工程橡胶制品设计

选取典型的几种橡胶制品，如密封制品、防振减噪制品、缓冲制品和动力传递制品等，就其基本设计原理与参数、结构特征与类型、材料设计原则与加工过程要点等方面进行论述。可作为从事橡胶制品尤其是橡胶密封制品、减震制品、缓冲制品等设计和制造人员参考，也可作为高等院校橡胶相关专业的本（专）科学生的教学参考书，或有关科研和工程技术人员的基础性读物。 

本书分6章，依据理论与实践相结合的原则，在介绍制品的破坏与寿命相关理论的基础上，对工程技术领域比较典型的橡胶制品，诸如密封制品、防振减噪制品、缓冲制品和动力传递制品等，就其基本设计原理与参数、结构特征与类型、材料设计原则与加工过程要点等方面进行了论述，并简要介绍了制品模具设计。本书可作高等院校橡胶相关专业的本(专)科学生的教学参考书，或有关科研和工程技术人员的基础性读物。

第1章制品的破坏与寿命001

1.1引言001

1.2制品的弹性形变001

1.2.1线性弹性形变002

1.2.2非线性弹性形变007

1.3强度性能破坏009

1.3.1断裂能009

1.3.2影响断裂能的因素010

1.4疲劳性能破坏012

1.4.1疲劳裂纹的引发与扩展012

1.4.2影响疲劳性能的因素014

1.5耐久性能破坏015

1.5.1力学松弛与化学松弛015

1.5.2老化作用016

1.5.3工作介质017

1.5.4骨架材料的黏合与失效023

1.6制品寿命的评估027

第2章密封制品029

2.1引言029

2.2O形密封圈030

2.2.1结构特征与密封原理030

2.2.2密封装置设计要素031

2.2.3异形截面O形圈033

2.3油封034

2.3.1结构特征与密封原理034

2.3.2结构设计要素036

2.4唇形密封圈039

2.4.1Y形密封圈039

2.4.2V形密封圈041

2.5其他密封制品042

2.6胶料配方设计043

2.6.1胶料性能要求043

2.6.2胶料配方解析与示例048

2.7加工过程要点053

2.7.1混炼054

2.7.2成型和骨架的黏合处理055

2.7.3硫化056

2.7.4后加工057

第3章防振减噪制品058

3.1引言058

3.2基本设计原理059

3.2.1阻尼振动系统059

3.2.2阻尼060

3.3橡胶隔振器062

3.3.1结构特征与类型062

3.3.2主要设计参数与步骤067

3.4橡胶支座070

3.4.1结构特征与类型070

3.4.2主要设计参数073

3.5胶料配方设计原则076

3.6加工过程要点081

第4章缓冲减振制品084

4.1引言084

4.2橡胶空气弹簧084

4.2.1结构特征与类型084

4.2.2主要设计参数088

4.2.3胶料配方设计原则090

4.2.4加工过程要点092

4.3橡胶护舷094

4.3.1结构特征与类型094

4.3.2胶料配方设计原则099

4.3.3加工过程要点100

4.4橡胶弹性联轴器101

第5章动力传递制品107

5.1引言107

5.2平型传动带108

5.2.1结构特征与类型108

5.2.2材料设计原则111

5.2.3加工过程要点113

5.3V型传动带116

5.3.1结构特征与类型116

5.3.2材料设计原则122

5.3.3加工过程要点124

5.4同步传动带126

5.4.1梯形齿同步带126

5.4.2曲线齿同步带128

5.4.3材料设计与加工过程要点130

5.5液压胶管132

5.5.1结构特征与类型132

5.5.2设计参数与计算134

5.5.3材料设计原则136

5.5.4加工过程要点139

第6章制品模具设计144

6.1引言144

6.2模具种类与结构特征144

6.2.1压制模具144

6.2.2压铸模具145

6.2.3注射模具146

6.3模具设计要素147

6.3.1模具材质及热处理148

6.3.2胶料收缩率的确定148

6.3.3模具各部位尺寸与配合150

6.4模具的维护清洗153

6.4.1模腔表面的污染侵蚀153

6.4.2模腔的维护与清洗153

参考文献156

橡胶制品种类规格繁多，据统计世界橡胶制品的品种规格总数约有10万种之多，其中大多数是在工程技术领域中应用的工程橡胶制品。橡胶材料具有高弹性和高阻尼性的特异性能，使橡胶制品作为配件、部件或零件在工程技术领域得到广泛的应用。工程橡胶制品的设计应用往往会给工程技术中的难题提供一种简单而巧妙的解决方案，例如可传递动力的橡胶弹簧在直升飞机中能在各个方向上提供特定的刚度，允许飞机桨叶变化倾斜方向。众所周知的美国“挑战者”号航天飞机因密封圈失效而发生故障，导致世界航天史上重大的悲惨事件，令人唏嘘。由此可见，工程橡胶制品在汽车、机车车辆、机械、航空航天、核能、建筑、石油与海洋工程以及电子信息等高端产业中起着“千钧重负”不可替代的作用。工程橡胶制品具有复杂性和多样性的特征。复杂性体现在制品结构与性能方面，是材料学、化学、力学、摩擦与润滑等多学科的交叉与综合，其结构具有细观和宏观复合结构的特征，涉及结构分析、形变与强度、加工与使用过程中物理和化学变化、新的成型理论与技术以及制品的失效评价等多方面。多样性体现在原材料的种类繁多、制品的种类规格迥异、加工技术与工艺千差万别等，其应用几乎遍及国民经济的各个部门。若从制品的形状大小和尺寸精度角度，大型工程橡胶制品的质量有的可以按千克计量，而小型产品质量有的仅以克计量且精度可达10μm。正是这种复杂性和多样性特征，随着科技的进步，形成了橡胶制品的基础研究、应用研究、技术开发与产品制造紧密结合的学科体系，借此提高制品的技术含量和更新换代，以达到预测、控制和优化制品的使用性能。

18世纪末蒸汽机的出现产生了次工业革命，经过工业经济时代的发展，工程橡胶制品行业经历了形成与发展的历史时期。特别是20世纪后期，世界高新技术的重大发展，新材料、新工艺不断涌现，促使工程橡胶制品跨入高科技领域，向着精细化、高性能和功能化方向发展。目前我国合成橡胶的产量、橡胶消耗量和橡胶制品的产量等各项指标均居世界首位，成为名副其实的橡胶工业大国，但是包括工程橡胶制品在内的各类产品在原材料质量、技术与装备、生产效率与经济效益和高新技术的应用等方面与先进国家仍有较大差距。20世纪末以来，世界制造业和工程技术领域进入了数字化制造及新材料新技术为代表的新的工业革命时代，对橡胶制品提出了更加苛刻的性能要求。我国的橡胶工业只有依靠科技进步和技术创新，充分利用高新技术向技术密集型生产转变，不断提高制品的高科技含量，才能从根本上提升产品的市场竞争实力。

编者在多年教学工作的基础上整理并收集了近年来相关著作与文献资料编撰了此书，旨在为读者提供一本关于工程橡胶制品方面的基础性读物，力求理论与实践并重，较系统地阐述工程橡胶制品的设计理论与技术，注重出现的新材料和新技术。本书在介绍制品破坏与寿命相关理论的基础上，主要对比较典型的工程橡胶制品，如密封制品、防振减噪制品、缓冲制品和动力传递制品，就其基本设计原理、结构特征、材料设计原则与加工过程要点等方面进行重点介绍，希望通过这些典型的制品达到“触类旁通”的效果，为其他工程制品的设计提供可借鉴的理论与方法，并在一定程度上反映当前工程橡胶制品领域的水平和概貌。本书是基础性读物，适合高等院校相关专业的高年级学生和研究生作为教学参考书或者相关工程技术人员和管理人员参考阅读。

本书编撰过程中恰逢中国橡胶工业百年华诞，从广州兄弟橡胶公司(1915年)创立至今，橡胶工业经过曲折的发展历程，取得令人瞩目的业绩，在此祝愿我国早日由橡胶工业大国跃升为世界橡胶工业强国。

由于编者水平有限，纰漏在所难免，恳请读者批评指正。

在此，感谢青岛科技大学高分子科学与工程学院同仁的鼓励和帮助，感谢化学工业出版社的关怀与支持。

编者

2017年10月于青岛