CN108225640B - 一种橡胶密封件接触应力测试装置和方法 - Google Patents

一种橡胶密封件接触应力测试装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种橡胶密封件接触应力测试装置，塑料层粘合在基底层上，密封件安装板与塑料层间隔预设距离，安装板上开设有通孔，标定钉的钉针竖直穿过通孔并在自身重力作用下抵靠在塑料层上方，所述测试装置在不引入复杂的接触应力传感器前提下，以标定钉作为参照物，可以测量密封件接触应力大小与分布情况，结构简单，测试结果不受操作人员主观感受影响；应用上述测试装置的测试方法，以标定钉作为参照物，利用加热使得塑料层发生变形，并通过标定措施建立变形与接触应力关系，进而反求出橡胶密封件接触应力，本测试方法在不改变橡胶密封件接触表面应力分布的前提下，可以更准确的测量接触应力大小与分布，为橡胶密封件密封性设计提供依据。

Description

一种橡胶密封件接触应力测试装置和方法
技术领域
本发明涉及橡胶件测试装置技术领域，尤其涉及一种橡胶密封件接触应力测试装置和方法。
背景技术
橡胶密封件广泛应用于各类机械领域，主要工作原理是利用橡胶材料高弹性的特点，通过施加挤压力使得橡胶与密封端面接触，产生密封效果。密封件接触应力大小与分布直接决定了密封是否有效，但由于接触面通常不可达特点，导致接触应力测量一直是一个难以解决的问题。
目前，适合橡胶密封件接触应力测量方法通常分为两类，一类是接触式测试方法，一类是非接触式测试方法。接触式测试方法是在接触面安装薄膜应力传感器对接触应力进行测量。根据原理分类，常见的薄膜应力传感器有两种，电阻式薄膜应力传感器和显色式薄膜应力传感器。其中电阻式薄膜应力传感器是将电阻丝网贴合在两层塑料薄膜之间，当有接触应力施压时，电阻值改变。通过相应的***可以测量电阻值变化，进而求得接触应力的大小。但电阻式薄膜传感器受制于生产工艺，每一个测点大小至少为0.5×0.5mm的矩形方块，且测点间距也超过0.5mm，无法精确地测量橡塑密封面应力分布情况。除了电阻式薄膜传感器，市场上还有开发显色式薄膜传感器，其原理是将显色胶囊置于两层聚乙烯薄膜中，当受到密封面挤压，接触应力达到一定大小时，薄膜破裂，显示接触区域。该方法能够较为准确的测量接触面积，但通过颜色深浅判定接触应力的大小误差较大，容易受环境、操作人员主观感受影响。
测量接触应力的另一种是通过超声方法，即通过发射超声波到接触界面，利用接触界面超声反射强度来测量接触面积与接触应力。该方法为非接触测量，具有不破坏接触面复杂特性的优点，但测试精度非常粗糙，目前还无法很好得应用于工程实践中。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种橡胶密封件接触应力测试装置和方法。
本发明提出的一种橡胶密封件接触应力测试装置，包括基底层、塑料层、至少一个橡胶密封件、密封件安装板和至少一个标定钉；塑料层粘合在基底层上，密封件安装板与塑料层间隔预设距离，安装板上开设有通孔，至少一个标定钉的钉针竖直穿过通孔并在自身重力作用下抵靠在塑料层上方。
优选地，基底层由热固性材料制成。
优选地，基底层由金属材料制成。
优选地，塑料层由热塑性材料制成。
优选地，塑料层厚度大于1mm。
优选地，包括多个标定钉，多个标定钉的钉针截面形状和尺寸相同。
优选地，包括多个标定钉，多个标定钉重量递增。
本发明中，所提出的橡胶密封件接触应力测试装置，在不引入复杂的接触应力传感器前提下，以标定钉作为参照物，可以测量密封件接触应力大小与分布情况，结构简单，不受操作人员主观感受影响，结果精准。
一种应用上述橡胶密封件接触应力测试装置的橡胶密封件接触应力测试方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1、将橡胶密封件定位在密封件安装板和塑料层之间且橡胶密封件两侧分别抵靠在密封件安装板和塑料层上；
S2、将所述橡胶密封件接触应力测试装置放置在温度为塑料层熔点温度的环境中，维持1小时；
S3、取出所述橡胶密封件接触应力测试装置，降温至室温；
S4、取出塑料层，测量塑料层上由橡胶密封件施加接触应力产生的凹坑宽度和深度以及由标定钉施加接触应力产生的凹坑深度；
S5、根据标定钉重量与标定钉底部面积得到标定钉对塑料层的接触应力，通过线性拟合得到接触应力与凹坑深度的关系；
S6、根据接触应力与凹坑深度关系，结合由橡胶密封件在塑料层上产生的凹坑宽度和深度，得到由橡胶密封件产生的接触应力分布。
本发明中，所提出的橡胶密封件接触应力测试方法，以标定钉作为参照物，利用加热使得塑料层发生变形，并通过标定措施建立变形与接触应力关系，进而反求出橡胶密封件接触应力，本发明在不改变橡胶密封件接触表面应力分布的前提下，可以更准确的测量接触应力大小与分布，为橡胶密封件密封性设计提供依据。
附图说明
图1为本发明提出的平面内环形密封件接触应力测试装置的结构示意图；
图2为本发明提出的旋转/往复密封件接触应力测试的结构示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，图1为本发明提出的平面内环形密封件接触应力测试装置的结构示意图，图2为本发明提出的旋转/往复密封件接触应力测试的结构示意图。
本发明提出的一种橡胶密封件接触应力测试装置，包括基底层1、塑料层2、橡胶密封件、密封件安装板3和标定钉；塑料层2粘合在基底层1上，密封件安装板3与塑料层2间隔预设距离，至少一个橡胶密封件定位在密封件安装板3和塑料层2之间且橡胶密封件两侧分别抵靠在密封件安装板3和塑料层2上，安装板上开设有通孔，至少一个标定钉的钉针竖直穿过通孔并在自身重力作用下抵靠在塑料层2上方。
实施例一：平面内环形密封件接触应力测试
图1为平面内环形密封件接触应力测试装置结构示意图；该测试装置包括基底层1、塑料层2、密封件安装板3、第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43；其中，橡胶密封件5通过卡槽固定在密封件安装板3上，塑料层2为热塑性材料组成的，熔点120℃，厚度为2mm；基底层1材料为不锈钢，厚度8mm。塑料层2与基底层1通过耐高温粘接剂复合粘接在一起。通过对密封件安装板3施加载荷，橡胶密封件5与塑料层2接触、挤压，形成密封面；第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43的钉针截面均为直径为0.4mm的圆形，钉帽具有一定质量；第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43质量分别为10g、20g和40g，分别穿过密封件安装板3上的通孔竖直放置于塑料层2上，并通过自身重力对塑料层2施加压力。
基于接触应力测试装置，对应的测试方法是：
S1、将测试装置装配完成，橡胶密封件5安装在密封件安装板3上，通过施加载荷使得橡胶密封件5与塑料层2接触挤压，第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43分别穿过密封件安装板3上的三个通孔且在自身重力作用下抵靠在塑料层2上方；
S2、将装置整体放入高温环境中，温度等于塑料层2熔点温度，并维持1小时；
S3、取出所述橡胶密封件5接触应力测试装置，降温至室温；
S4、撤销施加在密封件安装板3上的载荷，取出塑料层2，分别测量塑料层2上由密封件施加接触应力产生的凹坑宽度和深度以及由第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43施加接触应力产生的凹坑深度；
S5、对由第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43施加接触应力产生的凹坑深度与对应的标定钉接触应力进行线性拟合，通过线性拟合得到接触应力与压入深度的关系。标定钉接触应力根据标定钉重量与标定钉底部面积之商求得；
S6、根据第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43确定的接触应力与压入深度关系，结合由橡胶密封件5产生的凹坑宽度和深度，得到由橡胶密封件5产生的接触应力大小与分布规律。
实施例二：旋转/往复密封件接触应力测试
图2为旋转/往复密封件接触应力测试装置结构示意图；该测试装置包括基底层1、塑料层2、密封件安装板3、第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43；基底层1为柱状结构，基底层1材料为不锈钢，直径40mm，密封件安装板3为圆筒状结构，基底层1同轴安装在密封件安装板3内侧，一端通过螺栓固定在密封件安装板3上，塑料层2通过耐高温粘结剂粘合在基底层1外周，塑料层2为热塑性材料组成的，熔点120℃，厚度为2mm，橡胶密封件6为环形结构，橡胶密封件6通过过盈配合套装在塑料层2外周，因此橡胶密封件6将对塑料层2产生接触挤压，并形成密封面；第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43钉针截面为直径均为0.4mm的圆形，钉帽具有一定质量，第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43质量分别为10g、20g和40g，分别穿过密封件安装板3上的通孔竖直放置于塑料层2上，并通过自身重力对塑料层2施加压力。
基于旋转/往复密封件接触应力测试装置，对应的测试方法是：
S1、将测试装置装配完成，橡胶密封件6套装在塑料层2外周形成过盈配合，第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43分别穿过密封件安装板3上的三个通孔且在自身重力作用下抵靠在塑料层2上方；
S2、将装置整体放入高温环境中，温度等于塑料层2熔点温度，并维持1小时；
S3、取出所述橡胶密封件6接触应力测试装置，降温至室温；
S4、撤销施加在密封件安装板3上的载荷，取出塑料层2，分别测量塑料层2上由密封件施加接触应力产生的凹坑宽度和深度以及由第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43施加接触应力产生的凹坑深度；
S5、对由第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43施加接触应力产生的凹坑深度与对应的标定钉接触应力进行线性拟合，通过线性拟合得到接触应力与压入深度的关系。标定钉接触应力根据标定钉重量与标定钉底部面积之商求得；
S6、根据第一标定钉41、第二标定钉42和第三标定钉43确定的接触应力与压入深度关系，结合由橡胶密封件6产生的凹坑宽度和深度，得到由橡胶密封件6产生的接触应力大小与分布规律。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种橡胶密封件接触应力测试装置，其特征在于，包括基底层(1)、塑料层(2)、密封件安装板(3)和多个标定钉；塑料层(2)粘合在基底层(1)上，密封件安装板(3)与塑料层(2)间隔预设距离，安装板上开设有多个通孔，标定钉的钉针一一竖直穿过多个通孔并在自身重力作用下抵靠在塑料层(2)上方。
2.根据权利要求1所述的橡胶密封件接触应力测试装置，其特征在于，基底层(1)由热固性材料制成。
3.根据权利要求1所述的橡胶密封件接触应力测试装置，其特征在于，基底层(1)由金属材料制成。
4.根据权利要求1所述的橡胶密封件接触应力测试装置，其特征在于，塑料层(2)由热塑性材料制成。
5.根据权利要求1所述的橡胶密封件接触应力测试装置，其特征在于，塑料层(2)厚度大于1mm。
6.根据权利要求1所述的橡胶密封件接触应力测试装置，其特征在于，包括多个标定钉，多个标定钉的钉针截面形状和尺寸相同。
7.根据权利要求1所述的橡胶密封件接触应力测试装置，其特征在于，包括多个标定钉，多个标定钉重量递增。
8.一种橡胶密封件接触应力测试方法，应用权利要求1-7中任一项所述橡胶密封件接触应力测试装置，其特征在于，包括下列步骤：
S1、将橡胶密封件定位在密封件安装板(3)和塑料层(2)之间且橡胶密封件两侧分别抵靠在密封件安装板(3)和塑料层(2)上；
S2、将所述橡胶密封件接触应力测试装置放置在温度为塑料层(2)熔点温度的环境中，维持1小时；
S3、取出所述橡胶密封件接触应力测试装置，降温至室温；
S4、取出塑料层(2)，测量塑料层(2)上由橡胶密封件施加接触应力产生的凹坑宽度和深度以及由标定钉施加接触应力产生的凹坑深度；
S5、根据标定钉重量与标定钉底部面积得到标定钉对塑料层(2)的接触应力，通过线性拟合得到接触应力与凹坑深度的关系；
S6、根据接触应力与凹坑深度关系，结合由橡胶密封件在塑料层(2)上产生的凹坑宽度和深度，得到由密封件产生的接触应力分布。
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