金属橡胶液体复合弹簧的发展和应用

　　1 橡胶减振器的产生和发展

　　早在2000年前，中美洲的阿姆措纳斯地区的原始居民就开始利用天然橡胶生产简单的日常用具，如碗、瓶子等。人们割开一种叫Hevea brasiliensis橡胶树获得生胶。后来天然橡胶被带到欧洲，当时人们发现它并不适用，因为橡胶的热塑性使它在炎热条件下变得软而粘;而在寒冷的情况下则变得脆而硬。直到1839年美国人查尔斯·固特异偶然发现天然生胶加入硫磺后，在高温下会失去热塑性而保持弹性，从此产生了硫化橡胶，这种橡胶可以保持外形和弹性，可以用来制作各种不同的物件，尤其可以用于减少振动和隔离噪声的弹簧减振系统。随着橡胶和金属粘接技术的提高，金属和橡胶组合起来的金属橡胶复合弹簧应运而生，而且逐渐地成为减振系统中的主要部件而被广泛应用，尤其在铁路机车车辆、汽车、轮船、飞机上被普遍采用。这是由于金属橡胶弹簧具有一系列优点：

　　(1)可以根据需要选择金属和橡胶的结构形式，调整橡胶配方和成型工艺来控制弹性参数，以满足各向刚度和强度的要求;

　　(2) 有适当的阻尼，有利于越过共振区，衰减和吸收高频振动与噪音;

　　(3)冲击刚度大于动刚度和静刚度，有利于缓和冲击;

　　(4)体积小，重量轻，免维护。

　　2 金属橡胶液体复合弹簧的发展和应用

　　对橡胶减振器要求的功能主要是两方面：一是减振性，二是耐久性。橡胶材料一般在振幅大、频率低的领域中表现柔软;而在振幅小、振动频率高的领域中表现刚硬，这方面的性能并不十分理想。评价该性能的指标一般是用动态倍率值，即小振幅、高频率的弹性系数与大振幅、低频率的弹性系数之比，该比值越小即越接近于1，说明用于橡胶减振器的橡胶材料越理想。损耗因数是表示橡胶减振器减振性能的另一指标。损耗因数大的橡胶材料可使共振时振幅减小，还可使振动很快衰减，用于制造橡胶减振器比较理想。橡胶减振器的动态倍率和损耗因数因橡胶材料配方、硫化成型条件(温度、时间、压力)以及振动条件(振幅、振动频率、温度等)不同而不同。就橡胶材料配方而言，动态倍率和损耗因数还普遍存在非相容性，即一方好时另一方就差。在橡胶材质方面追求理想性能有一定的限度，这就迫使人们去开辟新的途径来解决这个问题。20世纪80年代，人们将金属橡胶弹簧和液体减振器结合起来，开发了金属橡胶液体复合弹簧，从结构上解决了上述非相容问题，获得了近于理想性能的减振器。

　　金属橡胶液体复合弹簧的产生，首先是为了解决汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。汽车在道路上行驶，就得解决振动问题。汽车在结构上是采用汽车悬架系统来减振的。悬架系统一般由弹性元件与阻尼元件构成，它用来缓冲和吸收路面不平而产生的激振力，又承受汽车转向产生的侧倾力。所以汽车悬架应满足两方面要求：一方面为提高转弯、制动等操纵过程的稳定性，要求悬架应“较硬”;另一方面为隔开随机路面不平对汽车的振动，提高乘坐舒适性，要求悬架应“较软”。这显然是矛盾的。一般汽车上装有的弹簧和减振器组成的所谓“被动悬架”是不能适应这种要求的;用装有金属橡胶液体弹簧的所谓“半主动悬架”，即改变阻尼力的方式可以部分地解决上述矛盾。