一种橡胶隔振器的设计方法

    0 引 言

   消除系统振动噪声的最好方法是减小振动源的振动，其中使用最广泛、最有效的方法是采用各种隔振器，以减小振动的传递［1］。由隔振原理可知，要获得良好的隔振效果，必须对隔振器的刚度进行设计。简单形状的减振器刚度特性可以通过经验公式进行计算2］; 形状复杂的隔振器，其刚度特性由形状系数决定，而且与减振器的使用状态有关。近年来，研究人员开始采用有限元的方法进行产品的设计［3 －4］，不仅提高了设计精度，而且大大降低了设计成本和周期，给工程应用提供了巨大的便利。

    本文采用经典算法对一种橡胶隔振器的静动态性能进行理论设计计算; 在此基础上，利用 Ansys有限元软件［5 －6］，仿真分析隔振器的静动态特性，将理论计算结果和仿真计算结果与试验结果对比，验证设计方法的可行性，并为以后隔振器的设计提供帮助。

    1 橡胶材料的特性

    1. 1 常规力学性能

    在进行隔振器的结构设计时，必须了解隔振器中橡胶材料的常规力学性能，主要有应力应变关系、弹性模量、泊松比等，以便于设计计算。为此，对设计用材料进行单轴拉伸和单轴压缩试验，试验结果如图 1 和图 2 所示。

    试验方法均按照国标的要求进行，并且通过多组试验选取性能稳定的结果作为设计参数。通过试验初步得到了材料的弹性模量为 13. 54 MPa。

    1. 2 动态力学性能

    为计算橡胶材料在动态条件下的性能参数，对材料进行 DMA 性能试验，分别研究材料在压缩和剪切状态下动静比 ( 动态弹性模量与静态弹性模量之比) 的变化，如图 3 和图 4 所示。

    从图 3 和图 4 可以看出，2 种聚氨酯弹性体材料的动静比均随着激振频率的增大而增大，而且对于不同使用状态下 ( 压缩和剪切) ，材料的动静比差别较大。因此，在考虑材料的动静比时需要综合考虑隔振器的受力状态和应力水平。

    2 隔振器的理论设计

    2. 1 经典算法

    初步设计一种剪切挤压型的橡胶减振器，其中橡胶部分可以简化为如图 5 所示单元，根据 《橡胶工业手册》关于减振橡胶制品一节，可以得到图 5所示单元的三向刚度为:

    纵向刚度

     E 和 G 分别为橡胶材料的弹性模量和剪切模量。

    根据隔振系统固有频率的计算公式( 4) ，可以得到隔振器的动态条件下垂向固有频率