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工艺参数对橡胶球铰径向刚度稳定度的影响


                             工艺参数对橡胶球铰径向刚度稳定度的影响
                                            孟兆荣,丁周清
                  ( 株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)
    摘要: 研究滚压方式和滚压量对橡胶球铰径向刚度稳定度的影响,以解决大部分橡胶球铰刚度不稳定、离散性较大等问题。试验结果表明: 滚压量越大,橡胶球铰的径向刚度稳定度越好; 当橡胶球铰采用热滚压且滚压量为2% 或者更大时,橡胶球铰的刚度分散度较小,稳定度较好。
    关键词: 橡胶球铰; 滚压方式; 滚压量; 径向刚度; 稳定度
    中图分类号: TQ330. 6; TQ336. 4 + 2 文献标志码: B 文章编号: 1000-890X( 2015) 02-0113-03
    减震器连接头应用于减震器和机械支座之间,起连接作用,承受减震器相对于转向架箱和转向框架的角位移,传递转向架箱的作用力和减震器的反作用力,吸收振动和过滤不同频率振动波。
    橡胶球铰( 结构见图1) 在各种复杂载荷作用下,橡胶材料中往往会出现影响其疲劳性能的拉伸应力。为避免该状况,橡胶球铰在生产时需要进行一定量的周向滚压,以消除产品在硫化时因温度变化而产生的初始拉伸应力及工作中因承受外加载荷而出现的更大拉伸应力,确保产品在工作时始终处于预压状态,从而避免出现影响产品疲劳寿命的拉伸应力[1]。预压方式是指球铰冷、热滚压[2],即硫化完成停放一段时间后进行滚压( 冷滚压) 或者硫化完成后直接进行滚压( 热滚压) 。
    
     橡胶球铰的径向刚度分散度极大,波动范围较广,经常超出客户要求的刚度范围。而径向刚度是减震器连接头最关键的刚度特性,直接关系到连接头能否满足使用工况要求及其使用寿命。因此径向刚度是否稳定极为关键。
    1 ·实验
    1. 1 主要原材料
    天然橡胶( NR) ,3# 烟胶片,海南农垦橡胶有限公司产品; 炭黑N550,中橡集团炭黑工业研究设计院产品。
    1. 2 配方
    NR 100,炭黑N550 56,氧化锌6,硬脂酸2,防老剂6,硫黄0. 7,促进剂2. 5。
    1. 3 主要设备与仪器
    K4 型密炼机,英国法雷尔公司产品; X( S) K-350 型开炼机,上海橡胶机械一厂产品; 200 t 平板硫化机,湖州宏侨橡胶机械有限公司产品; CSS-55100 型电子万能试验机,长春试验机研究所产品; EK-2000 型硫化仪,中国台湾优肯科技股份有限公司产品。
    1. 4 试样制备
    按常规工艺混炼胶料。将模具置于平板硫化机预热3 ~ 4 h,然后打开模具,放入铁件和胶料,加压硫化,硫化参数为: 下料质量200 g,上下平板硫化温度( 145 ± 5) ℃,硫化时间25 min,硫化压力200 t。
    1. 5 橡胶径向刚度稳定度测试
    稳定度用产品刚度的方差值进行表征。方差越小,表明离散度越小,稳定度越好。
    2· 结果与讨论
    2. 1 滚压方式
    将48 个产品均分为两大组,分别进行热滚压和冷滚压,再把每个大组分为3 个小组,每个小组采用不同滚压量进行加工,最后对产品径向刚度进行测试,分析直径径向刚度的离散程度。
    滚压方式对径向刚度分散度的影响见图2。
    
     从图2 可以看出: 当滚压量为1% 时,冷滚压橡胶球铰径向刚度分散度较小; 滚压量为2%时,热滚压橡胶球铰径向刚度分散度较小; 滚压量为5% 时,冷、热滚压橡胶球铰径向刚度分散度相当。
    当滚压量为1%时,冷滚压状态下,经过24 h停放后,橡胶球铰中高分子由高温的活跃状态进入恒温的稳定状态,分子链之间作用力较稳定,滚压量较小时,分子链的排列不易改变; 而在热滚压状态下,分子链较活跃,很小的外力作用即可导致分子链随着外力作用进行移动排列,在外力作用下部分分子的排列违背了橡胶本身排列趋势,增大了产品的径向刚度分散度。当滚压量为2%时,冷滚压状态下,橡胶部分分子链重新排列,破坏了原有稳定状态排列; 而热滚压状态下,部分分子链在外力作用下重新排列后经过停放可以部分恢复,从而减小了径向刚度分散度。当滚压量为5%时,由于滚压量较大,破坏了冷、热滚压两种状态下橡胶内部分子链的排列,此时热滚压后的停放对分子链的排布作用效果甚微,导致冷、热滚压的径向刚度分散度相当。
    2. 2 滚压量
    滚压量对径向刚度分散度的影响见图3。
    
    从图3 可以看出,无论冷滚压或热滚压,橡胶球铰的径向刚度分散度基本均随滚压量的增大而减小。这是由于随着滚压量的逐渐增大,恒温停放对橡胶球铰分子链的重新排列影响越来越小。滚压量是对橡胶球铰径向刚度影响较大的因素。
    3 ·结论
    滚压量越大,橡胶球铰的径向刚度稳定度越好,当橡胶球铰采用热滚压且滚压量为2% 或者更大时,球铰的径向刚度稳定度较好。可以通过热滚压方法提高产品的生产效率及橡胶球铰的径向刚度稳定性。
参考文献
[1]荣继刚,黄友剑,唐先贺,等. 预压量对橡胶球铰综合性能的影响[J]. 特种橡胶制品,2006,27( 2) : 36-37.
[2]孟兆荣,李儒剑,朱闰平,等. 一种牵引杆球铰椭圆度的改善方法[J]. 橡胶工业,2012,59( 11) : 683-684.


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