[发明专利]基于柔性拧紧装配的矩形橡胶密封圈轴向形变量的软测量方法

说明书

技术领域

本发明属于橡胶材料力学技术领域，涉及一种基于柔性拧紧装配的矩形橡胶密封圈轴向形变量的软测量方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展,在柔性拧紧装配工艺中，自动化装配逐渐取代了传统的手工总装，使得装配的效率和一致性得到提高。柔性拧紧装配技术即是采用扭矩——转角控制对螺栓部件和螺母部件进行自动拧紧的一项控制技术，其中极为重要的技术指标就是保证装配接口的气密性。

作为密封结构的主要部件，硅橡胶矩形密封圈位于上、下金属法兰之间的密封槽中，通过上、下法兰的螺栓预紧作用，挤压密封圈使其形变从而达到密封工作状态。而对于自动化拧紧总装而言，如果拧紧过程中预紧力过大，会破坏密封圈结构致使密封失效；如果预紧力过小，又会导致配件表面与密封圈接触不充分，从而达不到密封效果。因此密封圈的轴向形变量成为自动化装配的一个重要的控制目标。但是由于在自动拧紧过程中，橡胶密封圈往往位于装配件内部，多数工况下又不具备外加测量设备的条件，因此直接测量密封圈形变量很困难。而采用扭矩——转角控制策略的自动装配主要是通过反馈回的扭矩判断与密封圈的接触状况，由于硅橡胶密封圈是具有的高伸展性和低模量的橡胶材料，具有材料、几何双重非线性和不可压缩性等特点，这些特性给矩形密封圈的接触判断带来很大困难，严重影响接触判断的精度从而影响自动化总装的可靠性。

目前国内外对于检测柔性拧紧装配过程中的橡胶矩形圈轴向形变量的方法很少，而现阶段通过扭矩间接测量橡胶矩形圈轴向形变量的方法主要依靠试验和经验来判断，这种判断方式在可靠性和精度方面都存在着不足，同时对生产的安全性添增了不小的隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于柔性拧紧装配的矩形橡胶密封圈轴向形变量的软测量方法，该方法采用Mooney-Rivlin模型、橡胶单轴拉伸模型和罚函数法，并通过有限元分析，研究了密封圈的轴向形变量与装配过程中扭矩的关系，从而实现柔性拧紧装配中矩形橡胶密封圈轴向形变量的软测量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于柔性拧紧装配的矩形橡胶密封圈轴向形变量的软测量方法，包括以下步骤：1)构建橡胶材料的Mooney-Rivlin本构关系模型；2)根据步骤1)中本构关系建立橡胶材料应变不变量和工程应力的关系模型；3)构建橡胶材料的单轴拉伸模型，计算出由轴向形变率表示的应变不变量；4)将步骤3)中计算的轴向形变率表示的应变不变量带入到步骤2)中的应变不变量和工程应力关系模型中，得出由橡胶矩形圈轴向形变率表示的轴向工程应力应变关系模型；5)采用罚函数将步骤4)中得到的橡胶矩形圈轴向应变率和工程应力的数值模型转化成橡胶矩形圈轴向应变率和工程转动摩擦力的数值模型；6)最后通过添加力矩和接触面积将步骤5)推导出的橡胶矩形圈轴向应变率和工程转动摩擦力的数值模型转化成橡胶矩形圈轴向应变率和拧紧扭矩的数值模型，从而实现在柔性拧紧装配中橡胶矩形密封圈轴向形变量的软检测。

进一步，步骤1)中所述Mooney-Rivlin本构关系模型为：

W＝C₁₀(I₁-3)+C₀₁(I₂-3)

I1=λ12+λ22+λ32]]>