压缩长度对金属橡胶减振器刚度的影响

    金属橡胶材料有阻尼大、吸收冲击能、耐高低温作用、不易老化等优点，因此广泛的使用在航空、航天、军事装备、民用工程机械、建筑等许多领域中[1, 2]。而金属橡胶就是一种新型均质的弹性多孔材料，经特殊的工艺方法将一定质量、拉伸开、螺旋状的金属丝有序地排放在冲压或碾压模具中，通过冲压成型的方法制成，其内部有很多孔洞，既呈现类似橡胶材料的弹性和阻尼性能，同时又保持金属的优异特性[3]。在实际的生产过程中，金属橡胶块产品的实际刚度会在设计的理想刚度值上下波动，由于有些金属橡胶块的实际刚度值与理想的刚度值偏差较大，在正常的装配方式下，这些金属橡胶减振器往往是不合格品，进而影响了整个产品的成品率，造成了资源和经济方面的浪费。

    在不更换金属橡胶块的前提下，通过对减振器中某些元件的调整，改变减振器中金属橡胶块的预压缩长度，就可以对减振器的整体刚度进行调整，使得合格减振器的数目增加，从而提高了产品的成品率，不仅能够提高资源的利用而且能够获得更好的经济效用。

    而金属橡胶块的预压缩长度是指在金属橡胶减振器的装配前后，金属橡胶块在主要受载方向上的高度变化值。如图1所示，h0为金属橡胶块的原始高度，h1是减振器装配后金属橡胶块被压缩后的高度，则预压缩长度 Δh0=h0-h1（Δh0≥0）（在尺寸链中 Δh0为封闭环）。

    本文以图2所示金属橡胶减振器进行说明在不更换金属橡胶块的前提下改变减振器的整体刚度的方法。根据该金属橡胶减振器的结构和工作原理可知：减振器受到的压力载荷主要由元件2上网块承担；受到的拉力载荷主要由元件5下网块承担；实际上，在承担载荷时，上、下网块承受的都是压力。

    1 金属橡胶材料受压时的工作机理

    金属橡胶材料是典型的非线性材料，其压缩变形分为线性段，软特性段，指数硬化阶段3个特征阶段，而线性段在整个压缩变形阶段所占的比例非常少，整个压缩变形阶段主要是软特性段和指数硬化阶段这两个阶段[4]。

    但在金属橡胶减振器在振动中，金属橡胶块的线性段是不存在的。从金属橡胶块中分离出的一根金属丝中的一段，通过对这一小段金属丝进行分析便可得知。金属丝受力的过程可以分为两个阶段，分别为弹性变形阶段和摩擦挤压阶段，如图3中的（a）、（b）、（c）所表示。

    图3（a）表示金属丝在自由状态受到压力，开始变形的阶段，这一阶段的变形是弹性变形；图3（b）表示金属丝在受到压力到达变形极限时的状态，这时金属丝与丝之间从开始接触直到丝与丝之间没有间隙；图3（c）表示金属丝在受到载荷，丝与丝之间开始出现摩擦和挤压现象的阶段。