密封膜片加速贮存试验温度研究与分析.pdf

:./.密封膜片加速贮存试验温度研究与分析闫田田张 恬唐慧慧李振将朱凤琦(北京精密机电控制设备研究所 航天伺服驱动与传动技术实验室北京)摘 要:密封膜片的贮存寿命要求一般长达十几年为了在较短的时间内评估密封膜片的贮存寿命提出了一种基于温度摸底的加速贮存试验方法该试验方法是一种粘接式试验包括步进温度试验和恒定温度试验方法 该文重点对密封膜片加速贮存试验温度进行了试验研究和数据分析通过试验研究和数据分析发现密封膜片加速贮存试验的最高温度不宜超过玻璃化转变温度密封膜片加速贮存试验中存在有机玻璃膜片老化破裂或膜片与结构件脱粘两种失效模式该研究结果为同类产品的加速贮存试验提供了有效的试验方法和温度范围关键词:密封膜片加速贮存试验温度数据分析中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:引 言在液压能源装配调试完成后的长期静置过程中为保证燃气发生器能够正常点火启动通常在燃气发生器出口前安装密封膜片 密封膜片主要作用为保证涡轮泵与燃气发生器之间的密封性防止涡轮泵发生的漏油流入燃气发生器燃烧室内进而影响其点火可靠性 密封膜片的贮存寿命要求长达十几年自然贮存很难在较短的时间内给出密封膜片的贮存寿命为了在较短时间内评估密封膜片的贮存寿命经常需要采用加速贮存试验方法且加速试验应保持失效机理不变关于加速贮存试验方面的相关研究众多 王静、茆诗松等多位学者在各自的研究中进行了加速贮存和自然贮存的对比验证技术研究通过对加速贮存试验与自然贮存试验不一致性的影响因素的分析对常用的对比验证技术方法进行了梳理和归类并结合当前工程应用中存在的问题提出了对比验证技术需进一步密切关注秦玉灵等通过测定贮存恒定应力水平下该型硬质泡沫弹架的温度加速蠕变性能数据建立泡沫弹架材料的蠕变本构关系研究泡沫弹架材料的蠕变时温等效规律 在此基础上开展泡沫弹架的高温加速贮存试验与评估方法研究宫晓春等研究了一种金属减振器的库房贮存寿命的实验室加速贮存试验验证方法首先分析某型金属减振器的性能指标参数和贮存薄弱环节然后设计并实施相关的加速贮存试验滕飞、李久祥等研究了某型导弹冲压发动机寿命的因素并设计了综合环境应力加速贮存试验方法 为了符合自然环境的年变化规律设计了 个周期的综合环境应力加速贮存试验使其能够等效产品自然贮存 年每个周期的加速贮存试验包括低温冷冻、高低温交变加速、高温高湿加速、高温老化 部分 采用加速模型估计出每段加速试验的加速因子进而依据自然贮存环境测试数据折算出加速试验谱 基于上述研究结果笔者研究了密封膜片加速贮存试验温度并进行了数据分析给出了粘接式密封膜片加速贮存的温度范围可为同类产品的加速贮存试验提供有效参考机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)研究与试验收稿日期:作者简介:闫田田()女山东济宁人工程师研究方向:固体火箭发动机设计 密封膜片在目前液压能源使用中现有膜片主要结构形式为有机玻璃膜片通过 胶粘接在不锈钢膜片座上密封膜片结构示意图如图 所示图 密封膜片结构示意图 步进温度试验将 件密封膜片试验件放在专用试验工装内模拟密封膜片贮存最恶劣状态在组件内(向)注入 号航空液压油放入试验箱以 为阶梯在 范围内的 个温度下各进行了 的高温贮存试验剖面如图 所示 每个温度下的高温贮存试验结束后进行.、的气密性测试 图、为密封膜片试验安装和性能测试情况图 密封膜片温度步进试验剖面图 密封膜片试验安装图图 密封膜片试验性能测试 密封膜片试验件经过、下高温试验后测试是否满足气密性要求但经 试验后测试发现有机玻璃膜片出现塑性变形测试后塑性变形增大如图 所示 试验后有机玻璃膜片变形减小但气密性测试满足要求 试验至 后进行.和 的气密性测试测试发现 号密封膜片出现破裂如图 所示其余密封膜片测试正常满足气密性要求图 密封膜片测试后变形情况图 号密封膜片破裂情况 密封膜片 试验测试结束后将测试正常的 件密封膜片分为两组分别进行.和 的气密性测试和压力爆破试验 其中、号密封膜片进行.和 的气密性测试测试结果未出现失效、号密封膜片进行压力爆破试验、号密封膜片分别在 的压强下进行了 和 的气密性试验未出现失效 号密封膜片在压强为.时破裂 号密封膜片在压强为.时破裂测试情况见表、图 所示表 密封膜片附加测试情况试件编号失效形式试件压强及测试持续时间膜片破裂.无、无、膜片破裂.无.、无.、无.、研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用图 、号密封膜片破裂情况图 、号密封膜片最终状态图 、号密封膜片最终状态 恒定温度试验参试产品共 件试件编号 将试验件放在专用试验工装内模拟密封膜片贮存最恶劣状态 在组件内(向)注入 号航空液压油置于试验箱 试验初始温度为 每次取出 件试验件进行爆破压力测试在进行了 的高温试验后三次测试数据基本无变化 将试验温度提高为 每次取出 件试验件进行爆破压力测试记录密封膜片爆破压强 由于多个试验件在经过 的试验后出现变形调整了试验过程中每次测试的试验件数量测试记录见表 密封膜片恒定温度试验有效试验时间共 其中 下有效试验时间 下有效试验时间 试验共进行 次图 为密封膜片恒定温度试验的试验剖面图 为密封膜片试验后的照片表 密封膜片恒定温度试验测试数据试件编号试验温度/试验时间/试件破坏压强/.气密性测试显示已脱粘.(未破).(未破).(未破).(未破).(未破)./图 密封膜片温度恒定试验剖面图 密封膜片试验后照片机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)研究与试验 试验温度升至 后在测试点对密封膜片进行外观检查部分密封膜片的有机玻璃膜片出现变形其中大部分变形为向 方向凸起(定义为凸变形)个别向 方向凸起(定义为凹变形)表 为密封膜片有机玻璃的变形情况汇总 密封膜片外观检查变形如图 所示表 下试验件有机玻璃膜片变形情况试件编号 下试验时间/凸部分脱粘/凸/凹/凸部分脱粘/凹凹/凸凸/无变形无变形微凸/凸凸平凸/凸凸微凸凸凸无变形无变形无变形无变形凸无变形无变形无变形微凸凸凸凸微凸凸微凸凸凸微凸微凸凸 注:试验件爆破测试前无变形的试验编号未列出表中/表示已进行爆破测试图 密封膜片变形情况 数据分析步进温度试验说明密封膜片具有较高的温度极限 恒定应力试验表明经过、和、的高温试验后无变形密封膜片的爆破压强无明显变化变形密封膜片的爆破压强大于无变形密封膜片 下有机玻璃膜片会出现变形且变形量不断变化有机玻璃材料分为玻璃态、高弹态和粘流态 在软化点(高弹态转变为粘流态的转折点)和玻璃转化温度(玻璃态转变为高弹态的转折点)之间的温度范围有机玻璃具有变形可逆的特点 通过对试验情况和相关资料的综合分析密封膜片中有机玻璃膜片的玻璃转化转变温度约为 加速试验应保持失效机理不变有机玻璃的化学老化在微观上表现为分子链的断裂虽然试验中有机玻璃的变形不改变失效机理但会影响气密性测试的结果 根据上面的分析结果为保证密封膜片加速贮存试验结果更真实密封膜片加速贮存试验的最高温度不宜超过 在密封膜片的长期贮存过程中两种非金属材料(有机玻璃和 胶粘剂)存在不同程度的老化问题性能随着时间的延长而相应下降 有机玻璃老化相关文献研究表明温度作用下有机玻璃分子的侧链发生断裂而主链一般不会断裂老化问题也不是平均分子量降低的主要因素对有机玻璃的性能影响不太大 结合试验情况可以认为密封膜片的有机玻璃膜片有较长的现场贮存寿命 胶粘剂是一种飞机座舱常用胶粘剂常温的拉压剪切强度在 左右 密封膜片气密性测试对密封膜片 方向施加.的压力此时为保证有机玻璃膜片与金属结构不脱粘需要粘接面提供约.的粘合力均匀分布时需要的粘接强度为.航空材料研究所在海南对该胶粘剂进行了 年的自然放置测试其强度发现仍不低于 可见 胶粘剂也具有较长的现场贮存寿命 恒定温度试验中除个别试件在高温时出现部分脱粘外经过、和 、的高温试验 胶黏剂仍具有不低于.的拉伸剪切强度 胶粘剂的老化曲线一般为指数形式初始变化较快随着时间的延长变化越来越慢 综上所述密封膜片加速贮存试验中可能出现有机玻璃膜片老化破裂或膜片与结构件脱粘两种失效模式 结 论通过步进温度试验和恒定温度试验研究得出如下结论()提供了一种粘接式密封膜片加速贮存试验温度摸底的试验方法()有机玻璃件的加速贮存试验温度不应超过有机玻璃的玻璃化转变温度()密封膜片加速贮存试验中可能出现有机玻璃膜片老化破裂或膜片与结构件脱粘两种失效模式文章研究了密封膜片加速贮存试验温度给出了粘接式密封膜片加速贮存试验的温度范围为密封膜片加速贮存试验提供了有效的试验方法和温度范围同类产品可参考此试验方法和试验温度进行加速贮存试验研究参考文献:王 静冯 静杨晋勇等.加速贮存与自然贮存对比验证技术研究.强度与环境():.(下转第 页)研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用依然对偏心轮转过 角时从动件和偏心轮做静力学分析(静止状态受力分析)根据力矩平衡关系偏心轮输出转矩为:()()根据式()、()进行代数运算:()()()()()直动滚子从动件偏心轮机构设计完成后偏距为偏心轮半径 偏心轮偏心距 以及从动件滚子半径 均为已知常数故 可等同于常数设定 设定函数():()()()()其中:同理当函数()值达到峰值时 值为最大值由于可导函数的极值点导数一定等于 故令函数()的导数()()即:()()()()()()()()()()()()()对上述方程求解时由于出现两个系数常数 和 未知数 的表达式过于复杂此处不再罗列但当直动滚子从动件偏心轮机构设计完成后 和 可用计算数值代入便可求得 值再根据已知数计算出 值然后计算出偏心轮输出最大转矩时的转角将其代入表达式计算出偏心轮最大输出转矩从而计算出偏心轮驱动轴匀速转动时偏心轮输出的瞬时最大功率在考虑传动系统效率 后最终计算确定驱动系统输入功率的峰值 结 语在机械传动系统设计中采用直动滚子从动件偏心轮机构不仅要保证从动件的运动参数 还要优化设计偏心轮尺寸同时其驱动功率的计算也必不可少 按照“从动件负载恒定运行速度达到瞬时最大时驱动功率达峰”的思路进行计算则对心直动滚子从动件偏心轮机构的驱动功率计算过程较为繁琐文中提出的“偏心轮在运动过程中负载转矩最大时驱动功率达到峰值”思路在借助一元多次方程求解软件(例如:软件)的情况下得出的偏心轮机构的驱动功率的求解思路及计算方法显得更为简便 文中重点对对心直动滚子从动件偏心轮机构进行运动分析、静力学分析通过几何关系和数学运算得出了偏心轮最大负载转矩对应转角的代数表达式并在实例计算中应用同时采用不同的思路计算验证 此次讨论的偏心轮机构驱动功率计算思路以及运算得出的代数表达式应用于相应的产品设计计算中可简化计算难度缩短计算时间提高设计工作效率参考文献:段慧文郑辉魏发孔等.舞台机械工程与舞台机械设计.北京:中国戏剧出版社.成大先.机械设计手册.版.北京:化学工业出版社.董冠文李宗义.对心直动滚子从动件盘形凸轮机构精确解与近似解的比较.锻压装备与制造技术():.同济大学数学系编.高等数学.第六版上册.北京:高等教育出版社.(上接第 页).:.:.茆诗松王玲玲.加速寿命试验.北京:科学出版社.李海波张正平胡彦平.加速寿命试验方法及其在航天产品中的应用.强度与环境():.():./.恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法.秦玉灵宫晓春李晓东等.某型硬质泡沫弹架蠕变特性及贮存寿命研究.装备环境工程():.宫晓春秦玉灵赵 薇等.某型金属减振器的加速贮存验证试验方法研究.装备环境工程():.滕 飞王浩伟滕克难.面向导弹延寿的冲压发动机加速贮存试验方法.装备环境工程():.李久祥申 军侯海梅等.装备贮存延寿技术.北京:中国宇航出版社.研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用