机械密封织构化表面润滑-泄漏协调优化设计OA

目的为实现机械密封润滑性能与泄漏性能的协同提升,缓解传统设计中润滑增强与泄漏增加相互牵制的问题,从而提升其在高转速与长时稳定运行工况下的综合性能。方法构建基于雷诺方程的动压润滑模型,选取圆形凹坑作为织构单元,通过权重系数k将润滑与泄漏指标耦合为协调优化目标函数,并结合遗传算法对织构排布进行优化设计。以油膜承载力、摩擦系数与泄漏率为评价指标,系统研究kp、织构周期角与织构深度对性能的影响规律。随后采用飞秒激光加工制备织构化机械密封试样,开展摩擦磨损实验对仿真结果进行验证。结果优化结果表明,在kp=0.5、周期角30°、织构深度5μm条件下可获得综合性能较优的织构排布。仿真结果显示,相较非织构化表面,油膜承载力提升216.9%,摩擦系数降低58.3%。相较全织构排布,泄漏率降低75.9%。实验结果与仿真在参数变化趋势及优选方案上保持一致,验证了优化设计的有效性。结论本研究建立了面向润滑与泄漏协同目标的织构优化设计框架,阐明了关键几何参数对机械密封性能的影响规律,所获优化方案具备加工可行性与工况稳定性,可为高性能机械密封的结构设计提供理论依据与实验支撑。