机械隔振装置的振动特性分析

　　机械设备中经常使用的隔振装置(有金属弹簧隔振器、橡胶隔振器、金属丝网隔振器、金属橡胶组合隔振器及空气弹簧隔振器等),都是经专门设计制造的。实际应用发现,在各种隔振装置中,尽管有相同的弹性元件(包括阻尼),但当组成方式(或联接方式)不同时,其隔振特性和效果会有较大的差别,因而使隔振装置具有一定的适应性。隔振装置联接方式有些什么特点?其隔振效果受哪些因素影响?并有何种规律?笔者将就此作些探讨。

　　1　四端网络分析法

　　借助于四端网络参数分析法,分析隔振装置的上述问题是比较方便、快捷的。事实上,任何复杂的隔振装置都可以看成是有惯性元件(或称质量件)m、阻尼元件c和弹性元件k这3种基本元件以不同方式组合而构成的某一机械系统,对这3种基本元件的描述如图1所示。只要参数选择合适,该系统在振源的激励下,对振动传递就会产生衰减作用,从而达到隔振减振的目的。理论研究成果业已表明,在一定条件下,该机械系统类似于等效电路,并具有某些物理本质上的相似规律,因而可以以机—电模拟来进行振动参数分析。具体地说,就是将四端网络参数分析法应用到隔振装置的振动分析上。通过对构成系统的矩阵运算,反映和揭示出该隔振装置的某种特征和规律。

　　惯性元件(或称质量件)m、阻尼元件c和弹性元件k的四端参数矩阵分别为

　　设输入、输出端为2个参数,则隔振装置振动系统的四端网络特性方程的矩阵形式可表示为:

式中:A为系统力的传递函数,为输出端固定时(Xi+1=0)输入端与输出端的力之比;B为系统的速度阻抗,为输出端自由时(Fi+1=0)输入端的力与输出端的速度之比;C为系统的速度导纳,为输出端固定时输入端的速度与输出端的力之比;D为系统的速度传递函数,为输出端自由时输入端与输出端的速度之比。

　　显然,式(4)的左端为输入端,右端为输出端。矩阵中的A,B,C,D统称为四端网络参数,他们是表示系统动态特性的常数。

　　仿照电路分析,在隔振装置振动系统中,当前一子系统的四端网络的输出端与后一子系统的网络输入端相联接,称为串联系统,如图2(a)所示;当各子系统的四端网络输端与输出端分别相联接,则称为并联系统,如图2(b)所示;并联后再串联的则称为并—串联系统,如图2(c)所示。推而广之,还可有其他多种组合的系统。

　　对于有n个四端网络构成的串联系统、并联系统四端参数计算,可分别按式(5)、式(6)进行,即:

　　2　实例计算与分析

　　某大型装载机,为隔离行驶时路面不平度引起的激振和装载机运行中产生的振动向驾驶室的传递,可采用如图3所示的(a)、(b)两类联结方式的隔振装置。只考虑上述2种振源向驾驶室作竖向振动传递,且谐振力为Qsinωt,激励频率f=25Hz,设驾驶室总质量(包括人)m=3245kg,则对于图3(a)所示,由阻尼件c、弹性件k、惯性件m(驾驶室)构成的串联系统,可按前述,将式(2)、式(3)和式(4)代入式(5)即可得出该串联系统隔振装置的四端参数矩阵为: