旋转式硅油阻尼器动态特性实验研究

　　1引 言

　　阻尼器是被动振动控制的核心元件,对处于特定环境下的设备的被动隔振以及系统振动控制问题上,阻尼器的使用有时是卓有成效的[1]。

　　国内外研究的阻尼器按照所使用介质分为固体和流体阻尼器两类[2],其中绝大多数为固体阻尼器,如橡胶或金属网丝型,它利用橡胶在变形中的耗散特性消耗能量;少量流体阻尼器又分为两类,一类是平动阻尼器如活塞式阻尼器,另一类是旋转式阻尼器,如曲轴减振器、叶轮式减振器等,所存在的基本问题是尺寸较大、功能单一、阻尼大小调节不方便。因此,对某些精密技术(如遥感、航测、精密加工等)所涉及的工作系统在复杂激励工况下,为保证其工作的稳定性、可靠性,并根据在一定的环境条件下可进行灵活有效的阻尼调节的要求,我们选择硅油作为阻尼材料,研制出了一类扭振阻尼器[3],主要针对扭振系统进行被动隔振,其外形如图1所示,左端调节阀门用来调节内部流道尺寸以调整阻尼器宏观阻尼,右端转轴用来连接设备,为了牢固连接,采用直纹滚花。

　　为了解阻尼器在实际环境中的动态响应以及测量有关阻尼、刚度等指标,设计了阻尼器的测试系统,进行振动实验分析,通过对振动信号的处理对系统参数进行识别,得到了一些结果。

　　本文主要讨论在阻尼器特性研究及设计中涉及的有关问题及处理方案。

　　2系统参数识别

　　要识别的主要力学参数为阻尼,由于流体在受到激励后会产生变形,对大粘性流体导致较大剪切力,从而表现出一定的刚性,产生附加刚度。研究表明,这种附加刚度同系统支承系统刚度属于同数量级,其影响不能忽略,所以在实验时系统刚度(由固有频率反映)也被认为是识别对象。测量阻尼和频率的可靠和必要手段就是进行动态实验,由于所研究的是旋转式阻尼器,它以转轴为平衡位置发生扭转振动,对其激励或拾振都有一定困难。考虑到没有必要直接针对实际系统进行研究,所以我们不直接以阻尼器为研究对象,而是按照动力相似原理,按固有频率等效,建立以阻尼器为核心的测试系统(图2)。为此建立了阻尼-弹簧-刚杆-质量系统,将整个系统看作为以质量块位移为坐标的单自由度系统,它结构简单,调整灵活,测量对象明确且方便,并可完全模拟阻尼器实际工况,在实验中我们主要针对该系统进行研究。

　　以θ为坐标建立方程:

　　在不计传感器质量时,可求出Me=0.8443kgm²,Ke=422Nm,fn=3.56Hz,而实际工况参数要求Me0=1.0kgm²,Ke0=480Nm,fn0<5Hz,可见本实验系统同真实系统具有较好的相似性。

　　工程上阻尼的测试方法很多,主要有时域响应法和频域识别法。前者包括自由响应法和稳态响应法,适于小阻尼系统,本系统阻尼很大,时域响应法在精度上不很理想,未被采用。频响法回避了响应幅值与相角的测量,只需测量稳定性和重复性都较好的功率谱密度函数,直接获得有关参数,所以采用此方法。