橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法，包括：在不同安装压缩率以及不同温度下，对橡胶试件进行加速老化试验，分别得到橡胶试件的变形率与老化时间τ的试验曲线；采用最小二乘法确定A、K和/或α；采用最小二乘法分别确定Z和ΔE/R，；计算不同安装压缩率下贮存温度为Ts时的As值、值和Ks值；代入公式中，得到不同安装压缩率下的老化时间τ。本发明通过考虑压缩率对于橡胶密封圈贮存寿命的影响规律，使得橡胶密封圈寿命预测更为准确，通过优化设计可以提高橡胶密封圈的贮存寿命，为密封圈的寿命设计提供指导。
【专利说明】橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及弹性器件的寿命试验与评估【技术领域】，特别是涉及一种橡胶密封圈的 贮存寿命优化设计方法。
【背景技术】
[0002] 橡胶圈密封圈是一种截面形状为圆形的橡胶圈。橡胶密封圈是液压、气动系统中 使用最广泛的一种密封件。橡胶密封圈有良好的密封性能，既可用于静密封，也可用于动密 封中；不仅可单独使用，而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。它的使用范围很 宽，如果材料选择得当，可以满足各种介质和各种运动条件的要求。
[0003] 目前在橡胶密封的工程应用中，密封性能设计工作及寿命分析工作还不能够很好 地结合、协调进行。密封圈性能设计与寿命分析工作存在两张皮的现象，具体表现在：在橡 胶密封设计中，设计师只是从性能设计的角度给出了橡胶密封圈大致的压缩率范围，而没 有考虑到橡胶老化对密封圈寿命的影响问题；同时，在橡胶密封圈贮存寿命评估工作中，可 靠性工程师进行了大量的橡胶密封圈的老化试验，但却不能利用试验结果准确的预测密封 圈的寿命。这一方面是由于各个试验选取的密封圈失效判据差别很大，直接影响了寿命评 估结果；另一方面是由于在密封圈设计过程中，压缩率的选取标准差别很大，而压缩率对橡 胶密封圈的寿命影响很大，故很难将某一压缩率下的试验结果应用在实际的工程情况下。
[0004] 橡胶密封圈的贮存寿命不仅仅取决于橡胶的老化性能，也同样取决于橡胶密封结 构的设计是否可靠、合理。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法，以 得到真实可信的且具有很高参考价值的橡胶密封圈贮存寿命。
[0006] 基于上述目的，本发明提供的橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法包括以下步 骤：
[0007] 在不同安装压缩率以及不同温度下，对橡胶试件进行加速老化试验，分别得到不 同安装压缩率以及不同温度下橡胶试件的变形率与老化时间τ的试验曲线；
[0008] 根据所述加速老化试验曲线，采用最小二乘法分别确定在不同安装压缩率以及不 同温度下公式P = AeTK τ或者ρ = 中的常数Α、性能变化速率常数K和/或常数α ;
[0009] 根据得到的不同温度下的K值，采用最小二乘法分别确定在不同安装压缩率下公 式K = Ζ?ΓΔΕ/ΚΤ中的Z和ΛΕ/R，其中Z为频率因子，ΛΕ为激活能，R为气体常数；计算不同 安装压缩率下贮存温度为Ts时的性能变化速率常数κ的平均值f = 其中，= Λ ， InZ，Id1 = - Δ E/R ;
[0010] 计算不同安装压缩率下贮存温度为Ts时的As值； toon] 计算不同安装压缩率下贮存寿命特征参数的平均值耳=為. ?
[0012] 将不同安装压缩率下计算得到的α值、As值、巧值和&值分别代入公式
【权利要求】
1. 一种橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤： 在不同安装压缩率以及不同温度下，对橡胶试件进行加速老化试验，分别得到不同安 装压缩率以及不同温度下橡胶试件的变形率与老化时间τ的试验曲线； 根据所述加速老化试验曲线，采用最小二乘法分别确定在不同安装压缩率以及不同温 度下公式Ρ=Α，τ或者P= 中的常数Α、性能变化速率常数K和/或常数α; 根据得到的不同温度下的K值，采用最小二乘法分别确定在不同安装压缩率下公式K=Ζ?ΓΔΕ/ΚΤ中的Z和ΛΕ/R，其中Z为频率因子，ΛΕ为激活能，R为气体常数；计算不同安装 压缩率下贮存温度为Ts时的性能变化速率常数K的平均值= 其中，ai =InZ， f bx = -ΔE/R； 计算不同安装压缩率下贮存温度为Ts时的As值； 计算不同安装压缩率下贮存寿命特征参数的平均值￥=4^^. 将不同安装压缩率下计算得到的α值、As值、^值和Ks值分别代入公式r=exp[4(lnln.-lnA')]中，得到不同安装压缩率下的老化时间τ。
2. 根据权利要求1所述的橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法，其特征在于，计算贮 存温度为Ts时的性能变化速率常数的上限值f 其中Sy通过以下步骤计算 S J 得到： 令X1 = 1/T，Y1 =InK，S1 =InZ，Id1 = -ΔΕ/R，用最小二乘法求系数和相关系数 Tl; 计算Y1值的标准偏差& =/丨+丄+(巧二七)其中 ImlAi-V1 'Hm^2 (--ι+?,^ +/?| ) 计算贮存温度为Ts时的性能变化速率常数的上限值尤ze1 ^、 Λ 。
3. 根据权利要求2所述的橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法，其特征在于，将不同 安装压缩率下计算得到的α值、As值、P1值和心值分别代入公式i* =exp[^(lnln^-to;)] (ΛII 中，得到不同安装压缩率下的老化时间τ; 其中，所述不同安装压缩率下贮存寿命特征参数的失效临界值P1的计算方法为X-Y 乃=TiV为安装压缩率，w为最小使用压缩率。
4. 根据权利要求1所述的橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法，其特征在于，所述确 定常数A和性能变化速率常数K的步骤包括： 根据所述加速老化试验数据，对每个老化试验温度可获得一组老化时间τ与贮存寿 命特征参数P的数据； 将公式P=Ae_KT或W进行代数变换，令X=τ或X=τ°;Y=InP;a=InA;b= -K，则公式P=A。'或尸=▲W用Y=a+bX表示；用最小二乘法求系数a、b和 相关系数^其中/似=丈认厂对 Jjxx, ViXviIrf j-i , ;=) ,
5. 根据权利要求4所述的橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法，其特征在于， 采用逐次逼近法确定α值，逼近准则是α值精确到小数点后两位时，使I值最小，
式中：Pu为第i个老化试验温度其中，Pu为第i个老化试验温度下，第j个测试点的 性能变化指标试验值；Pu为第i个老化试验温度下，第j个测试点的性能变化指标预测值。
6. 根据权利要求4所述的橡胶密封圈的贮存寿命优化设计方法，其特征在于，采用尝 试法确定α，尝试原则是不断缩小尝试区间和间隔，α精确到小数点后两位时，值最小，
式甲：Pij为弟i个老化试验温度其中，Pij为第i个老化试验温度下，第j个测试点的 性能变化指标试验值；Pu为第i个老化试验温度下，第j个测试点的性能变化指标预测值； α-般在〇?1之间，第一次设α= 〇. 50、0. 51，分别计算其I值进行比较，如果α=0. 50时I值小，则尝试区间为0?0. 50,否则为0. 50?1，以次类推，至α尝试到小数 点后两位时I值最小的一组解，即为最终得到的α估计值。
7. 根据权利要求1所述的橡胶密封圈贮存寿命优化设计方法，其特征在于，根据所述 加速老化试验数据，对每个老化试验温度可获得一组老化温度T与常数A的数据，采用以下 方法计算不同安装压缩率下贮存温度为Ts时的As值： 若A与老化温度T呈线性关系，按置信度95 %检查A与T线性相关系数r2，若线性相 关成立，则存温度TsC下有：As =a2+b2Ts。 若A与老化温度T无线性关系，每个老化试验温度点的A值接近1或其它值，则贮存温 度的As = 1或As取m个老化试验温度的平均值。
8. 根据权利要求1所述的橡胶密封圈贮存寿命优化设计方法，其特征在于，所述安装 压缩率选自10%?30%中的至少三个。
9. 根据权利要求1所述的橡胶密封圈贮存寿命优化设计方法，其特征在于，所述试验 温度选自60°C?KKTC中的至少三个。
10. 根据权利要求1所述的橡胶密封圈贮存寿命优化设计方法，其特征在于，所述最小 使用压缩率W为8?12%。
【文档编号】G01M13/00GK104236889SQ201410461145
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】张生鹏 申请人:航天科工防御技术研究试验中心