O形橡膠密封圈室溫拉伸試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法的研究

張曉峰，徐倩倩，張雪婷，馬海洋

[成都航利（集團(tuán)）實(shí)業(yè)有限公司，四川 成都 611930]

O形橡膠密封圈（簡(jiǎn)稱O形圈）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、耐磨和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車等的液壓及氣動(dòng)元件中。其密封效果主要由材料的物理性能決定。室溫拉伸試驗(yàn)是測(cè)定O形圈物理性能的常用試驗(yàn)之一，主要測(cè)定拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率。但現(xiàn)有O形圈室溫拉伸試驗(yàn)存在試樣斷裂伸長(zhǎng)量難以精確測(cè)量的問題。為了解決現(xiàn)有問題，本工作開發(fā)了一種測(cè)試精度高、操作簡(jiǎn)便的室溫拉伸試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法，用于完整（即未剪斷的）O形圈拉斷伸長(zhǎng)率的測(cè)試。

1 現(xiàn)有O形圈拉伸試驗(yàn)裝置存在的問題

在現(xiàn)有的拉伸試驗(yàn)裝置中，完整O形圈的試驗(yàn)夾具是由上、下兩個(gè)有最小直徑規(guī)定（12 mm）且?guī)L珠軸承的軸輪組成，當(dāng)兩個(gè)輪彼此靠近時(shí)，其中心距可以達(dá)到較小的距離以便安裝試樣[1]。軸輪通過各種連接機(jī)構(gòu)與拉力試驗(yàn)機(jī)相連接，通常使用銷釘連接。使用現(xiàn)有拉伸裝置能夠很好地進(jìn)行完整O形圈拉伸強(qiáng)度的測(cè)定，但是難以準(zhǔn)確地測(cè)定其拉斷伸長(zhǎng)率。拉斷伸長(zhǎng)率為試樣拉伸至斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)增量與初始長(zhǎng)度之比[2]。使用現(xiàn)有拉伸裝置測(cè)量試樣斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)增量有兩種方法：（1）采用與拉伸裝置相連的拉伸設(shè)備橫梁位移值代替試樣斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)增量，由于設(shè)備控制軟件顯示的拉伸設(shè)備橫梁位移值精度難以保證，不能準(zhǔn)確地反映O形圈的實(shí)際變形量，并且采用此方法需在O形圈內(nèi)周長(zhǎng)的伸長(zhǎng)率恰好等于零時(shí)確定為橫梁位置值清零點(diǎn)，較難以操作。另外，設(shè)備與夾具、夾具與試樣之間的配合間隙和不同的應(yīng)變量會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的誤差進(jìn)一步增大。（2）使用測(cè)量精度較高的工具測(cè)定試樣斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)量，但是不足之處在于完整O形圈的斷裂點(diǎn)由試驗(yàn)人員主觀判定，難以精準(zhǔn)地同步測(cè)量完整O形圈斷裂瞬間的伸長(zhǎng)量[3-11]。

2 新型拉伸試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)與原理

本裝置由承力部分和試驗(yàn)部分組成（見圖1）。

承力部分包括轉(zhuǎn)接頭、預(yù)緊環(huán)、固定銷和開口連桿。轉(zhuǎn)接頭上端為光桿并制有橫向銷釘孔，其作用是通過橫向銷連接和固定O形圈測(cè)量試驗(yàn)機(jī)橫梁上的連接部分，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力的傳遞；中部外表面制有與預(yù)緊環(huán)螺紋連接的外螺紋，作用是向試驗(yàn)機(jī)橫梁方向旋轉(zhuǎn)預(yù)緊環(huán)以消除橫向銷連接所引入的配合間隙，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力傳遞的剛性或線性要求；下端為光桿結(jié)構(gòu)，并在同一平面上垂直分布2個(gè)橫向孔，大孔的作用是與承力部分的開口連桿過盈配合連接，小孔為銷釘孔，其作用是利用鑲?cè)肫渲械墓潭ㄤN可防止開口連桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或滑移。開口連桿呈U形，兩臂截面半徑相同、相互平行，且與底邊垂直，通過弧形圓棒結(jié)構(gòu)連接，可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力的進(jìn)一步剛性傳遞。其中一臂與轉(zhuǎn)接頭連接，另一臂與試驗(yàn)部分的軸承連接。

試驗(yàn)部分包括定心卡片、軸輪、花盤和軸承。軸承的內(nèi)環(huán)與開口連桿的其中一臂過盈連接，并通過開口連桿上的限位臺(tái)階進(jìn)行定位。軸承的外環(huán)與軸輪內(nèi)孔過盈配合，起到保證軸輪自由轉(zhuǎn)動(dòng)、調(diào)整位置、保證試驗(yàn)精度的作用?；ūP與開口連桿的端頭螺紋連接，與軸承接觸方向制有一圈凸臺(tái)，凸臺(tái)的外徑略小于軸承內(nèi)環(huán)的外徑。當(dāng)鎖緊花盤時(shí)，凸臺(tái)將壓緊軸承內(nèi)環(huán)，防止軸承的橫向移動(dòng)。定心卡片是一個(gè)U形結(jié)構(gòu)的薄片，一邊固定在開口連桿的下邊，另一邊在軸承外且其外表面制有一個(gè)V形卡槽，特征是V形卡槽與軸承圓心在試驗(yàn)力垂直方向處于同一水平面。其作用是卡入大變形引伸計(jì)（見圖2）的刀口，通過引伸計(jì)的彈簧鉤將引伸計(jì)與定心卡片固定，保證試驗(yàn)過程中引伸計(jì)能夠隨著定心卡片的移動(dòng)而移動(dòng)，從而測(cè)量完整O形圈拉斷時(shí)引伸計(jì)讀數(shù)，以計(jì)算出完整O形圈的拉斷伸長(zhǎng)率。

3 采用新型試驗(yàn)裝置的測(cè)試方法及特點(diǎn)

3.1 測(cè)試方法

（1）在試驗(yàn)前需測(cè)定試驗(yàn)參數(shù)。測(cè)量拉伸裝置上、下大變形引伸計(jì)緊密貼合后的引伸計(jì)刀口的間距和試樣內(nèi)徑。

（2）貼合兩個(gè)引伸計(jì)并將引伸計(jì)讀數(shù)清零，將完整O形圈分別套入已調(diào)節(jié)至合適距離的兩個(gè)軸輪的凹槽內(nèi)，在引伸計(jì)卡槽上夾緊大變形引伸計(jì)，以合適的速度拉伸試樣直至拉斷，獲取試樣斷裂時(shí)引伸計(jì)讀數(shù)。

（3）計(jì)算完整O形圈的拉斷伸長(zhǎng)率

式中：ε為拉斷伸長(zhǎng)率，%；D為試樣拉斷時(shí)引伸計(jì)的讀數(shù)，mm；D0為上、下引伸計(jì)緊密貼合后引伸計(jì)刀口的間距，mm；G為軸輪周長(zhǎng)，mm；C為試樣內(nèi)周長(zhǎng)，mm。

3.2 特點(diǎn)

（1）測(cè)試精度高。該方法以上、下引伸計(jì)緊密貼合后引伸計(jì)刀口的間距與O形圈拉斷時(shí)引伸計(jì)讀數(shù)之和代替橫梁位移值，避免了橫梁位移值精度低、設(shè)備與夾具及夾具與樣件之間的配合間隙不固定、橫梁位移值清零點(diǎn)難以確定等缺點(diǎn)。

（2）試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。試驗(yàn)時(shí)只需將完整O形圈放入軸輪凹槽中即可完成試樣的安裝，最后將大變形引伸計(jì)卡入裝置的引伸計(jì)專用卡槽中并夾緊，即可開始試驗(yàn)，操作方便。

（3）避免了完整O形圈在拉伸過程中發(fā)生偏移。軸輪凹槽有效避免了O形圈在軸輪外圓周上試驗(yàn)時(shí)可能發(fā)生的橫向偏移或滑動(dòng)，消除了由此帶來的測(cè)量誤差。

4 結(jié)論

本工作提出完整O形圈室溫拉伸試驗(yàn)裝置及其使用方法，通過引入引伸計(jì)對(duì)試樣拉斷時(shí)的伸長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算其拉斷伸長(zhǎng)率。與傳統(tǒng)測(cè)試方法相比，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，避免了完整O形圈在拉伸過程中發(fā)生偏移而帶來的測(cè)量誤差，測(cè)試精度和試驗(yàn)效率大幅度提高。