[发明专利]一种评价石墨密封材料磨损寿命的试验机及方法

说明书

本发明涉及航空发动机领域，具体为一种评价石墨密封材料磨损寿命的试验机及方法。采用高速环块磨损试验机和PV加速试验法，解决现有技术中存在的摩擦副滑动线速度不足、加载和润滑方式与实际工况不一致，石墨密封材料磨损寿命评价周期长等问题。该试验机包括转动主轴、转动盘、精密加载进给台、油路润滑系统、数据采集系统和计算机等，采用PV值加速法，通过提高试验过程中的载荷和线速度既增加摩擦副的PV值，实现对待测石墨密封材料磨损寿命的加速磨损考核。试验机可实现石墨密封副所需的高线速、径向固定加载和油润滑状态。试验采用PV加速试验法，特别适于石墨等密封材料长寿命的加速考核，可有效缩短寿命试验所需时间，具有经济效益。

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，具体为一种评价石墨密封材料磨损寿命的试验机及方法，适用于研究石墨密封材料在高速、油润滑工况下的摩擦磨损性能，特别适用于模拟航空发动机齿轮箱和附件中石墨密封装置的服役工况，并对石墨密封材料的磨损寿命进行加速考核评价。

背景技术

航空发动机性能的不断提升，不但导致密封装置的服役工况逐步恶化，同时也对泄漏特性、摩擦磨损性能及长寿命要求提出了更为严峻的挑战。目前，在航空发动机齿轮箱、附件中广泛使用的石墨密封，其金属动环与石墨静环间的相对转速可达几十至百米/秒量级，密封面间为带有一定温度的油雾喷射或溅射润滑，要求无泄漏或泄漏可容忍，且要求石墨密封装置与航空发动机等寿命。已有的研究表明：高滑动线速度导致的强烈摩擦热效应，对于接触面温度升温变化、摩擦副材料的氧化及摩擦磨损行为，具有常规低速摩擦学工况下完全不同的影响，因此必须在尽可能模拟石墨密封高线速度的工况前提下，开展石墨密封材料的摩擦学行为研究，才能取得有意义的结果。

由于苛刻的工况条件，目前尚无标准的用于研究石墨密封材料摩擦磨损行为的试验机，尽管现有的个别高速磨损试验机，滑动线速度可达百米/秒量级，但其主要目的为模拟航空发动机气路密封中封严涂层与对偶叶片的摩擦学工况，其主要特点是干摩擦条件下的断续式接触，因此无法模拟石墨密封服役中的油雾溅射润滑条件；此外，其加载方式为位移加载，其摩擦副间的法向载荷非恒定值，与石墨密封中的弹簧力或磁力加载导致的摩擦副间为固定载荷，存在较大差距。

与航空发动机“等寿”，意味着石墨密封材料的磨损寿命要达到几千甚至上万小时，这需要一种能够准确、快速的评估其磨损寿命的加速试验方法，目前尚无标准的磨损寿命加速考核试验方法；在密封研究中，尽管也有通过提高摩擦副PV值(接触应力与线速度的乘积)来实现待测石墨密封材料的加速磨损，但PV值的变化对磨损量的影响的关系，目前尚无清楚；显然，以上给石墨密封材料长寿命的评估带来极大的困难，工程上只能采取台架试车考核的方法，极大的增加了成本，同时也由于干扰因素众多，给磨损机理的分析带来一定的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种评价石墨密封材料磨损寿命的试验机及方法，解决现有技术中存在的摩擦副运动线速度不足、润滑状态和加载方式与实际工况不一致而无法模拟航空发动机齿轮箱及机匣附件密封装置工况、无可用于评估石墨密封材料磨损寿命的加速试验方法等问题。

本发明的技术方案是：

一种评价石墨密封材料磨损寿命的试验机，该试验机包括转动主轴、转动盘、精密加载进给台、油路润滑系统、数据采集系统和计算机，具体结构如下：转动盘作为转动试样，安装于转动主轴上，精密加载进给台上安装有平动试样，精密加载进给台置于转动主轴的一侧，平动试样与转动试样相对设置，构成一对摩擦副，在平动试样与转动试样之间的上方设有油路润滑系统的喷油嘴；数据采集系统的输入端连接测试系统，数据采集系统的输出端连接计算机的输入端，计算机的输出端通过执行器连接数控系统，数控系统分别与精密加载进给台的伺服电机、主轴电机、油路润滑系统的油泵连接。

所述的评价石墨密封材料磨损寿命的试验机，测试系统包括：精密加载进给台上的测力传感器，油路润滑系统上的热电偶、流量计，转动主轴上的测转速传感器。