。
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  纳米氧化镧和蛇纹石改性PTFE复合材料淡水环境摩擦学性能预测

  闫艳红, 吴子健, 卢欢, 王腾彬, 郝彩哲, 贾志宁

  润滑与密封. 2021, 46(3): 26-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.005

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  以聚四氟乙烯(PTFE)为基体，改性纳米氧化镧(nano-La₂O₃)、改性纳米蛇纹石(nano-serpentine)为添加剂，采用均匀设计法，制备nano-La₂O₃/nano-serpentine /PTFE复合材料。自制水环境模拟装置，设计并进行淡水环境复合材料摩擦学实验。使用Origin软件对实验数据进行曲线拟合，使用SPSS软件进行多元回归分析，得到摩擦学性能回归方程，通过MATLAB解出回归方程摩擦因数和磨损率理论最优解。以复合材料最优理论配比制作试件，进行摩擦学性能对比实验和磨损表面形貌分析。结果表明：复合材料摩擦学性能实验值与回归分析理论结果基本吻合，摩擦因数误差控制在5%以内，磨损率误差控制在10%以内，证明研究所用方法对复合材料摩擦学性能预测具有可行性。
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  热机耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴密封性能分析

  石昌帅, 赵念刚, 邓娟, 付玉坤

  润滑与密封. 2021, 46(3): 34-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.006

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  针对高温、三维复合运动(往复+旋转)耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封失效问题，设计氢化丁腈橡胶热老化试验，基于热老化试验数据建立热老化效应冲击螺杆钻具传动轴总成O形密封圈三维有限元模型，采用有限元方法研究流体压力、温度、摩擦因数和往复速度对传动轴总成O形密封圈静密封及动密封性能的影响。结果表明：静密封状态下高应力区位于O形密封圈右侧，高接触压力区位于O形密封圈内接触面、外接触面和侧面，最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大，最大接触压力整体上随着摩擦因数的增大而减小；动密封状态下最大von Mises应力和最大接触压力在往复速度为0.4 m/s和摩擦因数为0.25出现异常规律，最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大。由此建议密封圈在静密封和动密封状态，在往复速度小于0.4 m/s和较小摩擦因数下运行。
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  圆柱滚子式三叉杆万向联轴器热弹流脂润滑特性分析

  杨福芹, 肖乾浩, 胡德兴, 宋豪杰, 刘欣

  润滑与密封. 2021, 46(3): 44-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.007

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  为了分析圆柱滚子式三叉杆万向联轴器圆柱滚子与滑块槽之间的脂润滑状况，基于Ostwald模型建立线接触热弹流脂润滑数值计算模型。结合联轴器的稳态工况参数，采用多重网格法、逐列扫描法对润滑油膜压力、膜厚和平均温升求解；探究不同输入轴与输出轴轴线夹角、不同输入轴回转半径、不同圆柱滚子半径、不同初始黏度和不同流变指数对联轴器热弹流脂润滑特性的影响。研究结果表明：减小输入轴与输出轴轴线夹角、减小输入轴回转半径、减小润滑脂初始黏度有利于降低二次压力峰和平均温升，但膜厚减小；增大圆柱滚子半径有利于降低二次压力峰和平均温升，增大膜厚；增大流变指数，有利于增大膜厚，降低温升，但二次压力峰增大。因此，根据实际工况选择较小回转半径，适当减小轴线夹角和增大圆柱滚子半径，适当减小润滑脂初始黏度和增大流变指数，均有利于改善联轴器润滑特性。
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  螺旋槽小孔节流动静压气体轴承静态特性研究

  王欣崎, 李博, 李树森, 贾勇

  润滑与密封. 2021, 46(3): 51-56,62. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.008

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  以螺旋槽小孔节流动静压气体轴承为研究对象，运用变分法求解雷诺方程，利用Fluent软件对轴承静态特性进行仿真分析, 研究供气压力、偏心率、转速以及节流孔直径、螺旋槽宽度和深度对轴承静态特性的影响规律。结果表明：相同偏心率下，随供气压力的升高，轴承静态特性增强；相同供气压力下，偏心率越大，承载能力越高，刚度越小；螺旋槽能够显著提高轴承静态特性，且转速越大，螺旋槽对轴承的动压效应越好；保证其他结构参数不变，轴承静态特性随螺旋槽宽度的增加先增大后减小，螺旋槽深度和节流孔直径越小越有利。
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  摆动油缸端面密封圈不同轴向预压缩量下接触压力分析

  黄海祺, 谢良喜

  润滑与密封. 2021, 46(3): 57-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.009

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  对叶片式液压摆动油缸端面密封圈在不同轴向预压缩量下的接触压力展开研究，分析其受力情况及对摆动油缸启动压力的影响。利用弹性力学相关公式对端面密封圈进行受力分析，计算出不同轴向预压缩量产生的接触压力; 利用Abaqus有限元仿真分析软件对聚氨酯材料制成的端面密封圈进行仿真分析，模拟在不同轴向预压量下的应变应力情况，找出最大应变和最大应力位置; 对不同轴向预压缩量下的摆动油缸启动压力进行计算; 结合实际可加工的尺寸进行实验，验证理论分析的准确性。结果表明：端面密封圈的最大应变与应力均分布在外圆环与内圆环密封接触处；当端面密封圈轴向预压缩量增大，其对应摆动油缸的启动压力也增大，且两者的关系为非线性相关。
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  溶胀对水润滑下丁腈橡胶二体滑动磨损行为的影响

  宋淑媛, 王世杰, 聂瑞, 李云龙

  润滑与密封. 2021, 46(3): 63-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.010

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  丁腈橡胶(NBR)在水介质中工作时会发生溶胀和磨损，为研究溶胀老化对丁腈橡胶滑动磨损行为的影响，对低、中、高3种不同丙烯腈含量丁腈橡胶试样进行不同浸泡时间的静态溶胀处理，采用MPV-600型磨损试验机分别对溶胀老化前后的丁腈橡胶样品进行水润滑单向滑动磨损测试，并通过扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面形貌及磨损机制进行分析。结果表明：与未溶胀丁腈橡胶的滑动磨损相比，在溶胀的影响下丁腈橡胶的摩擦因数减小，磨损量增大；橡胶试样72 h内溶胀影响明显，72 h后趋于稳定; 3种丁腈橡胶试样受溶胀的影响程度随着丙烯腈含量的增加而减小；溶胀后丁腈橡胶分子链弹性的降低和孔洞缺陷的出现导致磨损行为更易发生。
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  纳米铜对蓖麻油酸流体热导率提升机制的分子动力学模拟

  冷岳峰, 刘运宇, 李强, 郑春生, 王嵩博

  润滑与密封. 2021, 46(3): 68-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.011

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  为了研究铜纳米粒子对蓖麻油酸基础流体热导率提升的作用机制，基于分子动力学模拟(MD)方法，以铜纳米粒子直径、添加量、形状、布朗运动及系统温度为变量，对纳米流体热导率的影响机制进行研究。结果表明：纳米粒子的布朗运动会提高纳米流体的热导率；纳米铜(Cu)的加入改变了蓖麻油酸基流体的部分区域密度，产生的液体吸附层对基础流体导热性有阻碍作用；纳米流体的热导率随纳米粒子直径、添加量、系统温度的增加而增加；当纳米粒子体积相同时，表面积大的形状会提高热导率。
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  乏油工况下斜齿轮热弹流润滑特性研究

  丁华锋, 刘明勇, 张晋熙, 吴晨辉

  润滑与密封. 2021, 46(3): 74-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.012

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  建立斜齿轮的乏油热弹流润滑模型，并讨论供油量、转速和齿面粗糙度对润滑性能的影响。结果表明：乏油工况下增大入口区供油量，润滑区的膜厚增大而摩擦因数、温升和次表面应力幅值降低；随着供油量增大，乏油润滑特性逐步趋于全膜润滑状态下特性；随着转速升高，润滑膜厚增大但幅度有限，相应温度场增大和次表面应力场增大；齿面粗糙度会使油膜压力出现剧烈的波动，在油膜压力峰位置的次表面会出现应力集中。
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  曲轴偏置对柴油机主轴承润滑性能的影响

  李秀春, 赵俊生, 李云强, 朱桂香, 谢荣

  润滑与密封. 2021, 46(3): 83-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.013

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  为探究在柴油机强化过程中曲轴偏置技术对主轴承润滑性能的影响，综合考虑柴油机系统动力学、运动件弹性振动和动力润滑的影响，建立12V150柴油机曲轴轴承系统弹性流体动压润滑模型, 分析该型柴油机在不同偏置组合及不同偏置距离下主轴承的润滑性能。研究发现:在第四主轴颈处轴心偏移量较大，润滑性能较差; 采用曲轴偏置后，随着偏置距离的增加主轴承最小油膜厚度有了明显提升，最大油膜压力显著降低; 当左侧气缸单独偏置时峰值油膜压力改善明显，采用两侧气缸同时偏置比单侧气缸偏置时最小油膜厚度有较大提升。
开发应用
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  离子液体修饰的碳纳米管在脂中的摩擦学性能研究

  夏延秋, 李西志

  润滑与密封. 2021, 46(3): 90-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.014

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  以聚α烯烃(PAO40)为基础油，锂钙皂为稠化剂，离子液体修饰碳纳米管为添加剂制备复合锂-钙脂，并对其滴点、抗腐蚀性、导电性进行测试。用FT-R400高速往复摩擦磨损试验机考察该润滑脂的摩擦磨损性能。利用扫描电子显微镜(SEM)观察磨斑表面形貌。结果表明:离子液体修饰碳纳米管提高了润滑脂的导电和摩擦学性能；低碳链的离子液体修饰剂对提高润滑脂的导电性效果明显，而长碳链的离子液体修饰剂对提高润滑脂的减摩抗磨性能更有效，这些归因于碳纳米管与离子液体极性的相互作用提高了润滑脂的导电和摩擦学性能。
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  三种结构封隔器胶筒变形稳定性对比研究

  张付英, 郭威, 张玉飞

  润滑与密封. 2021, 46(3): 95-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.015

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  建立封隔器胶筒的有限元分析模型，模拟圆筒型、梯形环槽型、半圆环槽胶筒型3种不同类型胶筒的变形过程，对不同类型的胶筒在约束变形阶段的稳定性进行分析；提出通过仿真数据判断胶筒稳定性的方法，对比3种不同类型胶筒的稳定变形过程。结果表明：随着高径比的增加，3种不同结构的胶筒均会出现不稳定变形的现象；拥有支撑环的胶筒(梯形环槽型、半圆环槽胶筒)比圆筒型胶筒更容易出现不稳定变形，其中，半圆环槽型胶筒所需的稳定变形载荷比梯形的更大；材料差异对稳定变形载荷的变化趋势影响较小，仅对3种胶筒达到稳定变形的载荷值有影响。
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  不同形状微孔搭配对机械密封性能的影响

  冯东林, 吉华, 李倩, 张子扬, 陈志

  润滑与密封. 2021, 46(3): 100-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.016

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  为探讨不同形状微孔搭配排布对机械密封性能的影响，基于Reynolds方程和JFO空化边界条件，采用有限体积法建立密封间隙流体的数值计算模型；选用圆形孔、椭圆形孔和等腰三角形孔任意搭配，得到27个模型，并计算不同压差、转速下各模型的开启力和泄漏率；对数据做归一化处理后绘制密封性能参数分布图。结果表明：模型中圆形孔数目越少，越靠近外径边界，模型的泄漏率越低，开启力越大；当压差为0时，密封性能参数呈现为区域性集中分布，此现象受动压效应和静压二者共同影响，压差越小，转速越大，越易产生。
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  油气润滑ECT传感器的管道电容及其影响

  孙启国, 孙奥, 闫晓丹

  润滑与密封. 2021, 46(3): 105-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.017

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  采用COMSOL软件建立油气润滑电容层析成像传感器的三维物理模型，推导计入管道电容的数学模型；定义管道电容影响系数，分析管道厚度和管道半径对其影响。在算法中计入管道电容对环状流进行图像重建，并对重建图像质量进行评价。研究结果表明：管道电容影响系数可以表征管道电容对测量电容的影响；管道厚度增加或管道半径减少，管道电容对测量电容的影响增大，特别是对于油气润滑小管径，管道电容对测量电容有较大影响；计入管道电容影响后，重建图像质量有一定提高。
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  船舶艉轴机械密封温度场与热变形分析

  郑煜, 朱汉华, 任泓吉, 于升飞, 周文希

  润滑与密封. 2021, 46(3): 110-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.018

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  船舶艉轴机械密封在运转时，密封环端面温度的分布及热变形对密封的泄漏有重要的影响。为了提高机械密封的密封性，采用有限元分析方法，运用整体法和分离法对机械密封的动、静环的温度场、热变形进行分析，研究在不同主轴转速下端面温度的变化情况。分析表明：机械密封端面的最高温度出现在接触区域的中间，并向内、外两侧递减；端面摩擦热与主轴的转速有密切的关系，转速越大，产生热量越多，温度越高; 密封环的导热系数也对端面温度也有影响，导热系数越高，端面最高温度会越低；端面热变形量内径处大于外径处。
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  旋转轴唇形密封件磨损仿真分析

  张屾, 吴振, 尚闫, 钱征华, 柯玉超, 夏迎松

  润滑与密封. 2021, 46(3): 119-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.019

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  使用有限元分析软件Abaqus对旋转轴唇形密封件的磨损进行模拟，通过UMESHMOTION用户子程序来实现密封件的动态磨损过程和控制局部区域的网格自适应划分，并基于磨损因子模型来控制橡胶的磨损速率，得到了密封件唇口轮廓形状以及接触压力随时间的演化规律。通过计算所得的主唇口磨损深度与实验值进行对比，验证了仿真方法的有效性。结果表明：密封件唇口磨损可分为初期的快速磨损阶段和之后的稳定磨损阶段；在磨损初期磨损速率较大，密封圈与轴之间的过盈量减小，最大接触压力先迅速减小，而后变化逐渐趋于缓慢；随着磨损时间的增加，唇口轮廓逐渐变得平缓，并且防尘唇的磨损程度要比主唇口更高，说明磨损主要发生在空气侧。
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  不同维度碳纳米颗粒对汽轮机油摩擦学性能的影响

  沈俊杰, 余波, 包建军, 连金杯, 康武丽

  润滑与密封. 2021, 46(3): 124-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.020

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  为探究不同维度碳纳米颗粒对汽轮机油摩擦学性能的影响，用静置沉淀法评定汽轮机油中碳纳米颗粒分散稳定性，利用四球机和梯姆肯试验机以及扫描电子显微镜等试验装置评价3种常见维度的碳纳米颗粒(即零维的富勒烯(以C₆₀为代表)、一维的碳纳米管(CNTs)、二维的还原氧化石墨烯(RGO))在汽轮机油中减摩抗磨效果。结果表明：RGO在汽轮机油中表现出更好分散性，C60和CNTs分散稳定性较差，分子间易发生团聚沉淀；RGO在汽轮机油中减摩抗磨效果最为显著，质量分数0.015%的RGO可使汽轮机油最大无卡咬负荷提升52.38%，摩擦因数降低24.75%。
技术探讨
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  考虑齿变形的迷宫密封泄漏特性流固耦合数值研究

  孙丹, 周敏, 赵欢, 王平, 杜宸宇

  润滑与密封. 2021, 46(3): 130-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.021

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  为研究非金属热塑性材料的迷宫密封齿变形对密封性能的影响，建立考虑齿变形的迷宫密封泄漏特性瞬态流固耦合数值求解模型，在验证数值求解模型准确性的基础上，分析不同进出口压比下，酚酞聚芳醚酮(PEKC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜酮(PPESKca30)3种材料的迷宫密封力学特性及泄漏特性。研究结果表明：考虑齿变形的密封流场中最后一节齿顶处的压力要低于其相同工况下未考虑齿变形的流体压力，而速度则恰好相反; 在不同进出口压比下，密封齿受到气流力作用发生变形，密封径向间隙增大，导致泄漏量增加了6.6%～30%; 当进出口压比相同时，材料的弹性模量越大，密封齿变形越小，封严性能越好; 研究的3种材料中，PPESKca30的变形量最小，密封泄漏量最少; 密封件最大变形量均出现在齿顶位置，且从其齿顶位置向齿根方向逐渐减小; 密封件等效应力的最大值均分布在齿根位置，且从其齿顶位置向齿根方向逐渐增大。
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  不同坐标系下滑动轴承动特性系数计算方法的相互转换

  王蕴馨, 马金奎, 陈淑江, 路长厚, 李佳, 刘志颖

  润滑与密封. 2021, 46(3): 137-143. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.022

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  为了完善滑动轴承动特性系数在不同坐标系下的计算方法及相互间的转换关系，分别建立极坐标系和直角坐标系下油膜压力的计算模型，并分析计算过程中雷诺边界条件的实现方法; 给出计算扰动压力的边界条件，运用偏导数法推导扰动压力的表达式; 讨论2种坐标系之间动特性系数的转换矩阵，并通过实例进行验证。结果表明，2种模型计算结果一致，说明了该方法的正确性，完善了诸多研究所依据的经典轴承理论。
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  点接触弹流问题快速直接算法研究

  夏伯乾, 方保江, 郭红, 张绍林

  润滑与密封. 2021, 46(3): 144-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.03.023

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  在点接触EHL快速直接算法的基础上，提出按列分块、逐列求解的求解点接触EHL的新算法，以进一步减少计算量，提高计算效率。对新算法的精确性和高效性进行验证，并探讨新算法的参数适用范围。结果表明：新算法不仅具有更高的计算精度和计算效率，而且具有更宽的参数适用范围，在轻载工况、中载、重载工况下都可以得到很好的收敛解，是对点接触EHL求解快速算法的进一步改进和发展。