金属橡胶与弹簧组合型隔振器建模及分析方法

　　众所周知,任何机械设备都是由若干部件或零件组成的,由于受加工精度和装配质量及周围工作环境的影响,不可避免地都将产生自激振动和受迫振动.振动的产生不仅影响机械设备理论精度的下降、使用寿命的减少,同时振动产生的噪音,破坏了正常的工作环境.为了从根本上解决这一难题,人们最常用的方法便是隔振.而无论是主动隔振,还是被动隔振,都将使用具有不同性能的隔振器,因此隔振器的性能和质量在一定程度上决定了机械设备的工作状态[1].

　　目前,在机械工程和日常生活中,人们最常用的隔振器主要有弹簧隔振器、碟簧隔振器、橡胶隔振器及弹簧与橡胶组合型隔振器.弹簧隔振器由于其结构简单、规格齐全、成本低等特点,在实际工程中应用最为广泛.单弹簧隔振器的缺点主要是阻尼性较差,适用的工作频率范围较低,因此在某些工况的应用中受到了限制.碟簧隔振器既具有弹簧的特点,又具有阻尼特性,但其阻尼比一般为0·2左右,且多数情况下只能承受受压载荷.橡胶隔振器阻尼性能良好,且加工方便,可制备成各种复杂形状,承受不同种类的载荷,但它不适合高低温及腐蚀环境下的隔振,而且老化现象十分明显,导致其使用寿命较低.弹簧与橡胶组合型隔振器,综合弹簧和橡胶的共同特点,但没有从根本上解决橡胶隔振器存在的不足[26].因此多年来人们一直在努力开发研制一种隔振器,希望它既具有弹簧的特点,又具有橡胶的优点,且克服橡胶的缺点,使其能够满足高温、低温及腐蚀环境下阻尼减振的需要.本文提及的金属橡胶与弹簧组合型隔振器就是这样一种理想的隔振器.

　　金属橡胶与弹簧组合型隔振器,其主要阻尼元件为金属橡胶.金属橡胶的原材料为金属丝,金属丝被卷成弹簧,经定螺距拉伸后,按所需构件形状和一定规律制成毛坯,经专用压力机反复压制而成.金属橡胶既具有金属的固有特性,又具有普通橡胶一样的弹性,因此金属橡胶与弹簧组合型隔振器不仅具有弹簧的性能,而且具有橡胶一样的阻尼性能,其阻尼比可达0·35.在弹簧结构尺寸不变的情况下,通过改变金属橡胶的密度和工艺方法,可以制备成具有不同刚度和阻尼性能的隔振器,以满足不同工况的需求[79].

　　金属橡胶元件属干摩擦非线性阻尼元件,其有效的阻尼性能对降低共振点的放大倍数是非常有益的.为了深入地揭示金属橡胶与弹簧组合型隔振器的工作机理,研究隔振器工作过程中力与变形间的关系,本文提出了一种新的数学建模方法.通过对最初加载实验曲线及隔振器的一个循环周期的弹性迟滞回线进行变换,得到隔振器的任意加载和卸载过程的弹性迟滞回线,进而对隔振器的弹性阻尼及减振性能进行研究,大大地减少了实验工作量.实验证明,由数学模型得到的理论结果与实验结果有着良好的吻合性,证明了所建数学模型的正确性,为该种隔振器的实际应用奠定了可信的理论基础.