氣彈簧高低溫疲勞試驗方法與裝置開發(fā)研究
    氣彈簧（Gas spring)是一種不同于傳統(tǒng)金屬彈簧的彈性元件，通過活塞在密封
的缸筒內(nèi)壓縮惰性氣體或者油氣混合物，利用缸筒活塞兩側(cè)的壓力差所產(chǎn)生的軸向
力來實現(xiàn)支撐、緩沖、制動、復(fù)位、高度調(diào)節(jié)及角度調(diào)節(jié)等功能，已經(jīng)廣泛用于汽
車、航空、醫(yī)療器械、家具、機械制造等眾多領(lǐng)域。隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，對
氣彈簧產(chǎn)品的性能要求不斷提高。2010 年國家標準《GB/T 25750-2010 可鎖定氣
彈簧技術(shù)條件》和《GB/T 25751-2010 壓縮氣彈簧技術(shù)條件》正式發(fā)布實施。國
家標準中規(guī)定了高低溫環(huán)境下的疲勞試驗要求，比此前實施了十幾年的行業(yè)標準中
的高低溫儲存疲勞試驗更科學(xué)合理，對產(chǎn)品要求更苛刻。
   氣彈簧高低溫疲勞試驗是模擬氣彈簧在惡劣環(huán)境下工作的試驗方法，是氣彈簧
的重要性能指標之一。由于原來的行業(yè)標準中沒有相應(yīng)的技術(shù)要求，目前國內(nèi)上還
沒有用于氣彈簧的成型檢測設(shè)備，使國家標準的實施遇到困難。本文對氣彈簧高低
溫疲勞試驗進行了分析，并介紹氣彈簧高低溫疲勞試驗機研發(fā)情況。
  氣彈簧高低溫疲勞試驗介紹
    氣彈簧是由一個密閉缸筒和可以在缸筒內(nèi)滑動的活塞及活塞桿組件組成的以
氮氣或其他惰性氣體為儲能介質(zhì)的彈性元件[1]。其工作原理是利用氣體可壓縮性,在
制造過程中進行加壓充氣，使缸筒內(nèi)的壓力高于大氣壓的幾倍或者幾十倍。在工作
過程中利用活塞桿的橫截面積小于活塞的橫截面積而產(chǎn)生的壓力差來提供支撐力
以實現(xiàn)活塞桿的運動[2]。
     與傳統(tǒng)的金屬彈簧相比，氣彈簧具有以下特點：壓縮和伸展過程中速度相對緩
慢；阻尼效應(yīng)可以控制運動速度，避免產(chǎn)生諧振；徑向尺寸較小且行程較長，具有
穩(wěn)定并且可選擇的近乎于線性的彈簧特性；動態(tài)力變化不大（通常在 1:1.2 以內(nèi)）。
常見的氣彈簧的外觀結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。
 
     在實際使用過程中，大多數(shù)的氣彈簧在工作載荷作用下，其缸筒、活塞、活塞
桿等結(jié)構(gòu)零件的工作應(yīng)力遠低于其屈服極限，出現(xiàn)過載失效的幾率不大。但由于非
預(yù)期的載荷作用而造成氣彈簧失效的情況也時有發(fā)生，近些年甚至發(fā)生了數(shù)起由于
介質(zhì)選用不當而引起的氣彈簧爆炸事件。由材質(zhì)、加工及裝配質(zhì)量等原因引起的氣
彈簧早期壓力減小甚至消失的情況也是氣彈簧失效的一種形式。為保證氣彈簧的質(zhì)
量與性能，國家標準中規(guī)定了一系列靜態(tài)性能指標及試驗方法。
在變載荷作用下，經(jīng)過較長時間使用后發(fā)生失效的現(xiàn)象稱為氣彈簧的疲勞失效
[3]。 據(jù)統(tǒng)計，約有 80%以上的氣彈簧失效是由疲勞引起的。氣彈簧的疲勞失效已經(jīng)
成為氣彈簧行業(yè)管理者與技術(shù)人員所關(guān)注的焦點。氣彈簧的疲勞失效主要表現(xiàn)為力
   特性的變化，其原因主要是密封件的失效。在氣彈簧內(nèi)部，無論是密封材料還是氣
液介質(zhì)，均對溫度的變化敏感性較強，所以進行高低溫環(huán)境下的疲勞試驗是很有必要的。
   針對國內(nèi)外的采購商對氣彈簧產(chǎn)品的性能要求的不斷提高，為推動氣彈簧技術(shù)進步、提高產(chǎn)品質(zhì)量及促進行業(yè)發(fā)展，全國彈簧標準化技術(shù)委員會在總結(jié)機械行業(yè)標準《JB/T 8064.1—1996 壓縮氣彈簧》、《JB/T 8064.2—1996 可鎖定氣彈簧》和汽車行業(yè)標準《QC/T 207—1996 汽車用普通氣彈簧》等標準的實施經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，組織制定了兩項氣彈簧技術(shù)條件國家標準《GB/T 25750—2010 可鎖定氣彈簧技術(shù)條件》及《GB/T 25751—2010 壓縮氣彈簧技術(shù)條件》，并于 2010 年正式發(fā)布實施[4][5][6][7]。國家標準將行業(yè)標準中未規(guī)定的高低溫環(huán)境下的疲勞試驗納入了標準內(nèi)容。
    氣彈簧最廣泛的使用范圍為汽車工業(yè)，由于汽車行駛環(huán)境溫度變化較大，對氣彈簧在不同環(huán)境溫度下的使用性能提出了越來越高的要求。氣彈簧高低溫疲勞試驗是模擬氣彈簧在高溫以及低溫環(huán)境下工作的動態(tài)試驗方法，可以正確地評價氣彈簧在不同環(huán)境溫度下的疲勞特性。根據(jù)《GB/T 25751—2010 壓縮氣彈簧技術(shù)條件》標準的規(guī)定，氣彈簧要在低溫-40℃和高溫+80℃的環(huán)境中進行動態(tài)循環(huán)壽命試驗,試驗后其公稱力的衰減量作為氣彈簧的重要性能指標之一。
目前國內(nèi)尚無定型的商品化的氣彈簧高低溫疲勞試驗檢測設(shè)備，絕大部分氣彈簧生產(chǎn)廠仍沿用高低溫儲存疲勞試驗，即將氣彈簧放置在高溫箱及低溫箱中保持一段時間后取出，在室溫狀態(tài)上進行疲勞循環(huán)試驗[8] [9]，此時氣彈簧已經(jīng)處于常溫狀態(tài)，并不能真實地模擬氣彈簧的實際使用狀況。
   國內(nèi)外發(fā)展技術(shù)現(xiàn)狀
目前，國際上規(guī)模較大、技術(shù)較成熟的氣彈簧生產(chǎn)企業(yè)主要有德國的 STABLIUS公司、DICTATOR 公司、SUSPA 公司以及瑞典的 KALLER 公司等。這些生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的氣彈簧產(chǎn)品種類較多，通過對氣彈簧內(nèi)部機構(gòu)的不同設(shè)計，可以達到不同場合的使用要求。其生產(chǎn)的氣彈簧產(chǎn)品性能穩(wěn)定，工作可靠，幾乎壟斷了高端氣彈簧市場。
  國外生產(chǎn)的氣彈簧主要工作溫度均為-10℃（使用防凍油液可達-30℃）~+80℃。在產(chǎn)品出廠前，各制造廠均會對氣彈簧的疲勞特性進行測試。試驗包括低溫狀態(tài)、常溫狀態(tài)以及高溫狀態(tài)下的疲勞試驗，不同試驗狀態(tài)下的疲勞試驗均采用不同的試驗設(shè)備進行測試。
目前尚無氣彈簧性能檢測的國際標準或國外國家標準，大部分的氣彈簧生產(chǎn)企業(yè)均依據(jù)企業(yè)標準或合同要求進行生產(chǎn)和相關(guān)試驗。各大生產(chǎn)企業(yè)幾乎都是根據(jù)自身使用條件開發(fā)相應(yīng)的檢測試驗設(shè)備以進行試驗。如美國某汽車公司的企業(yè)標準中對氣彈簧的高低溫疲勞試驗規(guī)定如下：將氣彈簧總成用金屬部件夾持，以 6 次/分鐘的速度對其加以循環(huán)載荷。先將其放置在+25℃±1.8℃的環(huán)境溫度下，進行 6600 次循環(huán)試驗；然后將其放置在-28℃±1.8℃的環(huán)境溫度下,進行 200 次循環(huán)試驗；最后將氣彈簧總成放置在+32℃±1.8℃的環(huán)境溫度下，進行 200 次循環(huán)試驗。氣彈簧的公稱力變化應(yīng)不大于 8%。
我國規(guī)模較大的氣彈簧生產(chǎn)企業(yè)有 100 多家，主要分布在浙江、江蘇、上海、廣東和山東等地。相對于上述國際知名氣彈簧生產(chǎn)企業(yè)，我國氣彈簧生產(chǎn)企業(yè)以生產(chǎn)制造型為主，在相關(guān)的理論研究及試驗方面投入較少。由于較早的氣彈簧行業(yè)標準中并未對氣彈簧在高低溫環(huán)境下的疲勞試驗進行規(guī)定，且絕大部分企業(yè)都不具備高低溫環(huán)境疲勞試驗的檢測能力，目前仍沿用常溫狀態(tài)下的疲勞試驗和高低溫貯存疲勞試驗方法。
從上世紀九十年代開始，全國彈簧標準化技術(shù)委員會就開始組織相關(guān)企業(yè)進行氣彈簧疲勞性能方面的研究工作，對氣彈簧產(chǎn)品進行了大量的檢測試驗并取得了手數(shù)據(jù)。但限于當時技術(shù)水平及試驗?zāi)芰Φ闹萍s，研究的深度及系統(tǒng)性不夠。
   研究意義及目的
   氣彈簧在我國是一個起步較晚的行業(yè)，也是一個比較小的行業(yè)，隨著我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，國際競爭的日益激烈，對氣彈簧產(chǎn)品安全穩(wěn)定工作的性能要求也日益提高，而氣彈簧生產(chǎn)企業(yè)及第三方檢測機構(gòu)氣彈簧性能檢測設(shè)備則顯現(xiàn)出明顯不足。
   近些年來，基礎(chǔ)零部件行業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級，對高檔產(chǎn)品的需求呈上升趨勢，中機生產(chǎn)力促進中心配備的試驗設(shè)備只能進行氣彈簧力學(xué)性能試驗及常溫疲勞試驗，遠遠不能滿足日益增大的檢測試驗需求。亟需增加一臺高低溫疲勞試驗機，以填補試驗室在此領(lǐng)域的空白。
   機械工業(yè)通用零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，作為國內(nèi)針對氣彈簧產(chǎn)品的第三方檢測機構(gòu)，具備氣彈簧常規(guī)檢測能力，可以進行氣彈簧力學(xué)性能試驗及常溫疲勞試驗，但目前尚不具備氣彈簧高低溫疲勞試驗手段。
國內(nèi)已有企業(yè)在原有常溫疲勞試驗機的基礎(chǔ)上，自行開發(fā)了氣彈簧高低溫疲勞試驗裝置，但其結(jié)構(gòu)比較簡單，且缺少試驗驗證結(jié)果，尚不能滿足國家標準的要求，仍未形成商品化的產(chǎn)品。
研發(fā)氣彈簧高低溫疲勞試驗機，實現(xiàn)使用同一臺設(shè)備進行高溫及低溫兩種不同的環(huán)境狀態(tài)下的氣彈簧疲勞試驗的檢測，，為機械工業(yè)通用零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心及氣彈簧行業(yè)提供滿足國家標準試驗要求的試驗手段，對推動我國的氣彈簧行業(yè)的生產(chǎn)制造和質(zhì)量保證，提升國際競爭力具有十分重要的意義。
研究內(nèi)容
對氣彈簧進行理論分析，提出氣彈簧疲勞試驗的理論基礎(chǔ)。對氣彈簧在高低溫環(huán)境下的疲勞試驗進行理論分析研究，在不同的環(huán)境溫度下對氣彈簧產(chǎn)品進行加速疲勞試驗獲取氣彈簧的疲勞特性隨溫度變化的關(guān)系。采集試驗過程中氣彈簧的彈簧力的變化以及氣彈簧油液的泄露量，分析解釋氣彈簧在不同環(huán)境溫度下的疲勞失效形式及原因。
通過對氣彈簧動態(tài)疲勞試驗機動力傳遞系統(tǒng)、機電控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的相關(guān)研究，實現(xiàn)以下氣彈簧高低溫疲勞試驗技術(shù)參數(shù)：
1）測量氣彈簧行程范圍 S：1~250mm；
2）測量氣彈簧長度范圍 L：100~800mm；
3）試驗頻率范圍：0.03~0.1Hz（2~6 次/min）；
4）加載范圍：0~3000N；
5）溫度范圍：-60℃～+120℃；
6）溫度波動度：±1℃；
7）溫度均勻度：≤2.0℃；
8）溫度偏差：±2.0℃；
9）試驗機符合 GB/T 25751—2010 技術(shù)要求；
第二章 氣彈簧高低溫疲勞試驗分析
   氣彈簧按照不同的結(jié)構(gòu)形式，可分為壓縮氣彈簧與可鎖定氣彈簧兩大類。壓縮氣彈簧是指在無外力作用下活塞桿呈自由伸展狀態(tài)，在承受大于其舉升力的外力時收縮，達到力平衡或壓縮終點時停止，外力撤出或減小時回彈的氣彈簧。可鎖定氣彈簧基本原理與壓縮氣彈簧類似，增加了鎖定機構(gòu)，結(jié)構(gòu)有所不同。本文以壓縮氣彈簧（文中簡稱氣彈簧）為研究對象，研究其他類型氣彈簧時需要考慮結(jié)構(gòu)的不同和控制上的差異。
2.1 簡化氣彈簧
為了建立合理的數(shù)學(xué)模型以說明氣彈簧的特性，首先將氣彈簧進行簡化，缸筒簡化為剛性體，并假定介質(zhì)為理想的線性彈性體，不考慮氣彈簧內(nèi)部摩擦以及溫度變化的影響。圖 2-1 為簡化氣彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖。
 
2.1.1 簡化氣彈簧的力特性
   如圖 2-1 所示，在外部施加壓力 的狀態(tài)下，設(shè)橫截面積為的活塞桿在橫截面積為
的缸筒中沿軸向運動?；钊麠U與缸筒之間密封，活塞上有一阻尼孔使活塞兩側(cè)聯(lián)通，介質(zhì)壓力為 。在有效工作行程中的任意位置，壓力平衡時均有：
 
   由公式(2-1)可知, 在簡化氣彈簧中, 彈簧力 是缸筒內(nèi)的壓力 與活塞桿橫截面積的乘積。
設(shè)氣彈簧完全伸展狀態(tài)下的活塞位置為S，對應(yīng)于此狀態(tài)下的缸筒內(nèi)壓力為，此時氣彈簧作用力如下：
 
   現(xiàn)將氣彈簧完全伸展狀態(tài)以及完全壓縮狀態(tài)下的彈簧力對應(yīng)地繪制于圖 2-1中，可以看出，在簡化狀態(tài)下，彈簧作用力與進入缸筒內(nèi)的活塞桿長度呈線性關(guān)系。將氣彈簧的壓縮與 伸展過程簡化為符合公式 (2-2) 的熱力學(xué)多方過程（Polytropic Equation）。由氣體特性可知，缸筒內(nèi)的壓力與氣體體積之間的關(guān)系為：
 
式中： 為缸筒內(nèi)氣體壓力；為缸筒內(nèi)氣體體積；為多方指數(shù)，為實數(shù)；為常數(shù)；在恒溫狀態(tài)下（即保證活塞桿運動過程中缸筒內(nèi)的氣體溫度保持不變）。熱力學(xué)多方方程與理想氣體狀態(tài)方程（克拉伯龍方程）等價。
 
 
 
是氣彈簧完全伸展狀態(tài)下的可壓縮氣體體積，即氣彈簧的活塞桿處于位置時的體積。 是活塞桿壓入缸筒內(nèi)的長度。由公式(2-1)可知，對氣彈簧力特性有影響的因素有以下幾個：
——完全伸展狀態(tài)時缸筒內(nèi)氣體的壓力；
——活塞桿的橫截面積；
——可壓縮氣體的體積
或者缸筒的橫截面積；
公式(2-1)中假設(shè)則可簡化如下：
通過改變公式(2-1)中可變參數(shù)的值，可以得出如圖 2-2 所示的特性曲線。
 
 
    從圖 2-2 可以看出，在氣彈簧活塞桿橫截面積及缸筒的橫截面積不變的情況下，隨著完全伸展狀態(tài)時缸筒內(nèi)氣體的壓力的增大，彈簧特性會相應(yīng)地出現(xiàn)向上的偏移。在氣彈簧完全伸展狀態(tài)時缸筒內(nèi)氣體的壓力及缸筒的橫截面積不變的情況下，隨著活塞桿的橫截面積
的增大，彈簧特性會相應(yīng)地出現(xiàn)向上偏移。在氣彈簧完全伸展狀態(tài)附近，彈簧特性呈線性上升趨勢；在氣彈簧完全壓縮狀態(tài)附近，彈簧特性呈指數(shù)上升趨勢。在氣彈簧完全伸展狀態(tài)時缸筒內(nèi)氣體的壓力及活塞桿橫截面積不變的情況下，隨著缸筒橫截面積的減小，彈簧特性呈指數(shù)上升趨勢。
2.1.2 簡化氣彈簧的彈簧特性和剛度
    文中引入彈力比率 表示氣彈簧在完全壓縮狀態(tài)時的公稱力與完全伸展狀態(tài)時的公稱力
的比值。此值與彈簧特性曲線是否呈線性無關(guān)。即：
 
由公式(2-1)可以看出，為了要得到更小的彈力比率 ，可以增大缸筒的體積或減小活塞桿的橫截面積。將公式(2-1)進行微分，可以得到時的彈簧剛度 如下：
 
假定氣彈簧的彈簧特性為線性，則彈簧剛度可以通過對彈簧特性的增加率計算如下：
 
通過以上分析可以看出，氣彈簧的剛度特性可以用氣彈簧的基本參數(shù)與彈簧特性表示。
  實際氣彈簧
   氣彈簧在實際使用過程中，會受到密封件的摩擦阻力、阻尼孔的流體阻力以及缸筒內(nèi)溫度變化等因素的影響而表現(xiàn)出與簡化氣彈簧不同的彈簧特性。下面對實際氣彈簧的彈簧特性展開分析。
2.2.1 實際氣彈簧的彈簧力和彈簧特性
   圖 2-4 為實際氣彈簧的彈性特性的分析圖。從圖 2-4 中可以看出，氣彈簧在 A 點處于完全伸展狀態(tài)，此時施加外力，彈性特性曲線沿箭頭方向從 A 點向 B 點變化，氣彈簧在 B 點處被完全壓縮。撤除外力后，其彈簧力并非按 B-A 變化，而是沿平行于 B-A 的一條曲線變化。在此過程中，必須克服與運動方向相反的摩擦力。而整個過程中彈簧力的方向始終不變，壓縮和回彈過程中彈簧力與摩擦力合成的變化形成了回滯現(xiàn)象，氣彈簧伸展力與壓縮力與簡化氣彈簧的彈簧力的差值基本相同，動態(tài)摩擦力的存在是因為阻尼孔內(nèi)的流體阻力以及密封件之間滑動摩擦力的綜合作用。不同種類摩擦力的產(chǎn)生及其大小取決于氣彈簧的運動狀態(tài)。如果活塞桿處于壓縮狀態(tài)或伸展狀態(tài)，則動態(tài)摩擦力作為摩擦力出現(xiàn)；當活塞桿處于停止狀態(tài)時，靜態(tài)摩擦力作為摩擦力出現(xiàn)。
 
 
     針對上述的實際氣彈簧在使用過程中可能出現(xiàn)的這兩種摩擦力的區(qū)別可以對應(yīng)地進行兩種不同類型的測量。
1) 動態(tài)測量法
   氣彈簧以一個恒定的速率從完全伸展位置被壓縮至完全壓縮位置。之后，活塞桿以某種可控制的方式以相同的速率伸展。測量和記錄整個過程中的力特性并繪制力-位移曲線。
氣彈簧伸展或壓縮過程中的流體阻力依賴于測量或調(diào)整的速度。因此，對應(yīng)較大的壓縮或伸展速度，會產(chǎn)生更大的動摩擦力；對應(yīng)較小的壓縮或伸展速度，則動摩擦力也會相應(yīng)減小。流體阻力同時也受阻尼孔形狀和大小的影響。
2) 靜態(tài)測量法
    與動態(tài)測量法類似，靜態(tài)測量也是在恒定的速度下進行的測量，只是在測量某點時中斷活塞桿的運動來測量彈簧力，將整個狀態(tài)下的力特性記錄下來并繪制力-位移曲線。根據(jù)圖 2-4 可知，氣彈簧伸展力和壓縮力與簡化氣彈簧的彈簧力的差值基本相同，靜態(tài)摩擦力的產(chǎn)生是因為密封部件間存在靜態(tài)摩擦力。靜態(tài)摩擦力通常大于動態(tài)摩擦力，因此在活塞桿的伸展過程中，對應(yīng)于靜態(tài)摩擦力的彈簧力要大于對應(yīng)于動態(tài)摩擦力的彈簧力。
上述兩種不同的測試方法均是在標準室溫下進行的。為了獲得可重復(fù)的測量結(jié)果，在進行測量之前要預(yù)先進行兩次預(yù)壓縮。圖 2-5 表示出氣彈簧運行過程中前三個行程中的彈簧特性。
 
     在第 1 次行程中最初處出現(xiàn)的峰值力被稱為氣彈簧啟動力。氣彈簧啟動力會在氣彈簧初次使用或長期未使用時出現(xiàn)，這是因為密封圈下的潤滑劑不足而造成靜摩擦力增加。第 2 行程和第 3 行程所測得數(shù)據(jù)基本相同，是因為此時氣彈簧啟動力已經(jīng)被消除掉了。
   綜上所述，彈簧力的大小可以由缸筒內(nèi)的初始壓力，彈簧特性的大小以及氣彈簧形狀尺寸（缸筒和活塞桿的橫截面積）所決定。
    氣彈簧的使用壽命
    氣彈簧的使用壽命可以用其完全伸縮并且正常工作的次數(shù)來表征。一般的氣彈簧都是按照能夠運行 50,000 次而不發(fā)生失效來設(shè)計的。根據(jù)氣彈簧的不同使用要求，經(jīng)常會對氣彈簧的使用壽命提出更高的要求，例如在旋轉(zhuǎn)座椅中使用的氣彈簧要求其可以達到使用一百萬次不發(fā)生失效。國家標準 GB/T 25751—2010 中的 6.5.2 款對氣彈簧的環(huán)境循環(huán)壽命做出了詳細的規(guī)定：使用環(huán)境惡劣的氣彈簧經(jīng)-40℃ 1000 次和+80℃ 1000 次高低溫動態(tài)循
環(huán)疲勞壽命試驗后，其公稱力的衰減量應(yīng)不大于 5%。經(jīng)高低溫動態(tài)循環(huán)壽命試驗的氣彈簧，再經(jīng)常溫 18000 次循環(huán)壽命（行程≤200mm 時，按實際行程；行程＞15200mm 時，按 200mm）試驗后，其公稱力的總衰減量應(yīng)不大于 13%，其動態(tài)摩擦力應(yīng)符合標準 GB/T 25751—2010 中表 2 的規(guī)定，油液帶出量應(yīng)小于 0.5g。
2.4 氣彈簧疲勞失效分析
    總體而言，氣彈簧發(fā)生疲勞失效是不同原因綜合作用的結(jié)果。但氣彈簧在不同
的環(huán)境溫度下使用時，其使用性能及使用壽命也存在差異。在常溫情況下，氣彈簧的疲勞失效的發(fā)生主要表現(xiàn)為由于密封件老化引起的漏油漏氣、氣彈簧缸體因活塞與缸體之間的摩擦力作用變形而導(dǎo)致的卡阻、缸筒內(nèi)油氣混合的自然泄露而產(chǎn)生的舉升力不足、自鎖力減小甚至為零等。
   氣彈簧的密封屬于接觸式密封，接觸式密封是指密封件與被密封件之間相接觸的一類密封方式。摩擦和磨損是氣彈簧密封圈損壞的主要形式，動密封間由于相對運動而產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致發(fā)熱和零件表面的磨損，最終引起氣體泄漏及密封件損壞；磨損程度取決于摩擦力的大小，當壓力缸內(nèi)的壓力逐漸增大時，密封圈與缸體之間的接觸面積和摩擦力也隨之增大。在氣彈簧的使用過程中，橡膠密封在摩擦功的作用下，表面因產(chǎn)生疲勞而磨損；同時，橡膠產(chǎn)生的應(yīng)變會引起橡膠內(nèi)部生熱，從而導(dǎo)致表面老化。在常溫情況下，環(huán)境溫度對氣彈簧各零部件的影響較小，因此可以不考慮溫度對其使用壽命的影響。此時，氣彈簧失效的主要原因為各零部件在制造過程中的誤差以及密封零件的老化。氣彈簧本身的結(jié)構(gòu)也會影響氣彈簧的使用性能，若氣彈簧的工作行程過長，則會降低氣彈簧的穩(wěn)定性，氣彈簧的活塞桿在受力后產(chǎn)生形變，會加重活塞桿與缸筒內(nèi)壁以及活塞桿與密封元件之間的摩擦，進而導(dǎo)致缸筒的內(nèi)壁和密封件磨損，造成氣密性下降。而且，氣彈簧在工作的過程中如果受到外界碰撞，會導(dǎo)致氣彈簧的內(nèi)壁表面形成凹凸痕跡，此種情況下，活塞桿在伸展和壓縮的過程中會引起密封件的劃傷和磨損，從而導(dǎo)致油液泄漏的產(chǎn)生，最終影響氣彈簧的彈簧力。
    在高溫環(huán)境下工作的氣彈簧，因其工作溫度高，油液介質(zhì)的壓力增大，密封材料的彈性模量下降，直接導(dǎo)致剛度下降，承載能力變小，氣彈簧缸筒內(nèi)氣體溫度升高加速了橡膠密封的熱氧老化反應(yīng)及性能變質(zhì)。因此要求其密封材料有較好的熱穩(wěn)定性、抗松弛或蠕變能力、抗氧化能力、耐介質(zhì)腐蝕能力。密封元件的老化會導(dǎo)致氣彈簧出現(xiàn)漏油漏氣現(xiàn)象，最終導(dǎo)致失效。在高溫環(huán)境下，氣彈簧內(nèi)部填充的油氣混合物的粘度會較之常溫狀態(tài)時變小，加重油液介質(zhì)泄漏，嚴重情況下會導(dǎo)致氣彈簧舉升力不足。在低溫下工作的氣彈簧，要求其材料應(yīng)具有良好的低溫韌性。低溫下氣彈簧缸
    16筒內(nèi)的油液混合介質(zhì)的粘度會增大，從而導(dǎo)致氣彈簧在運行過程中的阻力增大、加
速各零部件之間的磨損，失穩(wěn)危險性加大，從而導(dǎo)致配合間隙增大，形成溝槽而最終導(dǎo)致油氣泄漏而失效。氣彈簧的密封件一般為非金屬材料，對溫度的敏感性高，在高溫、低溫和高低溫環(huán)境交替條件下會加速老化而失去彈性，影響密封，情況較嚴重時，會出現(xiàn)龜裂、硬化等情況，對氣彈簧的使用壽命產(chǎn)生明顯影響。氣彈簧在惡劣環(huán)境溫度下的加速試驗可以縮短疲勞試驗周期，在最短時間內(nèi)使氣彈簧發(fā)生疲勞失效。因此，在的氣彈簧發(fā)展狀況下，我國新國標對氣彈簧高溫及低溫環(huán)境下的循環(huán)壽命試驗做出了詳細規(guī)定。
http://www.lmjjj.com