CN107515151A - 一种橡胶双轴动态性能测试装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种橡胶双轴动态性能测试装置、方法及系统；测试装置包括横向测试机构和纵向测试机构，横向测试机构上设有传感器，并可沿横向实施测试设定；纵向测试机构上设有传感器，并可沿纵向实施测试设定，横向测试机构和纵向测试结构连接，横向测试机构或纵向测试结构分别设有测试点和连接口，传感器用于检测位移或力值；本发明提供的橡胶双轴动态性能测试装置、系统以及方法，可在动态性能测试时，可以通过在横向和纵向上传感器调整力、形变、频率、时间等试验参数，测得橡胶样品的力、形变、模量、损耗因子等数据，表征橡胶材料的动态性能，以期预测橡胶在轮胎滚动中所表现的性能，实现橡胶材料双向、多维度测试，提高测试效率以及精度。

Description

一种橡胶双轴动态性能测试装置、方法及系统

技术领域

本发明属于橡胶测试技术领域，具体涉及一种橡胶双轴动态性能测试装置、方法及系统。

背景技术

现有橡胶测试中，对于橡胶的动态性能测试仅限于单轴测试，如拉伸、压缩、剪切模式的测试；其获得的数据仅是单一方向上的受力，与轮胎接触地面时的实际受力不相符；通过这种动态性能测试预测橡胶在轮胎中所表现的滚动阻力也会出现较大偏差；并且单轴测试动态性能测试仅是单一方向上的受力形成的结果，而轮胎在接触地面时橡胶受到剪切和压缩两种垂直受力形式的形变，使得测试结构不够精细。

基于上述橡胶双轴动态性能测试中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种橡胶双轴动态性能测试装置、方法及系统，旨在解决现有橡胶材料性能测试单一的问题。

本发明提供一种橡胶双轴动态性能测试装置；包括横向测试机构和纵向测试机构；横向测试机构上设有传感器，并可沿横向实施测试设定；纵向测试机构上设有传感器，并可沿纵向实施测试设定；横向测试机构和纵向测试结构连接；横向测试机构或纵向测试结构分别设有测试点和连接口；传感器用于检测位移或力值。

进一步地，传感器包括力值传感器和位移传感器；纵向测试机构包括有上支柱、Y型支柱以及下支柱；Y型支柱与上支柱连接；下支柱与所述Y型支柱沿竖直方向设置，且处于一条直线；测试点设置于下支柱上，并位于下支柱与Y型支柱相对一端，下支柱另一端设有动力装置；力值传感器和位移传感器分别设置于上支柱上；连接口分别设置于上支柱的末端和下支柱的末端。

进一步地，传感器包括第二力值传感器、第三力值传感器、第二位移传感器和第三位移传感器；横向测试机构包括有左连杆、右连杆以及液压装置；左连杆和右连杆分别与纵向测试结构连接，并分别设置于纵向测试结构两端，并与纵向测试结构相互垂直；第二位移传感器设置于左连杆上，并位于左连杆与纵向测试结构连接处，第二力值传感器设置于左连杆上；第三位移传感器设置于右连杆上，并位于右连杆与纵向测试结构连接处，第三力值传感器设置于右连杆上；液压装置分别设置左连杆和右连杆的端部上。

进一步地，纵向测试结构包括有上支柱、Y型支柱以及下支柱；上支柱包括有凹型支柱，凹型支柱的两个支杆分别与左连杆和右连杆活动连接；Y型支柱与上支柱连接；下支柱与Y型支柱沿竖直方向设置，且处于一条直线；测试点设置于下支柱上，并位于下支柱与Y型支柱相对一端；下支柱另一端设有马达；连接口分别设置于上支柱和下支柱上。

进一步地，传感器为光电位移传感器；横向测试机构包括有左连杆、右连杆以及弹簧；纵向测试结构包括有上支柱和Y型支柱；上支柱包括有凹型支柱，凹型支柱的两个支杆分别与左连杆和右连杆活动连接；左连杆和右连杆分别设置于Y型支柱两端；光电位移传感器分别设置于左连杆和右连杆上；左连杆和右连杆上分别设有限位螺母；弹簧分别套设于左连杆和右连杆上，并位于限位螺母和凹型支柱的支杆内。

进一步地，还包括有感光标识；感光标识分别设置于左连杆和右连杆外侧末端。

进一步地，还包括有动态试验机和温控模腔；测试点设置于温控模腔内；连接口和动态试验机连接。

进一步地，橡胶双轴动态性能测试装置应用于汽车轮胎橡胶测试。

本发明还提供一种橡胶双轴动态性能测试方法，包括上述所述橡胶双轴动态性能测试装置，还包括以下步骤：

S1：样品制备；通过将待测未硫化橡胶放入开炼机中，调整好开炼机的温度、辊距，再将橡胶薄通三次，然后调整开炼机辊距到2.5±0.5mm进行下片，再将橡胶裁制成直径10mm，厚度2mm的圆形橡胶样品两个；或通过轮胎断面切割将轮胎切成宽25mm 的断面，根据花纹块大小在断面上截取厚度2mm的试片，通过裁刀将橡胶裁下，取橡胶样品一个；

S2：装置连接；通过连接口将橡胶双轴动态性能测试装置与动态试验机连接，将纵向测试机构固定好，检查是否晃动；将测试的横向测试机构穿过控温模腔设置，并保持水平；

S3：开始测试：用镊子将橡胶样品夹起，分别放置的横向的左和/或右样品区域，通过设定横向测试机构的程序和参数；测试时，先施加设定的横向力和位移，再施加静态力和位移，在满足设定的温度条件后，动态力、动态位移、动态力施加频率、测试温度、时间开始测试并记录；若变温测试(-60℃-80℃)，在温度达到测试完成后实验停止；若变频实验(1HZ-20HZ)，温度在频率达到后实验停止。

相应地，本发明还提供一种橡胶双轴动态性能测试系统，包括有横向测试系统、纵向测试系统、软件控制器以及液压系统；所述横向测试系统和所述纵向测试系统分别沿水平方向和竖直方法设置，分别用于检测橡胶样品横向和纵向的性能；所述横向测试系统和所述纵向测试系统均设有位移传感器和力值传感器；位移传感器和力值传感器分别与所述软件控制器电气连接，用于实施检测力、形变、频率、时间参数；所述液压系统与所述软件控制器连接，用于设置横向测试系统和纵向测试系统的力、形变、频率、时间参数，并调节测试应力-应变的控制和施加方式，同时将所述横向测试系统和所述纵向测试系统上的力值传感器、位移传感器实际的力、位移信号传输给信号记录器。

通过本发明提供的橡胶双轴动态性能测试装置、系统以及方法，可在动态性能测试时，可以通过在横向和纵向上传感器调整力、形变、频率、时间等试验参数，测得橡胶样品的力、形变、模量、损耗因子等数据，表征橡胶材料的动态性能，以期预测橡胶在轮胎滚动中所表现的性能；采用本发明提供的方案能够实现橡胶材料双向、多维度测试，提高测试效率以及精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图 1为本发明一种橡胶双轴动态性能测试装置实施例一示意图；

图2为本发明一种橡胶双轴动态性能测试装置实施例二示意图。

图中：1、上连接口；2、下连接口；3、上支柱；4、下支柱；5、Y型支柱；6、步进马达；7、温控模腔；8、第一位移传感器；9、第一力值传感器；10、第二位移传感器；11、第三位移传感器；12、液压装置；13、第二力值传感器；14、第三力值传感器；15、样品；16、光电位移传感器；17、感光标识；18、弹簧；19、限位螺母。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图2所示，本发明提供一种橡胶双轴动态性能测试装置，包括横向测试机构和纵向测试机构；其中，横向测试机构上设有传感器，并可沿横向实施测试设定，其主要用于横向检测橡胶材料性能；纵向测试机构上设有传感器，并可沿纵向实施测试设定，其主要用于纵向检测橡胶材料性能；并且，横向测试机构和纵向测试结构相互连接，起到相互支撑的作用；进一步地，横向测试机构或纵向测试结构分别设有测试点和连接口；测试点主要用于安装待测试的橡胶样品，连接口包括上连接口和下连接口，上连接口和下连接口分别用于连接试验机，从而将测试装置固定于试验机上；本发明中的传感器用于检测位移或力值，具体包括调整力、形变、频率、时间等试验参数，测试橡胶同时受到相互垂直方向上的剪切和压缩形式的数据；测得的力、形变、模量、损耗因子等数据，表征橡胶材料的动态性能，以期预测橡胶在轮胎滚动中所表现的性能，并通过传感器将试验参数和测试结果实时传输到控制软件。

优选地，结合上述方案，如图1所示，本发明实施例中，传感器包括力值传感器和位移传感器，纵向力系统包含纵向第一力值传感器9和第一位移传感器8，第一力值传感器9在几十牛至几百牛数量级范围内；第一位移传感器8在±5mm范围内；横向力系统包含第二力值传感器13、第三力值传感器14、第二位移传感器10以及第三位移传感器11；第二力值传感器13和第三力值传感器14在几十牛、几百牛数量级范围内；第二位移传感器10以及第三位移传感器11在0～10mm范围内；进一步地，纵向测试机构包括有上支柱3、Y型支柱5以及下支柱4；Y型支柱5与上支柱3连接；下支柱4与Y型支柱5沿竖直方向设置，且处于一条直线；测试点设置于下支柱4上，并位于下支柱4与Y型支柱5相对一端，下支柱4另一端设有动力装置，动力装置为马达或电机；样品15通过夹具固定设置于测试点上；第一力值传感器9和第一位移传感器8分别设置于上支柱3上；连接口包括上连接口1和下连接口2，上连接口1和下连接口2分别设置于上支柱3的末端和下支柱4的末端，分别用于连接试验机；测试时：将上连接口1和下连接口2分别固定在可施加动态应变的试验机上，将上支柱 3、Y型支柱5以及下支柱4固定好，确保横向力系统在同一水平面上，并保持与上支柱3、Y型支柱5以及下支柱4形成的直线垂直；通过计算机可以设定纵向力施加的力 (应力)、位移、频率等参数，设定横向的力(应力)、位移等参数；纵向力系统通过第一力值传感器和第一位移传感器来测试样品的切向的静态力和静态位移，通过下支柱连接的步进马达施加及测试动态力和动态位移；通过这两个方向的测试就可以模拟轮胎接触地面时橡胶所受到的压缩和剪切变形；横向测试机构用来保持样品处于被压缩状态，通过第二力值传感器和第三力值传感器，第二位移传感器和第三位移传感器测试施加的力和位移；被测样品应该处于可以控制温度的模腔内，低温可以用机械制冷或液氮控制；进一步地，橡胶样品可以用镊子夹持放置，并通过横向测试机构施加压力以固定样品；样品可以是两个分别置于左、右两个区域，也可以是一个样品放置于左或右区域。

优选地，结合上述方案，如图1所示，本发明实施例中，纵向测试结构包括有上支柱3、Y型支柱5以及下支柱4；上支柱3包括有凹型支柱，凹型支柱的两个支杆分别与横向测试结构的左连杆和右连杆活动连接，起到支撑的作用；Y型支柱5与上支柱3连接；下支柱4与Y型支柱5沿竖直方向设置，且处于一条直线；测试点设置于下支柱4上，并位于下支柱4与Y型支柱5相对一端；下支柱4另一端设有马达6；连接口分别设置于上支柱3和下支柱4上；传感器包括第二力值传感器13、第三力值传感器14、第二位移传感器10和第三位移传感器11；横向测试机构包括有左连杆、右连杆以及液压装置12；左连杆和右连杆分别与纵向测试结构凹型支柱的两个支杆连接，并分别设置于纵向测试结构两端，并与上支柱、下支柱相互垂直；第二位移传感器10设置于左连杆上，并位于左连杆与纵向测试结构连接处，第二力值传感器13设置于左连杆上；第三位移传感器11设置于右连杆上，并位于右连杆与纵向测试结构连接处，第三力值传感器14设置于右连杆上；液压装置12分别设置左连杆和右连杆的端部上，用于提供横向动力源。

优选地，结合上述方案，如图2所示，本发明实施例中，还包括有感光标识17；传感器为光电位移传感器16；横向测试机构包括有左连杆、右连杆以及弹簧18；纵向测试结构包括有上支柱3和Y型支柱5；上支柱3包括有凹型支柱，凹型支柱的两个支杆分别与左连杆和右连杆活动连接；左连杆和右连杆分别设置于Y型支柱5两端；光电位移传感器16分别设置于左连杆和所述右连杆上；左连杆和右连杆上分别设有限位螺母19；弹簧18分别套设于左连杆和右连杆上，并位于限位螺母19和凹型支柱的支杆内；感光标识17分别设置于左连杆和右连杆外侧末端；具体地，纵向力系统包含纵向第一力值传感器9和第一位移传感器8，第一力值传感器9在几十牛至几百牛数量级范围内，第一位移传感器在±5mm范围内；横向力系统包含左、右两个弹簧18和光电位移感应器16，弹簧18施加力值可以搭配不同弹簧系数的弹簧、限位螺母位置 (弹簧压紧程度)在几十牛至几百牛数量级范围内，光电位移感应感器在0～10mm范围内；测试时：将上、下连接口固定在可施加动态应变的试验机上，将上支柱、下支柱、 Y型支柱固定好，确保横向测试机构在同一水平面上，并保持与上支柱、下支柱形成的直线垂直；通过弹簧压紧程度和不同弹簧系数可以调节横向力施加的力(应力)、位移等参数；纵向测试机构通过第一力值传感器和第一位移传感器来测试样品的切向的静态力和静态位移，通过下支柱连接的步进马达施加及测试动态力和动态位移；通过这两个方向的测试就可以模拟轮胎接触地面时橡胶所受到的压缩和剪切变形；横向测试机构用来保持样品处于被压缩状态；被测样品应该处于可以控制温度的模腔内，低温可以用机械制冷或液氮控制；样品可以用镊子夹持放置，并通过横向测试机构施加压力以固定样品；样品可以是两个分别置于左、右两个区域，也可以是一个样品放置于左或右区域；弹簧的力和位移的关系根据胡克定律：F＝Kx，F施加的力；K弹簧系数，不同的弹簧弹簧系数不同；x弹簧位移，由光电感应器测定。

优选地，结合上述方案，如图1至图2所示，本发明实施例中，还包括有温控模腔7；测试点设置于温控模腔7内；温控模腔7可以用于控制不同温度下橡胶测试性能，低温可以用机械制冷或液氮控制。

优选地，结合上述方案，本发明提供的橡胶双轴动态性能测试装置主要可以应用于汽车轮胎橡胶测试。

优选地，结合上述方案，本发明实施例中，还包括动态试验机；连接口包括上连接口和下连接口，上连接口和下连接口分别用于连接试验机，从而将测试装置固定于试验机上。

相应地，结合上述方案，本发明还提供一种橡胶双轴动态性能测试方法，包括上述所述的橡胶双轴动态性能测试装置；包括以下步骤：

S1：样品制备；制备方法一、将待测未硫化橡胶放入开炼机中，调整好开炼机的温度、辊距；先将胶料薄通三次，然后调整开炼机辊距到2.5±0.5mm进行下片；再将橡胶样品裁制成直径10mm，厚度2mm的圆形样品两个(其中一个用于备用)；制备方法二、通过轮胎断面切割将轮胎切成宽25mm的断面，根据花纹块大小在断面上截取厚度2mm的试片，通过直径10mm裁刀将样品裁下，取橡胶样品一个(留一个备用)；

S2：装置连接；通过连接口将橡胶双轴动态性能测试装置与动态试验机连接，将纵向测试机构固定好，检查是否晃动；将测试的横向测试机构穿过控温模腔设置，并保持水平；

S3：开始测试：用镊子将橡胶样品夹起，分别放置的横向的左和/或右样品区域，通过设定横向测试机构的程序和参数，如施加力(应力)、位移将样品在纵向测试机构或横向测试机构上夹住，在测试过程中始终保持对样品的压力并可记录压力(应力)、位移；设定纵向测试机构的程序和参数，如静态力、静态位移、动态力、动态位移、动态力施加频率、测试温度(或时间)等；

橡胶双轴动态性能测试开始的先后顺序：先施加设定的横向力和位移，再施加静态力和位移，在满足设定的温度条件后，动态力、动态位移、动态力施加频率、测试温度(或时间)等开始测试并记录；若变温测试(-60℃-80℃)，在温度达到测试完成后实验停止；若变频实验(1HZ-20HZ)，温度在频率达到后实验停止。

测试性能结果表示：弹性模量E’、粘性(损耗)模量E”、损耗因子(tanδ)；原始数据还包含横向力、横向位移、纵向静态力、静态位移、动态力、动态位移、动态力施加频率、测试温度(或时间)等。

相对应地，结合上述方案，本发明还提供一种橡胶双轴动态性能测试系统，包括有横向测试系统、纵向测试系统、软件控制器以及液压系统；横向测试系统和纵向测试系统分别沿水平方向和竖直方法设置，分别用于检测橡胶样品横向和纵向的性能；横向测试系统和纵向测试系统均设有位移传感器和力值传感器；位移传感器和力值传感器分别与软件控制器电气连接，用于实施检测力、形变、频率、时间等参数；液压系统与软件控制器连接，用于设置横向测试系统和纵向测试系统的力、形变、频率、时间等参数，调节应力-应变的控制和施加方式，将横向测试系统和纵向测试系统上的力值传感器、位移传感器实际的力、位移信号传输给信号记录器；通过以上调整实现双轴上的动态性能测试，以期更好的预测橡胶在轮胎与地面接触时表现的性能。

通过本发明提供的橡胶双轴动态性能测试装置、系统以及方法，可在动态性能测试时，可以通过在横向和纵向上传感器调整力、形变、频率、时间等试验参数，测得橡胶样品的力、形变、模量、损耗因子等数据，表征橡胶材料的动态性能，以期预测橡胶在轮胎滚动中所表现的性能；采用本发明提供的方案能够实现橡胶材料双向、多维度测试，提高测试效率以及精度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种橡胶双轴动态性能测试装置，其特征在于，包括横向测试机构和纵向测试机构；所述横向测试机构上设有传感器，并可沿横向实施测试设定；所述纵向测试机构上设有传感器，并可沿纵向实施测试设定；所述横向测试机构和所述纵向测试结构连接；所述横向测试机构或所述纵向测试结构分别设有测试点和连接口；所述传感器用于检测位移或力值。

2.根据权利要求1所述的橡胶双轴动态性能测试装置，其特征在于，所述传感器包括力值传感器和位移传感器；所述纵向测试机构包括有上支柱、Y型支柱以及下支柱；所述Y型支柱与所述上支柱连接；所述下支柱与所述Y型支柱沿竖直方向设置，且处于一条直线；所述测试点设置于所述下支柱上，并位于所述下支柱与所述Y型支柱相对一端，所述下支柱另一端设有动力装置；所述力值传感器和所述位移传感器分别设置于所述上支柱上；所述连接口分别设置于所述上支柱的末端和所述下支柱的末端。

3.根据权利要求1所述的橡胶双轴动态性能测试装置，其特征在于，所述传感器包括第二力值传感器、第三力值传感器、第二位移传感器和第三位移传感器；所述横向测试机构包括有左连杆、右连杆以及液压装置；所述左连杆和所述右连杆分别与所述纵向测试结构连接，并分别设置于所述纵向测试结构两端，并与所述纵向测试结构相互垂直；所述第二位移传感器设置于所述左连杆上，并位于所述左连杆与所述纵向测试结构连接处，所述第二力值传感器设置于所述左连杆上；所述第三位移传感器设置于所述右连杆上，并位于所述右连杆与所述纵向测试结构连接处，所述第三力值传感器设置于所述右连杆上；所述液压装置分别设置所述左连杆和所述右连杆的端部上。

4.根据权利要求3所述的橡胶双轴动态性能测试装置，其特征在于，所述纵向测试结构包括有上支柱、Y型支柱以及下支柱；所述上支柱包括有凹型支柱，所述凹型支柱的两个支杆分别与所述左连杆和所述右连杆活动连接；所述Y型支柱与所述上支柱连接；所述下支柱与所述Y型支柱沿竖直方向设置，且处于一条直线；所述测试点设置于所述下支柱上，并位于所述下支柱与所述Y型支柱相对一端；所述下支柱另一端设有马达；所述连接口分别设置于所述上支柱和所述下支柱上。

5.根据权利要求1所述的橡胶双轴动态性能测试装置，其特征在于，所述传感器为光电位移传感器；所述横向测试机构包括有左连杆、右连杆以及弹簧；所述纵向测试结构包括有上支柱和Y型支柱；所述上支柱包括有凹型支柱，所述凹型支柱的两个支杆分别与所述左连杆和所述右连杆活动连接；所述左连杆和所述右连杆分别设置于所述Y型支柱两端；所述光电位移传感器分别设置于所述左连杆和多数右连杆上；所述左连杆和所述右连杆上分别设有限位螺母；所述弹簧分别套设于所述左连杆和所述右连杆上，并位于所述限位螺母和所述凹型支柱的支杆内。

6.根据权利要求5所述的橡胶双轴动态性能测试装置，其特征在于，还包括有感光标识；所述感光标识分别设置于所述左连杆和所述右连杆外侧末端。

7.根据权利要求1至6任一项所述的橡胶双轴动态性能测试装置，其特征在于，还包括有动态试验机和温控模腔；所述测试点设置于所述温控模腔内；所述连接口和所述动态试验机连接。

8.根据权利要求7所述的橡胶双轴动态性能测试装置，其特征在于，所述橡胶双轴动态性能测试装置应用于汽车轮胎橡胶测试。

9.一种橡胶双轴动态性能测试方法，包括上述所述的橡胶双轴动态性能测试装置；其特征在于，包括以下步骤：

S1：样品制备；通过将待测未硫化橡胶放入开炼机中，调整好开炼机的温度、辊距，再将橡胶薄通三次，然后调整开炼机辊距到2.5±0.5mm进行下片，再将橡胶裁制成直径10mm，厚度2mm的圆形橡胶样品两个；或通过轮胎断面切割将轮胎切成宽25mm的断面，根据花纹块大小在断面上截取厚度2mm的试片，通过裁刀将橡胶裁下，取橡胶样品一个；

S2：装置连接；通过连接口将橡胶双轴动态性能测试装置与动态试验机连接，将纵向测试机构固定好，检查是否晃动；将测试的横向测试机构穿过控温模腔设置，并保持水平；

S3：开始测试：用镊子将橡胶样品夹起，分别放置的横向的左和/或右样品区域，通过设定横向测试机构的程序和参数；测试时，先施加设定的横向力和位移，再施加静态力和位移，在满足设定的温度条件后，动态力、动态位移、动态力施加频率、测试温度、时间开始测试并记录；若变温测试(-60℃-80℃)，在温度达到测试完成后实验停止；若变频实验(1HZ-20HZ)，温度在频率达到后实验停止。

10.一种橡胶双轴动态性能测试系统，其特征在于，包括有横向测试系统、纵向测试系统、软件控制器以及液压系统；所述横向测试系统和所述纵向测试系统分别沿水平方向和竖直方法设置，分别用于检测橡胶样品横向和纵向的性能；所述横向测试系统和所述纵向测试系统均设有位移传感器和力值传感器；位移传感器和力值传感器分别与所述软件控制器电气连接，用于实施检测力、形变、频率、时间参数；所述液压系统与所述软件控制器连接，用于设置横向测试系统和纵向测试系统的力、形变、频率、时间参数，并调节测试应力-应变的控制和施加方式，同时将所述横向测试系统和所述纵向测试系统上的力值传感器、位移传感器实际的力、位移信号传输给信号记录器。