Page 9 - 《摩擦学学报》2021年第3期

298 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

表 2 试验样件疲劳试验前后的截径及质量变化
Table 2 Section diameter and mass change of test sample before and after fatigue test

D/mm，ΔD Diameter M/g Diameter
P/%，A/mm Difference rate/% Difference rate/%
Before After difference/% Before After difference，ΔM
69.7，0.1 3.48 3.46 0.02 0.574 7 34.2 33.9 0.3 0.877 2
69.7，0.2 3.50 3.47 0.03 0.857 1 34.5 33.8 0.7 2.029 0
69.7，0.3 3.51 3.46 0.05 1.424 5 34.7 33.5 1.2 3.458 2
57.6，0.3 3.49 3.44 0.05 1.432 7 28.7 27.5 1.2 4.181 2
51.5，0.3 3.52 3.47 0.05 1.420 5 40.5 39.4 1.1 2.716 0

小，但变化较小，此外，分析表2中的孔隙度为69.7%的 4.2.1 常态下金属橡胶密封件的疲劳特性
3组试验数据变化量可得，随着加载振幅的增加，试验 图7是常态下孔隙度为51.5%(振幅为0.2 mm)的金
样件的质量减小，比例也会有所增加，这在一定程度 属橡胶密封件在不同振动周期下的迟滞回线变化趋

上说明振幅对试验样件影响较大. 势图，本节中选取500次、5万次、10万次、15万次和
由上述所得金属橡胶材料在发生疲劳断裂时不 20万次五种振动周期后的迟滞回线.
会出现断崖式的突然断裂失效，而是当其内部相互勾 从图8中可以直观地看出：其一，在五种不同的的
连的螺旋状金属丝的疲劳损伤达到一定程度时才会 振动周期后，试验样件的迟滞回线形状基本相同；其

出现失效现象，这是由于金属橡胶内部金属丝之间相 二，随着振动周期的不断增加，迟滞回线沿着图中所
互缠绕，本次选用丝径0.15 mm的金属丝，截面为圆 示的箭头标注方向偏移；其三，在15万次振动周期前，
形. 当金属橡胶密封件承受载荷时，金属丝之间的接 迟滞回线随着振动次数的增加，其偏移的变化较为明
触状态从未接触转变为相互滑移、相互挤压，如图7所 显，在15万次之后，偏移变化较小，其迟滞回线基本重
示. 单位时间内越多金属丝之间的相互摩擦，增加金 合；其四，振动初期，试验样件的迟滞回线是较为规整
属橡胶密封件的刚度数值，承受一定次数载荷后，材 的，随着振动周期的不断增加，迟滞回线的右上端曲
料内部勾连的螺旋状金属丝产生局部的磨损、点蚀及 线会出现一段较小的水平变化段；其五，随着振动周
断裂，进一步改变密封件的循环后刚度，从而影响金 期的增加，试验样件的迟滞回线面积逐渐减小. 出现
属橡胶的损伤因子 D. 上述现象的主要原因如下：对于同一孔隙度的试验样

4.2 金属橡胶密封件的疲劳特性 件，随着振动周期的不断增加，将会使得密封件的不
本节中选用了组别1(常态组)进行疲劳试验来研 锈钢包裹层出现一定量的永久塑性变形，弹性内芯出
究常态下金属橡胶密封件的疲劳特性，并且采用耗能 现局部的磨损断裂并且部分弹性内芯会从密封件的
∆W、损耗因子 η及损伤因子 这三种金属橡胶材料常 包裹层开槽处溢出，从而导致整个试验样件的承载能
D
用疲劳判定参量来定性分析金属橡胶密封件的疲劳 力下降，即绝对耗能能力减小.
特性. 图9为孔隙度为51.5%的试验样件的耗能 ∆W、损

Inner core Envelope

(a) No contact (b) Mutual slip (c) Mutual pressing

Fig. 7 State of metal rubber material under load of metal wire
图 7 金属橡胶材料内部金属丝承载状态