橡胶弹簧材料

为便于设计人员选用和比较，在下表中列出普通橡胶和耐油橡胶材料的力学性能，同时给了几种聚氨酯橡胶材料的力学性能

类型

牌号

扯断应力

/MPa

相对伸长率

/%＞

硬度

邵尔A

类型

牌号

扯断应力

/MPa

相对伸长率

/%＞

硬度

邵尔A

普通橡胶

1120

3

250

60~75

耐油橡胶

3002

9

250

60~75

1130

6

300

60~75

聚氨酯橡胶

8290

9

450

90±3

1140

8

350

55~70

8280

8

450

83±5

1250

13

400

50~65

8295

10

400

95±3

1260

15

500

45~60

8270

7

500

75±5

耐油橡胶

3001

7

250

60~75

8260

5

550

63±5

随着橡胶工业的迅速发展，橡胶弹簧的材料也由普通橡胶向高强度、耐磨、耐油和耐老化的聚氨酯橡胶发展。聚氨酯橡胶是聚氨基甲酸酯橡胶的简称，它是一种性能介于橡胶与塑料之间的弹性体，与环氧塑料一样，是一种高分子材料

与氯丁橡胶比较，聚氨酯橡胶材料主要具有以下优点

1)硬度范围大。调整不同配方，可以获得肖氏硬度20~80A以上，因此对不同要求的弹簧有着广泛的可选性

2)耐磨性可提高5~10倍

3)强度为氯丁橡胶的1~4倍，可达到600kgf/cm²

4)弹性高，残余变形小，相对伸长率达600%时，残余变形仅为2%~4%

5)耐油性能好，其耐矿物油的能力优于丁腈橡胶，为天然橡胶的5~6倍

除此之外，它具有耐老化、耐臭氧、耐辐射等良好性能，同时还具有理想的机加工性能

橡胶材料的剪切特性

橡胶试样在剪力作用下其自由表面相对变形不超过100%时，剪切载荷与变形关系符合虎克定律(见图1)

因此，在承受剪切载荷时，橡胶材料载荷与变形的关系通常采用下式表示

式中　A_L——承载面积，mm²；

G——剪切弹性模量，MPa

图1

橡胶材料的拉压特性

橡胶材料在拉伸或压缩载荷下(图2)，载荷与变形的关系是非线性的。对受拉压的弹簧而言，只有在相对变形不超过15%的情况下才近似符合虎克定律

在工程中从橡胶弹簧的疲劳程度考虑，通常将其相对变形控制在＜15%。所以在一般情况下，橡胶弹簧在拉伸与压缩时的变形与载荷的关系，也可以近似地用下式表示

图2

橡胶材料的剪切弹性模量G及弹性模量E

橡胶材料的剪切弹性模量G，主要取决于橡胶材料的硬度(图3)，不因橡胶种类或成分的不同而有明显的变化。对于成分不同而硬度相同的橡胶，其G值之差不超过10%。在实用范围内，G和E的关系可用下面公式计算：

G＝0.117e^0.03HS(MPa)

式中　HS——橡胶的邵尔硬度

E＝3G

图3

橡胶弹簧的表观弹性模量E_a

对于拉伸橡胶弹簧E_a≈E＝3G

对于压缩橡胶弹簧，其表观弹性模量不仅取决于橡胶材料本身，而且与弹簧的形状、结构尺寸等有很大关系

通常压缩橡胶弹簧的表观弹性模量用下式表示：

E_a＝iG

式中　i——几何形状影响系数：

圆柱形橡胶弹簧　i＝3.6(1+1.65S²)

圆环形橡胶弹簧　i＝3.6(1+1.65S²)

矩形橡胶弹簧　　i＝3.6(1+2.22S²)

S＝橡胶弹簧承载面积A_L与自由面积A_F之比，具体计算公式见表橡胶压缩弹簧计算公式