2021年, 第46卷, 第6期　
刊出日期：2022-07-04

  

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试验研究
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  超临界二氧化碳干气密封热-流-固耦合建模与变形特性分析

  徐洁, 俞树荣, 严如奇, 丁俊华, 丁雪兴

  润滑与密封. 2021, 46(6): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.001

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  为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布，揭示工况条件对密封环变形的影响规律，在考虑CO₂真实气体效应的同时，建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型，借助CFD和CSM计算机仿真技术，研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明：密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面，热变形和力变形方向相反，其中热变形起主导作用；转速增大，密封环最大轴向热变形和力变形增大，动环最大轴向热-流-固耦合变形减小；介质压力增大，动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%，最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小；进口温度上升，动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%，最大轴向力变形基本不发生改变。
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  多孔质气体静压径向轴承倾斜状态特性研究

  段柳颖, 张晓峰, 刘玚, 李跃华, 王硕

  润滑与密封. 2021, 46(6): 10-14,37. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.002

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  为研究倾斜状态对多孔质气体静压轴承性能的影响，基于一维流动模型应用有限元方法对多孔质气体静压轴承进行数值分析，研究渗透率、初始偏心距、倾斜角度等重要因素对多孔质径向轴承承载能力和弯矩的影响。结果显示：轴承初始偏心距对轴承承载能力影响很大；在相同初始偏心距时，倾斜状态下的径向轴承承载能力随着轴承倾角的增大而增大；在相同倾斜角度时，径向轴承承载能力分别随着轴承初始偏心距和轴承渗透率的增大而增大，并且初始偏心距越大，渗透率对承载能力的影响越大。
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  氧化镁/氧化锌导电硅脂的性能研究

  吴礼宁, 夏延秋, 吴浩, 陈中山

  润滑与密封. 2021, 46(6): 15-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.003

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  氧化镁可以提高摩擦表面摩擦膜的致密性，氧化锌也具有优良的抗氧化、抗磨减摩性能。以不同含量的氧化镁和氧化锌为添加剂，二甲基硅油为基础油，聚四氟乙烯作稠化剂，制备导电润滑硅脂，并分别对硅脂的滴点、体积电阻率和摩擦学性能进行测试。结果表明：氧化镁和氧化锌添加剂都可以提高硅脂的滴点、导电性，其中氧化锌作为添加剂的硅脂的滴点高于氧化镁，体积电阻率小于氧化镁；氧化锌和氧化镁添加剂加入能够降低硅脂摩擦因数、减小磨损，且氧化镁作为添加剂表现出更优秀的抗磨减摩性能。XPS分析表明，氧化镁和氧化锌添加剂在摩擦过程中在摩擦表面发生化学反应形成了含Fe、Zn和Mg元素的反应膜，能够填充磨痕表面，起到了减摩抗磨的作用。
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  考虑微观形貌影响的油封磨损分析

  张付英, 郭威, 初宏怡

  润滑与密封. 2021, 46(6): 21-25,44. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.004

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  为探讨微观形貌对油封磨损的影响，提出一种包含微观形貌的多尺度模拟方法。该方法不仅涉及了径向力、磨损轮廓等要素，还能反映唇口粗糙峰、轴表面微螺旋槽等微观密封特性。建立油封磨损的仿真流程，模拟油封在润滑条件下的磨损，分析轴表面微螺旋槽数目、油封唇口粗糙度以及温度对油封磨损的影响。结果表明：密封区域内的微观形貌对油封磨损速率和密封性能有着不可忽视的影响；通过降低旋转轴表面微螺旋槽数目和油封唇口表面粗糙度，可以有效地减少旋转唇形密封的磨损；提高唇口表面粗糙度或使油温达到80 ℃以上，能够通过影响密封区流体动压分布从而提升泵吸率。
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  基于Abaqus的井下U形金属密封环性能研究

  何东升, 代辉, 谢小路, 李川, 王波

  润滑与密封. 2021, 46(6): 26-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.005

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  为满足井下流量控制阀在高温高压、强腐蚀工况下的密封要求，提出一种可用于径向密封的U形金属密封环；利用Abaqus软件建立密封环的二维有限元分析模型，计算在预紧和井下实际工况条件下的最大Mises应力和接触压力的分布情况，分析初始压缩量、密封环厚度和井下压力对密封性能的影响。结果表明：随着初始压缩量的增加，最大接触压力先增大后减小再增大；随密封环厚度增加，最大接触压力先减小后增大；随井下压力增加，最大接触压力波动增加。初压缩量为0.4 mm、密封环厚度为3.7 mm时密封效果最优；在井下工作压力为30 MPa时，U形金属密封环能够满足密封条件，实现紧密密封。
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  MoS₂/C复合涂层在不同对磨副下的冲击磨损行为研究

  邹浪, 丁原, 蔡振兵

  润滑与密封. 2021, 46(6): 31-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.006

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  在基于动能控制的冲击磨损设备上，以球-平面接触的方式，探究304不锈钢基体和MoS₂/C复合涂层在不同对磨副冲击下的磨损行为，并分析摩擦界面响应及磨损机制。结果表明：随着冲击副材料的弹性模量增加，冲击接触峰值力以及能量吸收率逐渐上升，对应的磨损量及磨损率也随之提高；MoS₂/C复合涂层的接触应力、能量吸收率以及磨损均要低于304不锈钢基体；涂层的冲击磨损形式主要为材料的剥落与磨屑堆积，磨损机制为塑性变形以及摩擦氧化。
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  吊装孔螺栓-法兰-垫片结构的泄漏率预测及参数优化

  田宇, 黄晓明, 王瑞英, 雷加静, 史长青, 许国良

  润滑与密封. 2021, 46(6): 38-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.007

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  吊装孔是船舶舱室等设备结构的重要贯穿件之一，也是主要的泄漏源之一，因此有必要开展吊装孔螺栓-法兰-垫片密封结构的泄漏率预测和控制开展研究。将接触界面视作复杂微孔结构，基于多孔介质渗流理论确定了接触界面微孔结构及其变形与气体输运之间的定量关系，构建接触密封泄漏率机制模型。该模型综合考虑微观接触界面流动分析与宏观结构力学分析，且不依赖于实验回归系数，对非标准法兰密封结构设计具有重要指导意义。结合三维有限元力学分析，采用所提出的模型对吊装孔螺栓-法兰-连接结构的泄漏率预测，并定量分析多种因素的影响，包括螺栓预紧力、法兰宽度、垫片厚度、螺栓个数、螺栓直径等。计算结果表明：在其他条件不变的情况下，单独增大预紧力、垫片厚度或螺栓个数，可以减小高介质压力下的泄漏率，而改变螺栓直径对泄漏率基本没有影响。以最小泄漏率为指标，采用正交试验法对吊装孔密封结构进行优化设计，计算得出最优方案下的泄漏率与最大泄漏率相比下降了37%。
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  多因素影响的格莱圈材料摩擦磨损试验研究

  李磊, 刘晓玲, 刘凤麒, 郭光福

  润滑与密封. 2021, 46(6): 45-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.008

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  格莱圈由聚四氟乙烯(PTFE)矩形滑环和丁腈橡胶(NBR)O形圈组成。为了研究不同因素对于格莱圈密封材料摩擦磨损性能的影响，利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机，通过改变往复频率、粗糙度、润滑状态研究格莱圈材料与45钢配副时的摩擦磨损性能，利用SEM对试块试验前后表面形貌进行观测，并对摩擦磨损机制进行分析。试验结果表明：在干摩擦和滴油润滑条件下PTFE材料相比NBR材料具有更为优异的摩擦磨损性能；NBR材料表面粗糙度过高或过低都会导致摩擦因数升高，表面粗糙度对具有自润滑性能的PTFE材料的摩擦因数影响不大；高往复频率会使NBR材料摩擦因数降低，过高或过低的往复频率都会使PTFE材料摩擦因数降低；NBR材料的磨损形式以磨粒磨损和黏着磨损为主，PTFE材料以黏着磨损和疲劳磨损为主。
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  微孔节流器静压气体止推轴承性能分析

  罗舒元, 刘波, 赵晓龙, 董皓, 张君安

  润滑与密封. 2021, 46(6): 52-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.009

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  传统固有孔节流静压气体止推轴承研究的理论基础均建立在节流孔直径远大于气膜间隙的前提下，为了探究与气膜间隙同一数量级的微孔节流器静压气体止推轴承的静态性能，建立微孔节流静压气体止推轴承模型，通过CFD软件进行三维仿真，分析不同气膜间隙、孔径、供气压力对轴承静态特性的影响，并与环面节流器静压气体止推轴承进行对比。结果表明：无论是微孔节流器还是环面节流器，在节流孔出口处均有压降出现，但微孔节流器相对于环面节流器在节流孔出口边缘处速度和压力变化较为平缓；随着气膜间隙的增大轴承承载力减小，随着微孔节流器孔径减小轴承刚度增大，相同孔径下供气压力越大轴承承载力和刚度越大。
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  不同润滑状态下游离水对点接触油润滑润滑性能的影响

  郭光福, 刘晓玲, 李磊

  润滑与密封. 2021, 46(6): 58-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.010

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  为研究水污染对润滑油性能的影响，通过点接触光干涉试验得到充分供油、轻微乏油及严重乏油3种润滑状态下的油膜光干涉图和膜厚形状曲线，研究游离水对接触区油润滑润滑性能的影响。结果表明：在充分供油条件下，游离水对点接触润滑油膜厚度的影响不大，主要影响中心膜厚；在乏油润滑状态下，游离水对点接触润滑油膜厚度有增益效果；但3种润滑状态下，游离水都会使气穴区边界变得模糊不清，提高了油润滑的弹流润滑性能。
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  齿轮仿生织构特征设计及有限元分析

  苏永生, 齐国良, 李亮, 申干强, 王文昌

  润滑与密封. 2021, 46(6): 65-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.011

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  为降低齿轮啮合界面摩擦，提升齿轮传动性能及寿命，基于仿生摩擦学和有限元仿真技术，通过研究齿面织构特征对齿面应力的影响规律，合理设计了齿面织构特征参数，包括仿生织构的形状、尺寸、密度、分布形式等。仿真结果表明：仿生沟槽宽度对齿面应力影响较大，沟槽深度、沟槽间距及沟槽与齿顶距离对齿面应力影响较小；沟槽深度的增加会导致齿面应力的降低；随着齿轮传递扭矩的增大，织构齿轮和光滑齿轮齿面应力均表现出明显增大的趋势，但相同条件下，织构化齿面的接触应力明显高于光滑齿面。
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  基于振动信号的机械密封金属波纹管疲劳分析

  郜凯强, 穆塔里夫·阿赫迈德, 郭勇

  润滑与密封. 2021, 46(6): 71-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.012

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  针对“S”型金属焊接波纹管振动疲劳失效问题，采集相关工况下的振动信号，使用短时傅里叶变换编辑信号的方法识别损伤区间，并在区间端点等距插值拼接信号，得到用于零件疲劳分析的编辑信号。对原始信号和编辑后的信号用雨流计数法统计损伤循环次数，并求出信号的平均能量；将编辑信号加载至波纹管，通过仿真计算进一步验证，得到了编辑信号与原始信号影响下波纹管的疲劳损伤分布云图；并分析不同转速下，振动信号不同应力范围的能量循环次数。结果表明：通过信号缩减得到的编辑信号有效地保留了损伤片段并且缩减了信号的长度，表明基于短时傅里叶变换的缩减信号方法可以有效地缩短疲劳实验的时间，加速研发周期；低转速时波纹管径向应力较大、循环次数较高，更容易发生振动疲劳。
开发应用
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  液相浸渍法制备耐高温柔性石墨密封材料

  徐文露, 张凌燕, 邱杨率, 王靖, 赵绍林

  润滑与密封. 2021, 46(6): 78-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.013

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  为提高柔性石墨密封材料的高温抗氧化性及力学性能，选用硼酸镁、磷酸、硅酸钠及乙二醇为浸渍剂，采用液相浸渍法对柔性石墨材料进行改性，并通过单因素条件实验确定最佳浸渍剂配比和浸渍工艺。结果表明：采用最佳工艺制备的柔性石墨材料抗拉强度、压缩率和泄漏率有明显的提高，且耐受温度从450 ℃提高至800 ℃，在800 ℃有氧环境焙烧1 h的热失重百分比下降到6.98%，表明液相浸渍有效提高了柔性石墨材料的耐高温性能，同时使材料的力学性能得到增强。SEM分析结果表明，硼酸镁、磷酸、硅酸钠在高温下在柔性石墨的内部和表面形成一层玻璃态保护层，并填充堵塞内部的微细孔道，隔绝氧气与石墨的接触，延缓柔性石墨与氧气的氧化反应。
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  典型橡胶O形圈密封结构实验装置的设计与应用

  瞿金秀, 石长全, 郭金柱, 曹蔚

  润滑与密封. 2021, 46(6): 84-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.014

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  为了开展橡胶O形圈密封结构的老化状态检测研究，结合工程实际，设计一种典型橡胶O形圈密封结构的实验装置，并结合应用实例，解释该实验装置的应用。该实验装置不仅方便开展自由条件和约束条件下的激励实验，而且方便实现橡胶O形圈压缩量、衬套沟槽形状和大小的不同；方便衬套和橡胶O形圈的更换，可以通过更换不同老化程度的橡胶O形圈模拟结构的不同老化状态；方便传感器的布置，可以通过空气增压模拟介质压力，可以保持衬套轴向位置的稳定而不会影响其相对缸筒组件的转动，为研究橡胶O形圈密封结构的老化状态检测奠定了实验基础。
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  表面织构水润滑聚合物轴承承载性能有限元分析

  王娟, 王隽, 田佳彬, 王刚伟, 岳志恒

  润滑与密封. 2021, 46(6): 90-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.015

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  应用ADINA有限元方法，对无织构和有织构水润滑聚合物轴承的承载性能进行流固耦合有限元仿真分析，探讨不同内衬材料轴承在不同转速下的水膜压力分布及承载力变化状况，以及材料弹性模量、转速、水膜压力对凹坑表面织构变形的影响规律。仿真结果表明：内衬材料弹性模量对凹坑变形及水膜压力有重要影响，在相同条件下，弹性模量越大，水膜压力及承载力也越大，因此内衬材料应选弹性模量较大的聚合物材料；在相同条件下，有织构轴承的水膜压力和承载力均高于无织构轴承；轴承发散区的织构布置初始角对轴承承载力分布状况有一定影响，随初始角的增大轴承承载力呈现先升高后降低的变化趋势。
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  纯电动汽车一体化动力总成非接触式密封结构设计

  刘祥环, 刘平, 曹保平, 陈勇智

  润滑与密封. 2021, 46(6): 97-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.016

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  纯电动汽车一体化动力总成普遍使用的油封因与轴为抱紧滑动密封，在长期磨损、老化后容易失效，且不容易更换，同时在电机高速运转时，因线速度较大，油封无法满足设计要求。针对此问题，设计一款适用于纯电动汽车一体化动力总成的非接触式新型密封结构。该密封将动环和静环集成在一起，中间形成迷宫结构，并在动、静环之间增加了浮动环。通过模拟仿真及实验验证了该非接触式新型密封结构达到设计预期功能，可靠性较常规油封密封有明显提升，且结构更加紧凑，有效提升了一体化动力总成生命周期内的可靠性。
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  花状与球状MoS₂对PAO15润滑油摩擦学性能的影响

  祝榕, 霍丽霞, 周晖, 张凯峰, 郑玉刚, 胡明泰

  润滑与密封. 2021, 46(6): 102-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.017

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  为改善低黏度PAO15润滑油的摩擦学性能，通过水热法制备球形与花状MoS₂颗粒，采用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对所制备的MoS₂颗粒进行表征。制备球形与花状MoS₂改性的PAO15油，利用四球摩擦试验机对比研究2种形貌MoS₂在不同用量条件下对PAO15油摩擦学性能的影响。采用光学显微镜、表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)与能谱仪(EDS)对磨痕表面进行表征。结果表明：制备的球形与花状MoS₂晶型均较好地符合MoS₂的晶型，掺杂至PAO15油中均能够提升其摩擦学性能，使其摩擦因数降低；随着MoS₂颗粒添加量的增加，PAO15油摩擦学性能有所提升，在质量分数为1.0% 时达到最优；花状MoS₂具有更大的比表面积，其对PAO15油抗磨损性能的提升优于球形MoS₂，形成的转移膜能够更好地起到隔离摩擦表面的作用。
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  基于ANSYS的凹凸管法兰系统密封性能研究

  刘健, 闫振汉, 陈庆

  润滑与密封. 2021, 46(6): 109-113,135. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.018

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  运用ANSYS有限元分析软件，建立凹凸管法兰系统的热-结构数值模型，对系统内各组件的应力与温度对系统密封性的影响规律进行分析。结果表明：法兰管道与螺栓外侧法兰外缘所受应力相对较小，螺栓内侧法兰所受应力相对较大；在预紧、预紧+内压、预紧+内压+温度3种工况下垫片的径向应力过渡方式均为由大变小再变大的变化趋势，且在预紧工况下垫片的压应力最大；自螺栓底面至顶面螺栓轴向应力呈逐渐增大再减小的变化趋势。
综述与分析
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  磁流变液密封技术概述

  周洪亮, 张迎冲, 明平美, 赵武, 张会端, 曹军

  润滑与密封. 2021, 46(6): 114-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.019

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  在外加磁场作用下，磁流变液因具有一定的黏性应力和可控的屈服应力，故能呈现出明显的耐压能力。即使发生瞬时过压，当压力回落时，磁流变液密封也可自动愈合，使得其在很多领域得到了广泛应用。介绍磁流变液的基本特征及其密封应用；对磁流变液密封结构设计相关事项进行了论述；针对如何提高磁流变液密封耐压压降方面，重点阐述影响其密封性能的主要因素；分别基于宾汉姆塑性模型、双黏度模型、赫谢尔-巴克利模型和具有屈服前黏度的赫谢尔-巴克利模型，着重探讨磁流变液屈服应力及其密封耐压压降数学模型的建模方法，并对磁流变液密封发展趋势提出预测，为开展密封技术及其他应用研究提供理论基础与技术支持。
企业论坛
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  跨超音速风洞喷管段柔壁新型充气密封围带研制

  唐淋伟, 马东平, 于凤举, 丁寿和, 任国柱, 尹永涛

  润滑与密封. 2021, 46(6): 126-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.020

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  针对现有多座该类风洞充气密封围带存在的问题，提出“凹”字型结构充气密封围带设计方案。设计的充气密封围带在自然状态下能脱离与侧壁的接触，从而保证充气密封围带不与侧壁刮擦，提高密封围带的使用寿命；采用“凹”字型截面结构，可保证充气密封围带有足够的膨胀量，实现柔壁与风洞侧壁的密封。通过气密性试验、膨胀/回缩试验、试验夹具内密封试验、爆破压力试验、充气疲劳试验、模拟风洞工况试验，对设计的充气密封围带的密封性能进行验证，并成功应用于新建的某跨超音速风洞。实践证明该新型充气密封围带结构紧凑、密封可靠，寿命更长。
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  自乳化酯在全合成切削液中的性能研究

  曾海燕, 王一助, 戴恩期, 向晖

  润滑与密封. 2021, 46(6): 131-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.021

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  为探讨自乳化酯作为全合成切削液主润滑剂的可能性，以聚醚、四聚蓖麻油酸酯、自乳化酯为润滑剂调配了不同的合成切削液；采用四球抗磨试验机以及攻丝扭矩试验机、液体循环泡沫试验机，考察3种润滑剂在全合成切削液中的润滑性能、抗磨性能及抗泡性能。结果表明：自乳化酯能有效提高全合成切削液的润滑性能和抗磨性能，其润滑性能及抗磨性能与四聚蓖麻油酸酯相当；自乳化酯的抗泡性能显著优于四聚蓖麻油酸酯，与聚醚类润滑剂抗泡性能相当。自乳化酯具有良好的润滑及抗磨作用，且泡沫相对较低，可以与其他类型添加剂复配，用于全合成切削液中。
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  水泥企业球磨机开式齿轮油品国产化选型研究

  马国兴, 刘海元, 刘俊

  润滑与密封. 2021, 46(6): 136-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.0254-0150.2021.06.022

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  对水泥企业球磨机开式齿轮油品开展国产化选型研究。将基本性能指标和黏附性评价项目作为油品筛选依据，对国产开式齿轮油品进行初步筛选，然后通过实际使用时在齿面上能否能形成良好油膜作为最终选用标准，筛选出可代替进口齿轮油的国产齿轮油。结果表明：通过黏附性评价项目的油品可以在中小型球磨机开式齿轮上使用，但仍不能满足大型球磨机开式齿轮的润滑要求；大型球磨机开式齿轮油品的选用，必须考察油品在实际使用中能否在齿面上形成良好的油膜。