在分析橡膠材料干摩擦和水潤滑摩擦兩種摩擦機理的基礎上，采用INSTRON 高頻疲勞試驗機對機械密封補償機構中輔助O 形密封圈在這兩種狀態下的摩擦力進行了測試。試驗獲得了不同滑移速度下摩擦系數與載荷的關系以及不同載荷下摩擦系數與滑移速度之間的關系。結果表明: 水潤滑狀態下由于密封接觸面能夠形成潤滑水膜，摩擦力較小，更適合長期穩定運轉。

1、前言

　　機械密封圈雖然成本低廉，但是影響著整套機械密封的運行，其重要性具體體現在兩方面:一方面要實現浮動環的密封，另一方面還要保證浮動環在軸向微小移動和角向微小擺動情況下對配偶環的追隨性和補償性。輔助密封設計的好壞直接影響整個密封系統的性能和壽命。因摩擦而產生的磨損是一切密封元件損壞的主要原因，輔助密封也不例外。O 形密封圈因自身結構簡單、制造容易、成本低廉、安裝方便等優點成為典型輔助密封的代表。本文在前人對橡膠進行的磨耗研究的基礎上，對O 形密封圈的摩擦性能做了進一步的研究。

　　本文重點研究干摩擦和水潤滑兩種狀態下，摩擦系數與介質壓力、滑移速度以及壓縮量的關系，為機械密封整體性能的優化提供參考。

2、理論分析

　　眾所周知，剛性體之間的滑動摩擦力僅與垂直壓力和摩擦系數有關，并且摩擦系數常取固定值。橡膠體發生摩擦時，由于接觸面發生彈性變形，摩擦現象復雜，摩擦系數不再是個固定值，而受到垂直壓力、滑動速率以及溫度的顯著影響。對橡膠摩擦來說，通常主要有粘附摩擦、滯后摩擦和氣窩摩擦3 種摩擦。真空技術網(http://www.chvcuum.com/)細究其摩擦機理有下述情況。

2.1、干摩擦狀態下的摩擦機理

　　橡膠屬于高彈性、高分子材料，在無任何潤滑劑的情況下，其表面與接觸面間產生摩擦的因素有兩個: 一個是橡膠表面與干燥表面的粘著，另一個就是橡膠本身的滯后作用。橡膠與其接觸面間的摩擦力F 實際上是粘著摩擦力Fa 與滯后作用所產生的摩擦力Fh 之和。粘著現象是一種表面效應，而滯后現象是由于橡膠類材料的彈性和粘彈性引起的綜合現象。

2.1.1、粘著摩擦力

　　粘著摩擦力是在界面上因粘附作用而引起的力，與實際接觸面積成正比，計算式為:

　　式中s - 比例常數，其值為各微小接觸面的剪切阻力;Ai - 第i 個微小接觸面積;n - 微小接觸面總數

2.1.2、滯后摩擦力

　　滯后摩擦力是在橡膠中因滯后作用或橡膠的內摩擦而引起的變形損耗力，計算式為:

　　式中c  - 與橡膠類型有關的系數;Eci - 橡膠局部( 第i 個微面積上) 受壓縮而產生的能量;Eei - 橡膠越過障礙物后恢復的能量

2.1.3、摩擦系數

　　干燥摩擦狀態下總摩擦力F 為:

F = Fa + Fh (3)

　　相應的摩擦系數表述如下:

μ = μa + μh (4)

　　式中μa ———粘著摩擦系數;μh ———滯后摩擦系數

2.2 水潤滑狀態下橡膠的摩擦機理

2.2.1、水潤滑狀態下的摩擦力

　　由于橡膠材料的彈性很大，所以其具有很高的滯后損耗。在水潤滑狀態下，橡膠與接觸面間的粘附項會變得很小，摩擦的主要部分來自橡膠本身的變形損耗。可以證明在純滾動中滾動阻力幾乎完全是變形固體中的滯后損耗。

2.2.2、水潤滑狀態下的摩擦系數

　　在水潤滑狀態下，接觸面間的相對滑動速度對摩擦系數有直接影響。通常速度增高，粘著力和滯后力都會增大，從而摩擦系數也會相應增大。本文通過試驗發現當滑移速度增大到一定值后，摩擦系數趨于穩定。

2.2.3、彈流效應

　　當剛性體與彈性體的接觸表面間有潤滑劑存在時，在一定的載荷和滑動速度下，會呈現彈性流體動力潤滑狀態。這是因為在一定的滑動速度下，潤滑水膜的收斂區會建立起流體動力的壓力楔，并在彈性體的表面上產生一層穩定的支承薄膜，即壓力水膜層。此壓力水膜層足以將兩接觸表面分開，而在發散區水膜壓力將迅速下降，甚至達到負值。