汽車門框密封條壓縮負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果不確定度評(píng)定

汪 麗, 莊建云

（申雅密封件有限公司, 上海 201712）

汽車門框密封條壓縮負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果不確定度評(píng)定

汪 麗, 莊建云

（申雅密封件有限公司, 上海 201712）

通過對(duì)汽車門框密封條壓縮負(fù)荷的測(cè)試過程進(jìn)行研究，找出影響測(cè)定過程中測(cè)量不確定性的主要因素，并對(duì)不確定度的來源進(jìn)行分析與量化，最終給出試驗(yàn)結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度，達(dá)到了對(duì)其測(cè)定不確定度合理評(píng)定的目的。

密封條；汽車門框密封條；壓縮負(fù)荷試驗(yàn)；不確定度

0 前 言

眾所周知，汽車門框密封條是汽車上廣泛使用的零件，起到防塵、擋風(fēng)、防水、減振、隔音、保溫和裝飾等作用。隨著密封條技術(shù)的發(fā)展，對(duì)密封膠條在功能方面提出了更高的要求。由于密封膠條的形狀比較特殊，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的難度也比較大，同一密封條樣品在不同的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)可能會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)試結(jié)果。對(duì)于判定密封膠條合格與否的測(cè)試結(jié)果本身若有太大的不確定度，則此測(cè)試毫無意義可言。隨著整車企業(yè)對(duì)密封條產(chǎn)品要求的提高，對(duì)汽車密封條的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行不確定度評(píng)定勢(shì)在必行。就汽車門框密封條的壓縮負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定[1-2]，希望對(duì)相關(guān)工作有所借鑒和參考。

1 概 述

依據(jù)上海大眾汽車有限公司PV 3364：2010《合成橡膠密封件 壓力試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，環(huán)境條件為 (23±2)℃。被測(cè)物品為申雅密封件有限公司生產(chǎn)的某型號(hào)汽車門框密封條。采用Lloyd公司生產(chǎn)的LRX 材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)量，配備有500 N壓力傳感器，其技術(shù)指標(biāo)：力值有效測(cè)量范圍為500 N的1%～100%；最大允許誤差為讀數(shù)值的±1%；滿載時(shí)的速度范圍為0.01～1016.00 mm/min，最大允許誤差±0.2%?？勺詣?dòng)生成密封件壓下力增加時(shí)的力曲線圖，可自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

采用以下測(cè)量程序：在LRX 材料試驗(yàn)機(jī)處于受控狀態(tài)下，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)PV 3364：2010的要求，對(duì)汽車門框密封條試樣進(jìn)行壓縮負(fù)荷試驗(yàn)，測(cè)量壓力值。

1.1 試樣準(zhǔn)備

制作：每次從一批試樣中隨機(jī)選取3段試樣，試樣長(zhǎng)度為(300-10)mm ；取樣過程不得使試樣產(chǎn)生永久變形；試驗(yàn)不得早于密封件硫化或二次硫化后的16 h。

試樣測(cè)量：試樣在已安裝狀態(tài)下被加上1 N預(yù)負(fù)荷后，LRX材料試驗(yàn)機(jī)沿垂直方向以均勻的給進(jìn)速度，壓住試樣夾和壓板之間的試樣。試驗(yàn)的給進(jìn)速度精度1%，測(cè)量試樣高度的測(cè)長(zhǎng)儀精度±0.2 mm。

1.2 壓力標(biāo)注

在300 mm的試樣長(zhǎng)度上，壓200 mm，以N為單位標(biāo)注下壓力。

1.3 測(cè)量實(shí)施要點(diǎn)

(1) 首先以慢速移動(dòng)壓板，使之與夾具平直接觸，調(diào)節(jié)LRX材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)長(zhǎng)儀的零點(diǎn)。

(2) 零點(diǎn)調(diào)節(jié)好后慢速抬升壓板至25.00 mm處。

(3) 試驗(yàn)開始前，根據(jù)汽車門框密封條零件圖紙的圖示安裝好試樣，并注意試樣在試樣夾中的配合。

(4) 啟動(dòng)LRX材料試驗(yàn)機(jī)，以10 mm/min慢速沿試驗(yàn)軸方向垂直移動(dòng)壓板壓向試樣，直至達(dá)到1 N預(yù)負(fù)荷。

(5) 待達(dá)到預(yù)負(fù)荷后，繼續(xù)以30 mm/min恒速壓向試樣，直至達(dá)到規(guī)定的隙縫尺寸16 mm，試驗(yàn)結(jié)束。

(6) 在LRX材料試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)生成的密封件下壓力增加時(shí)的力曲線圖上，讀取壓縮位移9.00 mm處相對(duì)應(yīng)的負(fù)荷值，讀數(shù)精確到0.1 N。

(7) 試驗(yàn)結(jié)束后直接卸載試樣。如欲對(duì)同一試樣進(jìn)行復(fù)檢，最少應(yīng)在4 h以后進(jìn)行。

1.4 測(cè)量結(jié)果的給出

按上述步驟測(cè)試3段試樣的壓力值，計(jì)算算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果。同時(shí)給出最大偏差值，精確到0.1 N。

1.5 不確定度評(píng)定結(jié)果的應(yīng)用

符合上述條件或十分接近上述條件的測(cè)量結(jié)果，一般可以直接使用本不確定度評(píng)定的結(jié)果。

2 數(shù)學(xué)模型

試樣承受的壓力值F直接由壓力曲線圖上的負(fù)荷值Fd給出：

3 測(cè)量不確定度來源

試樣承受的壓力值F屬于直接測(cè)量值，測(cè)量不確定度的來源主要有：1）負(fù)荷值Fd測(cè)量重復(fù)性，按A類方法（A類方法指用對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法來評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度）評(píng)定；2）LRX 材料試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷Fd測(cè)量誤差，按B類方法（B類方法指用不同于對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法來評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度）評(píng)定；3）被測(cè)試樣之間的均勻性引入的不確定度，按B類方法評(píng)定；4）LRX 材料試驗(yàn)機(jī)零點(diǎn)定位不準(zhǔn)，以及壓板和夾具剛性致使試樣產(chǎn)生繞度等，按B類方法評(píng)定。LRX 材料試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷Fd分辨力引入的不確定度、由下壓力增加時(shí)的力曲線圖讀取負(fù)荷值Fd引入的不確定度，以及其他不確定度來源可忽略不計(jì)。各不確定度分量列于表1。

表1 各不確定度分量

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

4.1 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA評(píng)定

在相同測(cè)量條件下，重復(fù)進(jìn)行10組汽車門框密封條的壓縮負(fù)荷試驗(yàn)，測(cè)量數(shù)據(jù)見表2。

表2 重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)

應(yīng)用貝塞爾公式計(jì)算單組測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差：

由于每組測(cè)量結(jié)果由3段試樣測(cè)量的平均值給出，故測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.2 LRX 材料試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷Fd示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1評(píng)定

查閱LRX 材料試驗(yàn)機(jī)說明書或其檢定證書發(fā)現(xiàn)，LRX 材料試驗(yàn)機(jī)檢定合格，符合1級(jí)試驗(yàn)機(jī)要求。其最大允許誤差為讀數(shù)值的±1%。被測(cè)量的可能值服從矩形(均勻)分布，包含因子k1=3，區(qū)間半寬度a1=1%，所以，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1r為

因被測(cè)壓力值F約為20 N，故其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.3 被測(cè)試樣之間的均勻性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2評(píng)定

因?yàn)闇y(cè)量結(jié)果是由一組3段隨機(jī)取樣的壓力值的算術(shù)平均值給出的，所以試樣之間的均勻性將引入一項(xiàng)不確定度分量u2。查閱了最近2個(gè)月的10份該型號(hào)汽車門框密封條壓力測(cè)量的原始記錄，其測(cè)量平均值和最大偏差列于表3。

表3 10份該型號(hào)汽車門框密封條壓力測(cè)量的原始記錄

考察表3可知，被測(cè)試樣之間的平均偏差約為1.1 N，假定其服從均勻分布，包含因子k2=3，區(qū)間半寬度a2=0.55 N，所以，標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2為：

4.4 LRX 材料試驗(yàn)機(jī)零點(diǎn)定位不準(zhǔn)、壓板剛性致使試樣產(chǎn)生繞度等引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3評(píng)定

試樣承受的壓力值F直接由力曲線圖上的負(fù)荷值Fd給出，該曲線給出了9 mm壓縮行程的力值。通常將汽車門框密封條壓力試驗(yàn)曲線的行程分成100～500 份進(jìn)行讀數(shù)取值，力曲線的典型數(shù)值如表4所示。

表4 力曲線的典型數(shù)值

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和壓力試驗(yàn)重復(fù)性的數(shù)據(jù)分析，LRX 材料試驗(yàn)機(jī)零點(diǎn)定位不準(zhǔn)、壓板剛性使試樣產(chǎn)生繞度等的最大值可達(dá)±0.1 mm。由表4可知：定位誤差0.1 mm將會(huì)引起負(fù)荷讀數(shù)值Fd約0.6 N的誤差。假定其服從均勻分布，包含因子k3=3，區(qū)間半寬度a3=0.6 N，標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3為：

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

不確定度分量uA(采用合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差)、u1、u2和u3互不相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用方和根方法合成：

6 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度提供p≈95%的包含概率。試驗(yàn)壓力測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U為

7 測(cè)量結(jié)果及其不確定度報(bào)告

對(duì)某型號(hào)汽車門框密封條壓力進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果F≈20.0 N。

測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度為U=1.1 N，包含因子k＝2，提供p≈95%的包含概率。

8 結(jié) 論

本文選擇的是對(duì)汽車門框密封條在常溫條件下壓縮負(fù)荷的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不確定度的評(píng)定。當(dāng)然對(duì)于其他類型的密封條在其他溫度條件下的壓縮負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果不確定度的評(píng)定，同樣可以參考本文所介紹的方法進(jìn)行。

[1] 中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).測(cè)量不確定度要求的實(shí)施指南[M] .北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2011.

[2] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2012.

[責(zé)任編輯：朱 胤]

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2015-03-12