CN106124337A - 一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，应力加载部位于温度控制部的正上方；夹具包括上下相对的上压板和下压板，上压板通过连接杆水平悬挂在高温试验箱内，下压板活动安装在高温试验箱内。上横梁位于下横梁的上方；上横梁的两端固定在侧板上，下横梁的两端通过可沿侧板上下滑动并定位的滑动装置固定在侧板上；直轴竖直贯穿上横梁，直轴的上端固定有砝码盘，直轴的下端抵触在下横梁的上表面上；压力传感器与贯穿高温试验箱箱顶的连接杆相连；侧板上固定有位移传感器。驱动部包括由滚珠丝杆和轴承组成的滚珠丝杆副，轴承安装在底座上，滚珠丝杆与轴承相啮合，滚珠丝杆与下横梁通过固定托板可拆卸连接。

Description

一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置

技术领域

本发明涉及一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置。

背景技术

橡胶密封件尤其是O型密封圈因具有高弹性、耐油、耐腐蚀、耐磨损等优点，广泛用于航天航空、石油、化工、机械等工业生产和日常生活各个领域。然而橡胶密封件在使用过程中，如果长期受到温度、载荷的作用，密封性能会逐渐降低甚至密封失效。其原因绝大部分取决于橡胶材料本身性能发生了变化，橡胶的黏弹性能作为橡胶重要的性能指标也是衡量橡胶密封件密封性能的一个重要的参数，因此研究橡胶密封件在实际使用工况下的黏弹性行为，能更好的确保橡胶密封件的密封性能。橡胶的黏弹性包括蠕变和应力松弛。蠕变是指是在恒定外力下橡胶变形的增加；应力松弛是橡胶在恒定变形时，其应力随着时间而降低。

目前，蠕变试验多采用机械式高温蠕变试验机。这种试验机主要的对象为黑色金属、有色金属和合金材料，实现的功能单一化、试验力的作用方式为拉伸蠕变，不符合橡胶密封件常见的作用方式。因此研制出一台针对实现橡胶弹性体高温下压缩蠕变和应力松弛这两种功能的装置具有重要的意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置。

本发明的技术方案是：

一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，包括机架，所述机架上设有温度控制部和应力加载部，且所述应力加载部位于温度控制部的正上方；

所述机架包括水平设置的底座和垂直设置在底座两侧的侧板，所述温度控制部包括固定在底座上的高温试验箱，高温试验箱内设有用于夹持橡胶弹性体的夹具；所述夹具包括上下相对的上压板和下压板，上压板通过连接杆水平悬挂在高温试验箱内，下压板活动安装在高温试验箱内；

所述应力加载部包括水平设置在两侧板之间的上横梁和下横梁，上横梁位于下横梁的上方，且上横梁和下横梁相互平行；上横梁的两端固定在侧板上，下横梁的两端通过可沿侧板上下滑动并定位的滑动装置固定在侧板上；

直轴竖直贯穿上横梁，直轴的上端端面上固定有水平的砝码盘，直轴的下端抵触在下横梁的上表面上；下横梁的下表面上固定设有用于检测下横梁所受压力的压力传感器，且压力传感器与贯穿高温试验箱箱顶的连接杆相连；所述侧板上固定有用于检测下横梁的位移的位移传感器；

所述机架的后方设有驱动下横梁上下移动的驱动部，所述驱动部包括由滚珠丝杆和轴承组成的滚珠丝杆副，所述轴承安装在底座上，滚珠丝杆与轴承相啮合，且滚珠丝杆垂直于底座，滚珠丝杆与下横梁通过固定托板可拆卸连接，以带动下横梁上下移动。

进一步，固定托板的一端通过第一直线轴承套设在滚珠丝杆上，固定托板的另一端设有向上凸起的上凸台，所述下横梁上固定有定位板，定位板的一端设有向下凸出的下凸台，固定托板和定位板通过上凸台和下凸台的扣合和脱扣实现可拆卸连接。

进一步，所述高温试验箱内设有承压台，承压台的底部穿过高温试验箱的箱底并固定在底座上，下压板通过球体设置在承压台上，承压台上表面上设有下球面凹槽，下压板的下表面上对应设有上球面凹槽，球体的下半部分固定在下球面凹槽内，球体的上半部分插设在下球面凹槽内，使得下压板具有绕球体在竖直平面内摆动的自由度。

进一步，滑动装置包括竖直设置在侧板内侧面上的滑槽和设置在上横梁两端的滑块；滑块的前端面上设有凸头，凸头插设在滑槽内，且凸头上设有可沿滑槽两侧的槽壁滚动的滚轮，滑槽两侧的槽壁上开有滑道；滑块的一侧开有第一沉孔，第一沉孔上开有与滑槽开口相贯通的第一通孔；第一沉孔内沿轴向可转动地设有推杆，推杆的侧面为锥面；第一通孔内设有销轴，销轴的一端抵触在推杆的侧面上，另一端延伸至滑槽内并抵触在滑槽槽底上；推杆的内端通过弹簧抵触在第一沉孔的孔底上，推杆的外端上连接有驱动推杆转动的自锁螺母，且自锁螺母外露于滑块，以便于手动操作。

进一步，所述直线轴的下端面呈球面。

进一步，压力传感器和连接杆之间设有隔热板，且隔热板的横截面大于压力传感器的横截面；连接杆、隔热板和压力传感器通过螺栓固定在下横梁上。

进一步，所述滚珠丝杆的上端设有驱动滚珠丝杆转动的手轮，轴承通过轴承座安装在底座上。

进一步，位移传感器通过Y形固定夹固定在侧板上；所述Y形固定夹的一端开有供位移传感器贯穿的开孔，且开孔设有缺口，缺口延伸至Y形固定夹的端头处；位移传感器通过螺栓夹紧在开孔内；Y形固定夹的另一端通过螺栓固定在侧板上。

进一步，位移传感器的探测头与下横梁的下表面相抵触。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过压力传感器、位移传感器以及与之相连接的外置数据显示仪表实时监控橡胶弹性体的恒定载荷的压缩应变过程以及恒定位移的压缩应力变化过程，试样不需拿出，影响数据的波动因素较少，得到的数据结果更精确。

2.本发明可以通过高温试验箱调节试样的环境温度，能较为真实的模拟高温下橡胶弹性体的使用工况。

3.本发明中的下压板套设在球体上，下压板可自动调节，使得上压板和下压板平行，保证橡胶弹性体受力均匀。

4.本发明中的压力传感器和位移传感器均设置在高温试验箱外面，无需耐高温性能的传感器，可节约实验成本。

5.本发明既可用于测试橡胶弹性体的高温蠕变和应力松弛特性，也可适用于其它聚合物的高温蠕变和应力松弛特性测试。

附图说明

图1为本发明的整体示意图。

图2为图1中C处放大示意图。

图3为本发明正视图。

图4为图3中A-A向剖示图。

图5为图4中B处放大示意图。

图6为固定托板结构示意图。

图7为Y形固定夹的结构示意图。

图8为本发明的俯视图

图9为滑块的结构示意图

图10为滑块的正视图

图11为滑块与滑槽配合时沿图10中A-A向的剖视图

图12为滑块与滑槽配合时沿图10中B-B向的剖视图

具体实施方式

如图所示，一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，包括机架，所述机架上设有温度控制部和应力加载部，且所述应力加载部位于温度控制部的正上方；

所述机架包括水平设置的底座17和垂直设置在底座17两侧的侧板22，所述温度控制部包括固定在底座17上的高温试验箱11，高温试验箱11内设有用于夹持橡胶弹性体的夹具；所述夹具包括上下相对的上压板12和下压板13，上压板12通过连接杆9水平悬挂在高温试验箱11内，下压板13活动安装在高温试验箱11内，上压板12和下压板13之间的间隙构成用于放置橡胶弹性体的空间。

所述应力加载部包括水平设置在两侧板22之间的上横梁4和下横梁6，上横梁4位于下横梁6的上方，且上横梁4和下横梁6相互平行；下横梁6的两端固定在可沿侧板22上下滑动并定位的滑动装置上，上横梁4的两端固定在侧板22上，下横梁6的两端通过可沿侧板22上下滑动并定位的滑动装置固定在侧板22上；

直轴2竖直贯穿上横梁，上横梁4上设有第二直线轴承2，直轴2贯穿第二直线轴承2和上横梁4，第二直线轴承2带有法兰，法兰通过沉头螺栓固定在上横梁4上；直轴2的上端端面上固定有水平的砝码盘1，直轴2的下端与下横梁6的上表面相抵触；下横梁6的下表面上固定设有用于检测下横梁6所受压力的压力传感器7，且压力传感器7与贯穿高温试验箱11箱顶的连接杆9相连；侧板22上固定有用于检测下横梁6的位移的位移传感器24。

所述机架的后方设有驱动下横梁6上下移动的驱动部，所述驱动部包括由滚珠丝杆28和轴承29组成的滚珠丝杆副，所述轴承29安装在底座17上，滚珠丝杆28与轴承29相啮合，且滚珠丝杆28垂直于底座17，滚珠丝杆28与下横梁6通过固定托板26可拆卸连接，以带动下横梁6上下移动；轴承29选用角接触球轴承。

固定托板26的一端通过第一直线轴承27套设在滚珠丝杆28上，固定托板26的另一端设有向上凸起的上凸台261，所述下横梁6上固定有定位板5，定位板5的一端设有向下凸出的下凸台51，固定托板26和定位板5通过上凸台261和下凸台51的扣合和脱扣实现可拆卸连接。

当滚珠丝杆28正向转动时，上凸台261向上移动与下凸台51相扣合，并顶推下凸台51，滚珠丝杆28通过上凸台261带动下横梁6向上移动；当滚珠丝杆28反向转动时，上凸台261向下移动并与下凸台51相脱离，砝码盘1、直轴2、下横梁6、连接杆9、上压板12均会在重力的作用下向下移动；但下横梁6失去固定托板26的支撑，砝码盘1内加载的重量会直接作用在定位板5上，并通过连接杆、上压板12传递到橡胶弹性体上，实现加载测试功能。

所述高温试验箱11内设有承压台15，承压台15的底部穿过高温试验箱11的箱底并固定在底座17上，下压板13通过球体14设置在承压台15上，承压台15上表面上设有下球面凹槽，下压板13的下表面上对应设有上球面凹槽，球体15的下半部分固定在下球面凹槽内，球体15的上半部分插设在下球面凹槽内，使得下压板13具有绕球体在竖直平面内摆动的自由度，当在下压板13上铺设橡胶弹性体用于检测时，下压板13能根据受力情况自动调节水平度，保证橡胶弹性体的各处受力均衡。

滑动装置包括竖直设置在侧板22内侧面上的滑槽21和设置在下横梁6两端的滑块19；滑块19的前端面上设有凸头191，凸头191插设在滑槽21内，且凸头191上设有可沿滑槽21两侧的槽壁滚动的滚轮192，滑槽21两侧的槽壁上开有滑道211；滑块19的一侧开有第一沉孔195，第一沉孔195的孔壁上开有与滑槽21开口相贯通的第一通孔193，且第一沉孔195与第一通孔193相垂直；第一沉孔195内沿轴向可转动地设有推杆194，推杆194的侧面为锥面；第一通孔193内设有销轴197，销轴197的一端抵触在推杆194的侧面上，另一端延伸至滑槽21内并抵触在滑槽槽底212上；推杆194的内端通过弹簧196抵触在第一沉孔195的孔底上，推杆194的外端上连接有驱动推杆194转动的自锁螺母20，自锁螺母20外露于滑块19，以便于手动操作。

推杆194自内端(靠近弹簧196的一端)向外端(靠近自锁螺母20的一端)直径逐渐增大，使得拧紧自锁螺母20驱动推杆194向内移动时，推杆194的侧面会不断挤压销轴197抵紧在滑槽槽底212上，直至销轴197抵死在滑槽槽底212，导致滚轮192无法沿着滑道211运行，此时下横梁6不再移动，起到限位作用，滑动装置处于锁定状态。当松动自锁螺母20时，销轴197失去压迫，滚轮192处于自由状态，可沿着滑道211运行，滑动装置处于松动状态。

所述直轴2的下端面呈球面，使得直轴2与上横梁4为点接触，避免了在加载时出现侧向分力。

压力传感器7和连接杆9之间设有隔热板8，所述隔热板8的横截面大于压力传感器7的横截面，以加强隔热效果；连接杆9、隔热板8和压力传感器7通过螺栓固定在下横梁6上。

所述滚珠丝杆28的上端设有驱动滚珠丝杆28转动的手轮25，轴承29通过轴承座30安装在底座17上。

位移传感器24通过Y形固定夹23固定在侧板22上；所述Y形固定夹23的一端开有供位移传感器24贯穿的第一开孔231，且第一开孔231设有第一缺口233，第一缺口233延伸至Y形固定夹23的端头处，Y形固定夹23通过第一缺口233微调第一开孔231的大小；Y形固定夹23上设有垂直贯穿第一缺口233的第一螺孔232，位移传感器24通过螺栓夹紧在第一开孔231内；Y形固定夹23的另一端通过螺栓固定在侧板22上。

固定托板26的一端开有供第一直线轴承27贯穿的第二开孔262，且第二开孔262设有第二缺口263，第二缺口263延伸至固定托板26的端头处，固定托板26通过第二缺口263微调第二开孔262的大小；固定托板26上设有垂直贯穿第二缺口263的第二螺孔264，第一直线轴承27通过螺栓夹紧在第二开孔262内；固定托板26另一端设有上凸台261。

位移传感器23的探测头与下横梁6的下表面相抵触，位移传感器24选用直流差动变压器式LVDT位移传感器。

隔热板8的材料选用聚四氟乙烯；连接杆9采用陶瓷材质，连接杆9上下端面皆开有沉孔，连接杆9上端端面、隔热板8和压力传感器通过螺栓相互固定，连接杆9下端贯穿高温试验箱11箱顶后通过螺栓与上压板12连接。

下横梁6的两端通过L型支架18与滑块相连，L型支架18通过螺栓分别与下横梁6和滑块19固定。

承压台15底部四周均布4个第二沉孔，承压台15贯穿高温试验箱后通过螺栓固定在底座17上。

高温试验箱11的箱底开有供承压台15穿过的第一安装孔，高温试验箱11的箱顶开有供连接杆9穿过的第二安装孔孔，承压台15和高温试验箱11之间设有第一保温棉16、连接杆9和高温试验箱11之间均设有第二保温棉10，以达到密封隔热效果。

温度控制部可对橡胶弹性体进行加热和控温，且高温试验箱11外侧有一观察箱，可对橡胶弹性体的状态进行观察；通过压力传感器测量橡胶弹性体所受到的压力；通过测量下横梁6的位移变化间接测出橡胶弹性体的应变。

手轮25与滚珠丝杠28的上端通过平键固定，滚珠丝杠28的下端与角接触球轴承29过盈配合，角接触球轴承29安放在轴承座30上，轴承座30通过螺栓固定在底座17上。旋转手轮25可实现下应力加载部的上下移动并可控制其加载的速度。

本发明可用于橡胶弹性体的高温蠕变性能测试和橡胶弹性体高温应力松弛性性能测试。

1、高温蠕变性能测试步骤如下：

步骤1：松动下横梁6两端的自锁螺母20，使滑动装置处于松动状态，即滚轮192可沿着滑道211滚动；

步骤2：正向旋转手轮25，滚珠丝杆28通过固定托板26、定位板5、连接杆9带动上压板12上移，使得上、下压板分开；

步骤3：调节高温试验箱11的温度使箱内温度达到所需温度，并保温一定时间；

步骤4：打开高温试验箱11，将被测的橡胶弹性体试件放置在下压板13上，关闭高温试验箱11箱门，待试件温度均匀；

步骤5：使压力传感器7清零，反向旋转手轮25，上凸台261向下移动并脱离下凸台51，下横梁6、上压板12在重力作用下均向下移动，当上压板12与被测试件刚好接触时停止旋转手轮25；

步骤6：位移传感器清零24，继续反向旋转手轮25，使固定托板26与下横梁6分离；

步骤7：在砝码盘1上加砝码至预设载荷；

步骤8：通过位移传感器24实时记录被测试件在恒定法向力和温度作用下随时间增加的法向位移变化，最终获得被测试件的蠕变性能。

2、高温应力松弛性能测试实现步骤如下：

步骤1：松动下横梁6两端的自锁螺母20，使滑动装置处于松动状态，即滚轮192可沿着滑道211滚动；

步骤2：正向旋转手轮25，使上压板12上移到合适位置，保证上、下压板分开；

步骤3：调节高温试验箱11的温度使箱内达到所需温度，并保温一定时间；

步骤4：打开高温试验箱11箱门，将被测的橡胶弹性体试件放至下压板13上，关闭高温试验箱11的箱门，待试件温度均匀；

步骤5：压力传感器7清零；

步骤6：反向旋转手轮25，使上压板12与被测试件接触，继续旋转手轮25使固定托板26与下横梁6分开；

步骤7：在砝码盘1上加砝码至预设载荷；

步骤8：拧紧自锁螺母20，使得滑动装置处于锁定状态，下横梁6左右两端通过滑动装置锁紧；

步骤9：通过压力传感器7实时记录被测试件在恒定压缩量和温度作用下随时间增加的法向应力变化，最终获得被测试件的应力松弛性能。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：包括机架，所述机架上设有温度控制部和应力加载部，且所述应力加载部位于温度控制部的正上方；

所述机架包括水平设置的底座和垂直设置在底座两侧的侧板，所述温度控制部包括固定在底座上的高温试验箱，高温试验箱内设有用于夹持橡胶弹性体的夹具；所述夹具包括上下相对的上压板和下压板，上压板通过连接杆水平悬挂在高温试验箱内，下压板活动安装在高温试验箱内；

所述应力加载部包括水平设置在两侧板之间的上横梁和下横梁，上横梁位于下横梁的上方，且上横梁和下横梁相互平行；上横梁的两端固定在侧板上，下横梁的两端通过可沿侧板上下滑动并定位的滑动装置固定在侧板上；

直轴竖直贯穿上横梁，直轴的上端端面上固定有水平的砝码盘，直轴的下端抵触在下横梁的上表面上；下横梁的下表面上固定设有用于检测下横梁所受压力的压力传感器，且压力传感器与贯穿高温试验箱箱顶的连接杆相连；所述侧板上固定有用于检测下横梁的位移的位移传感器；

所述机架的后方设有驱动下横梁上下移动的驱动部，所述驱动部包括由滚珠丝杆和轴承组成的滚珠丝杆副，所述轴承安装在底座上，滚珠丝杆与轴承相啮合，且滚珠丝杆垂直于底座，滚珠丝杆与下横梁通过固定托板可拆卸连接，以带动下横梁上下移动。

2.如权利要求1所述的一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：固定托板的一端通过第一直线轴承套设在滚珠丝杆上，固定托板的另一端设有向上凸起的上凸台，所述下横梁上固定有定位板，定位板的一端设有向下凸出的下凸台，固定托板和定位板通过上凸台和下凸台的扣合和脱扣实现可拆卸连接。

3.如权利要求2所述的一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：所述高温试验箱内设有承压台，承压台的底部穿过高温试验箱的箱底并固定在底座上，下压板通过球体设置在承压台上，承压台上表面上设有下球面凹槽，下压板的下表面上对应设有上球面凹槽，球体的下半部分固定在下球面凹槽内，球体的上半部分插设在下球面凹槽内，使得下压板具有绕球体在竖直平面内摆动的自由度。

4.如权利要求3所述的一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：滑动装置包括竖直设置在侧板内侧面上的滑槽和设置在上横梁两端的滑块；滑块的前端面上设有凸头，凸头插设在滑槽内，且凸头上设有可沿滑槽两侧的槽壁滚动的滚轮，滑槽两侧的槽壁上开有滑道；滑块的一侧开有第一沉孔，第一沉孔上开有与滑槽开口相贯通的第一通孔；第一沉孔内沿轴向可转动地设有推杆，推杆的侧面为锥面；第一通孔内设有销轴，销轴的一端抵触在推杆的侧面上，另一端延伸至滑槽内并抵触在滑槽槽底上；推杆的内端通过弹簧抵触在第一沉孔的孔底上，推杆的外端上连接有驱动推杆转动的自锁螺母，且自锁螺母外露于滑块，以便于手动操作。

5.如权利要求4所述的一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：所述直线轴的下端面呈球面。

6.如权利要求5所述的一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：压力传感器和连接杆之间设有隔热板，且隔热板的横截面大于压力传感器的横截面；连接杆、隔热板和压力传感器通过螺栓固定在下横梁上。

7.如权利要求6所述的一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：所述滚珠丝杆的上端设有驱动滚珠丝杆转动的手轮，轴承通过轴承座安装在底座上。

8.如权利要求7所述的一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：位移传感器通过Y形固定夹固定在侧板上；所述Y形固定夹的一端开有供位移传感器贯穿的开孔，且开孔设有缺口，缺口延伸至Y形固定夹的端头处；位移传感器通过螺栓夹紧在开孔内；Y形固定夹的另一端通过螺栓固定在侧板上。

9.如权利要求8所述的一种用于橡胶弹性体高温蠕变试验和应力松弛试验的装置，其特征在于：位移传感器的探测头与下横梁的下表面相抵触。