弹力的大小取决于波纹管刚度和波纹管的压缩量，而波纹管的刚度与波纹管的膜片层数、膜片宽度、膜片厚度、膜片中径、膜片的成型角、波数等紧密相关，其比较可用的经验公式<1>k=（2.4EDm3ea）/（na3w）（1）式中：k为波纹管刚度；E为材料弹性模量；为膜片层数（单层为1，双层为2）；Dm为波片中径；n为波数；为波片厚度；aw为膜片宽度；为与成型角、波形、波深、波长等参数相关的参数。

　　由式（1）可以发现，波纹管膜片的厚度和宽度对刚度的影响十分明显，并与波片的中径成正比。因此在设计大尺寸波纹管时，必须考虑这些因素对波纹管弹力的影响。为了更准确的设计大尺寸金属焊接波纹管，我们制备了一组不同尺寸和结构的波纹管，研究了波纹管结构和尺寸变化对弹力的影响。结果发现，相同波纹结构，尺寸相同，波纹管的弹力与波纹管的波宽成反比；在波宽、波纹管结构相同时，波纹管弹力与波纹管的直径成反比；而同样结构下，弹力随波数的增加而增加。通过计算以及大量实际制备，估算在波纹管的变形、波宽、波数不变的情况下，单一放大波纹管的直径至所需的1300mm要求，其整体弹力将下降至模拟尺寸波纹管弹力的1/3，如果照此结构设计*终波纹管，将难以获得所需的弹力和补偿能力。因此，考虑各方面因素，并通过小样试验，我们对波纹管的波宽、波数进行了调整，将波宽由原来的15mm减小至11mm，波数从单波数增加为双波数，从而提高系统的弹力，保证在大尺寸情况下仍能保证所需的端面比压和弹性补偿能力。*终设计结构如所示。我们同时进行了该结构的小尺寸研究，发现该结构的弹力是原结构同尺寸弹力的4倍，理论上这可以保证结构放大后该系统弹力仍能保持在试验的要求。

　　材料选用和加工在小尺寸试验中，我们以AM350进行了大量试验，由于天线座密封环直径大，目前没有适合的板材使用，必须通过拼接达到所需尺寸。由式（1）可以发现，一般波纹管的刚度与材料的弹性模量成正比，不同材料其所制波纹管的弹力不同，因此根据前期试验结果以及材料材质稳定性两方面考虑，采用进口AM350来拼接所需大波纹管膜片。由于AM350宽度仅350mm，因此需要拼焊，拼焊既要保证焊缝强度又要保证焊缝的致密与平整，普通氩弧焊容易将拼缝烧穿，不能符合要求，我们采用专用拼焊机用微弧焊拼接焊接成直径近1400mm的圆环。

　　经过拼接、整平和热处理的圆环，采用线切割成波片以备焊接，切割成圆形的波片在特制的模具中压制成一定形状的膜片，压制必需在15001500平面的1000t压机中完成，压制成的膜片经清洗后即可进行焊接成波纹管。

　　由于现有焊接装置难以进行大尺寸波纹管的焊接，因此必须对现有工装和焊接设备进行改造，由于焊接波纹管要求很高，波纹管膜片在专用焊机上的回转偏差要小于0.2mm，因此设计了专用工装，确保焊接质量。焊接成的波纹管需经过定型处理，在专用定型中进行定型处理，并在真空条件下进行热处理以消除焊接造成的残余应力。经定型热处理的波纹管经过气密性检验合格后即可用于波纹管弹性元件。

　　在试验装置上用缩比件通过摩擦副模拟形变，试验密封环弹性元件的补偿能力，试验结果是在模拟变形1.5mm时，密封面压力为0.7kg/cm2时密封环弹性元件有足够的补偿能力，系统在模拟实际工况时密封性能良好。

　　大尺寸柔性密封环优化改性天线座柔性密封环分上下两组，从使用工况来看，下密封环需要可靠密封，上密封环需要导电并密封，两者均需要具备低摩擦系数、长寿命。

　　导电柔性密封环要求具有一定的柔性，优异的耐低温性能，良好的导电性和耐磨、自润滑性能。常用密封材料有聚四氟乙烯、石墨、橡胶等，聚四氟乙烯具有一定柔性和回弹性，优异的耐低温性能和自润滑性能，但导电性能极差；柔性石墨（烧结石墨）具有较好的导电性能，耐高低温性能和自润滑性能，但缺乏柔性和回弹性能；橡胶具有优异的柔性、回弹性，但耐低温性能、自润滑性均较差。即常用密封材料均不能完全满足所需导电柔性密封环的要求。为此，根据导电密封环的要求，我们对常用密封材料，特别是对聚四氟乙烯、石墨进行改性复合，添加不同的材料以研制能满足要求的导电柔性密封环。

　　通过试验，我们利用PTFE为基体，填充铜粉、石墨粉或碳纤维，采用粉末冶金工艺制备了具有较好回弹性能、一定压缩性能、低磨损、高自润滑性、低摩擦系数的密封环。通过性能测试，填充碳纤维的PTFE密封环具有较低的磨损率和摩擦系数，有利于提高密封环的使用寿命，降低摩擦力矩，虽然不能满足导电需求，但可以作为下密封环的制作材料。

　　石墨是机械密封中用量*大、应用*广泛的的材料，石墨分为两种：一种是柔性石墨，它具有一定的柔性，良好的导电性能，但由于其耐磨性能较差，一般用于静密封；另一种是烧结石墨，主要用于动密封，它具有良好的导电性能、优良的耐磨性能，但由于其较脆，容易断裂，因此必须对其进行改性保留其原有的优点，克服其脆性。

　　在试验中将石墨粉与树脂按一定比例混合，通过高压模压并在高温下烧结成型，烧结过程中由于混合物中树脂分解、碳化，使得制件出现10%30%的气孔<2>，利用这些气孔对石墨密封环进行改性，提高其性能以满足要求，通过多次真空浸渍高性能树脂改善了密封环的脆性，在缩比件上，压力为0.5kg/cm2实现了1.5mm以上的变形，已能满足直径1300mm柔性密封环的要求。对不同的密封环测试其干摩擦系数及油膜状态下摩擦系数，测试结果如示。

　　从测试结果看，复合PTFE与石墨密封环的摩擦系数很小，可以符合设计要求，相对磨损率较小，可以有较长的寿命，具体密封性能、寿命需要通过试验装置进行试验、评定。

　　磨损试验机密封环油膜状态性能测试结果复合PTFE导电橡胶石墨备注密度/gcm-32.162.252.46摩擦系数0.030.20.02MM200磨损试验机注：1）摩擦副粗糙度为0.8m试验评定及分析柔性密封环的物理性能可以通过制作标准试样进行测试，但其密封性能必须通过模拟试验进行评定及分析，包括磨擦系数、模拟变形下密封性能、寿命等。

　　为此，制作了一套模拟试验装置，通过缩尺密封环模拟试验，测试其各项性能。