发动机气缸密封垫压缩回弹性能测试技术研究

王兴日，田 明

(长春理工大学 光电工程学院，长春 130022)

随着国际一体化进程的不断推进，汽车的生产和开发逐步走向国际化合作，我国正在由汽车大国向强国发展，车用各种零部件也在向标准化和规范化方向发展。继排放和噪声之后，汽车发动机密封性能的优劣已成为衡量汽车质量的重要标志之一。发动机密封缸垫是发动机上一个很重要的部件，它的性能好坏直接影响到发动机的性能稳定，标志着发动机密封缸垫的最重要的参数就是它的压缩率和回弹率两个参数。

压缩率和回弹率是密封垫片极其重要的物理特性指标。它直接关系到垫片材料在所密封部位最终的界面密封效果，从密封理论上讲，垫片材料具备一定的压缩率可以有效填塞金属密封面在加工精度范围内产生的粗糙度和平面度及其缺陷;回弹率是垫片在一定的预紧扭矩作用下，垫片产生一定的压缩变形后反作用于密封面上力的恢复性，直接影响预紧螺栓扭矩力保持能力。

图1 系统结构原理图1-压头;2-配重;3-弹簧;4-导柱;5-立柱;6-伺服电机;7-螺母;8-丝杠;9-传感器固定板;

1 系统结构和工作原理

垫片压缩率、回弹率是评定垫片密封性能的一个单项性能计标，它直接影响垫片的密封效果，指标对控制垫片质量好坏有一定的作用。本压缩回弹试验机测量控制系统结构原理如图1所示，被测垫片可以为各种材料，通过调节载荷和选择压头大小对不同材料的密封垫片，以满足不同材料垫片压缩回弹率的测量调节。

根据GB-T_20671.2-2006，除了软木垫片和软木与泡沫橡胶材料的试样为面积6.5cm2的原型外，其他材料试样均应为正方形，最小面积为6.5 cm2，可选厚度为0～10mm。对于加载所需的初载荷和主载荷按照GB-T_20671.2-2006中的相关要求，通过计算机软件进行设置。

开始测量前，被测试件放在压头1下，压头为底部经过硬化和磨光的钢质圆柱体。采用精密伺服电机6带动丝杠8旋转，丝杠旋转使得丝杠上的螺母7即可以上下移动，移动的速度为慢匀速，可以通过计算机软件控制伺服电机实现对移动速度的调节。随着螺母7的升降，螺母压紧或者释放弹簧3，弹簧受力压缩作用于配重2传递到下部的压头1上，压头的压力作用于试件上，从而实现了对试件的加载和卸载控制。通过传感器固定板9上的高精度光栅尺位移传感器光栅尺对试件变形量的进行测量，时刻自动测量并记录试件的厚度，同时在计算机上实时计算出试件在不同载荷下的压缩率和回弹率并实时显示。加载速度和时间由计算机控制，加载和卸载曲线、压缩率和回弹率等试验数据自动显示和保存，并可打印报表和传输［1］。

2 试验方法

(1)自发动机密封缸垫FDSFS-897上截取尺寸为30mm×30mm的正方形试样三片，其厚度不大于10mm。本试验选取的三片试样01，02，03的厚度分别为0.85mm，1.3mm，1.8mm。

(2)将经过干燥的试样置于压头与下压板之间，加载初荷载为0.68MPa，静止15s记录初荷载下的厚度T1。

(3)在10s内加载全压，此时荷载迅速增至34.98MPa。静止60s记录全荷载下的厚度T2。

(4)在10s内迅速除去全荷载并保持初荷载0.68MPa。经过60s记录回弹压力下的厚度T3。

(5)结果计算［2-3］:

压缩率按式(1)、回弹率按式(2)计算

式中:Ys——试样压缩率，%

Ht——试样回弹率，%

T1——试样在初荷载下的厚度，mm

T2——试样在全荷载下的厚度，mm

T3——试样在回弹荷载下厚度，mm

3 试验结果和数据分析

三片试样在相同温度，相同加载卸载条件下的变形情况如表1所示。

表1 不同厚度加载卸载条件下的变形数值统计

通过对三片不同厚度的密封垫片进行测量，得出了如表1的数据，计算机软件实时的对数据进行记录处理，并保存得到了各个试样的压缩回弹曲线如图2、3、4所示:

图2 试样01的压缩回弹曲线

图3 试样02的压缩回弹曲线

试样01在初载荷下的厚度T1=0.815mm，在全荷载下的厚度T2=0.720mm，在除去全荷载时的厚度T3=0.767mm。按公式(1)计算:

图4 试样03的压缩回弹曲线

通过三片试样的压缩回弹曲线可以看出［4］，试样在初始荷载下会有一定的变形，随着加载荷载的增加，试样的变形开始逐渐明显，随着荷载的加大，压缩曲线斜率逐步增大，试样变形过程比较平缓。当荷载加载到全压时，试样的变形达到最大。在卸载开始时，回弹曲线斜率比较大，荷载减小到一定程度时，回弹曲线斜率逐步减小。表明在卸载初期，试样的变形回弹较小，而是在卸载后期逐步回弹。而且，相对于不同厚度的试样来说，随着试样厚度的增大，压缩率增大，回弹率减小。

4 结语

试验介绍了该控制系统的整体结构，整个系统能够实现对不同材料不同厚度的发动机气缸密封垫片在常温下的压缩回弹性能检验，可以满足对大多数厂家对发动机缸垫的检验需求。本系统使用的方法符合国家标准的要求，设计合理、使用灵活方便、实现了手动和自动相结合，整个测量过程操作简单检测效率高、系统工作稳定可靠。该系统测量精度高并且实现了检测的自动化，在实际生产实践中具有广阔的应用前景。

［1］江涛.压缩回弹试验机微机测量控制系统闭环控制电路设计［J］.四川兵工学报，2009，30(11):88-89.

［2］李多民，段滋华，仇性启.波齿复合垫片常温压缩回弹性能试验研究［J］.润滑与密封，2009，34(3):91-93，109.

［3］邓海金，张德升，李明，等.柔性石墨汽缸垫复合板的压缩回弹特性的研究［J］.润滑与密封，1996(1):45-48.

［4］陈庆，陆晓峰，朱洪生.金属缠绕垫片压缩回弹性能试验研究［J］.石油化工设备，2000，29(5):18-20.