O形橡膠密封圈室溫拉伸試驗裝置及測試方法的研究

張曉峰，徐倩倩，張雪婷，馬海洋

[成都航利（集團）實業有限公司，四川 成都 611930]

O形橡膠密封圈（簡稱O形圈）具有結構簡單、安裝方便、耐磨和耐腐蝕等優點，被廣泛應用于飛機、汽車等的液壓及氣動元件中。其密封效果主要由材料的物理性能決定。室溫拉伸試驗是測定O形圈物理性能的常用試驗之一，主要測定拉伸強度和拉斷伸長率。但現有O形圈室溫拉伸試驗存在試樣斷裂伸長量難以精確測量的問題。為了解決現有問題，本工作開發了一種測試精度高、操作簡便的室溫拉伸試驗裝置及測試方法，用于完整（即未剪斷的）O形圈拉斷伸長率的測試。

1 現有O形圈拉伸試驗裝置存在的問題

在現有的拉伸試驗裝置中，完整O形圈的試驗夾具是由上、下兩個有最小直徑規定（12 mm）且帶滾珠軸承的軸輪組成，當兩個輪彼此靠近時，其中心距可以達到較小的距離以便安裝試樣[1]。軸輪通過各種連接機構與拉力試驗機相連接，通常使用銷釘連接。使用現有拉伸裝置能夠很好地進行完整O形圈拉伸強度的測定，但是難以準確地測定其拉斷伸長率。拉斷伸長率為試樣拉伸至斷裂時的伸長增量與初始長度之比[2]。使用現有拉伸裝置測量試樣斷裂時的伸長增量有兩種方法：（1）采用與拉伸裝置相連的拉伸設備橫梁位移值代替試樣斷裂時的伸長增量，由于設備控制軟件顯示的拉伸設備橫梁位移值精度難以保證，不能準確地反映O形圈的實際變形量，并且采用此方法需在O形圈內周長的伸長率恰好等于零時確定為橫梁位置值清零點，較難以操作。另外，設備與夾具、夾具與試樣之間的配合間隙和不同的應變量會導致測量結果的誤差進一步增大。（2）使用測量精度較高的工具測定試樣斷裂時的伸長量，但是不足之處在于完整O形圈的斷裂點由試驗人員主觀判定，難以精準地同步測量完整O形圈斷裂瞬間的伸長量[3-11]。

2 新型拉伸試驗裝置的結構與原理

本裝置由承力部分和試驗部分組成（見圖1）。

承力部分包括轉接頭、預緊環、固定銷和開口連桿。轉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形圈測量試驗機橫梁上的連接部分，以實現試驗力的傳遞；中部外表面制有與預緊環螺紋連接的外螺紋，作用是向試驗機橫梁方向旋轉預緊環以消除橫向銷連接所引入的配合間隙，實現試驗力傳遞的剛性或線性要求；下端為光桿結構，并在同一平面上垂直分布2個橫向孔，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，其作用是利用鑲入其中的固定銷可防止開口連桿發生轉動或滑移。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，通過弧形圓棒結構連接，可實現試驗力的進一步剛性傳遞。其中一臂與轉接頭連接，另一臂與試驗部分的軸承連接。

試驗部分包括定心卡片、軸輪、花盤和軸承。軸承的內環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階進行定位。軸承的外環與軸輪內孔過盈配合，起到保證軸輪自由轉動、調整位置、保證試驗精度的作用。花盤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，凸臺的外徑略小于軸承內環的外徑。當鎖緊花盤時，凸臺將壓緊軸承內環，防止軸承的橫向移動。定心卡片是一個U形結構的薄片，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V形卡槽，特征是V形卡槽與軸承圓心在試驗力垂直方向處于同一水平面。其作用是卡入大變形引伸計（見圖2）的刀口，通過引伸計的彈簧鉤將引伸計與定心卡片固定，保證試驗過程中引伸計能夠隨著定心卡片的移動而移動，從而測量完整O形圈拉斷時引伸計讀數，以計算出完整O形圈的拉斷伸長率。

3 采用新型試驗裝置的測試方法及特點

3.1 測試方法

（1）在試驗前需測定試驗參數。測量拉伸裝置上、下大變形引伸計緊密貼合后的引伸計刀口的間距和試樣內徑。

（2）貼合兩個引伸計并將引伸計讀數清零，將完整O形圈分別套入已調節至合適距離的兩個軸輪的凹槽內，在引伸計卡槽上夾緊大變形引伸計，以合適的速度拉伸試樣直至拉斷，獲取試樣斷裂時引伸計讀數。

（3）計算完整O形圈的拉斷伸長率

式中：ε為拉斷伸長率，%；D為試樣拉斷時引伸計的讀數，mm；D0為上、下引伸計緊密貼合后引伸計刀口的間距，mm；G為軸輪周長，mm；C為試樣內周長，mm。

3.2 特點

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

（2）試驗裝置結構簡單、操作方便。試驗時只需將完整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卡入裝置的引伸計專用卡槽中并夾緊，即可開始試驗，操作方便。

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

4 結論

本工作提出完整O形圈室溫拉伸試驗裝置及其使用方法，通過引入引伸計對試樣拉斷時的伸長量進行測量，并計算其拉斷伸長率。與傳統測試方法相比，該裝置結構簡單、操作方便，避免了完整O形圈在拉伸過程中發生偏移而帶來的測量誤差，測試精度和試驗效率大幅度提高。