一种基于变刚度原理的新型隔振器设计

　　传统的隔振器是以橡胶或金属弹簧为弹性体.以橡胶为弹性体的隔振器虽然阻尼大,但承载能力弱,对环境条件要求苛刻;以各种金属弹簧作为弹性体的隔振器,其最大优点是可以根据人们的要求设计制作成各种刚度的弹簧,承受载荷的能力强,但这种隔振器普遍存在着体积大、压缩量也大且几乎无阻尼的弱点.由于这些原因使得人们在选用传统隔振器时受到许多条件的限制,为了满足某些指标的要求常常不得不牺牲一些其它的性能要求,有时还会影响到机器设备的使用性能,因此人们迫切需要新型的隔振器.

　　按照传统的隔振设计思想,普通隔振系统的阻尼不宜过大.如果单是从谐振控制观点出发,希望增加系统的阻尼值,达到减小谐振传递率,限制谐振幅值.但是若从单纯隔振角度来说,阻尼值的增加会降低隔振效果.其通常的设计方法,一种是使系统的谐振频率尽量避开激励频率,以获得良好的隔振设计效果;另一种是当激励频率较宽,系统的谐振频率不能避开激励频率或者很难避开时,只能适当增加系统的阻尼值,使隔振系统既具有比较好的隔振效果,又兼顾到谐振控制,对谐振放大具有一定的控制能力.很显然这种作法无论是对谐振控制还是高频振动隔离,都不能达到最佳设计效果.

　　本文吸收橡胶隔振器高阻尼和弹簧隔振器高承载力的优点,根据变刚度原理设计了不但具备承受大载荷能力、压缩量小、阻尼大,而且隔振性能稳定、散热快、寿命长、受环境因素影响小的隔振器.这种新型隔振器利用了金属的优良弹性性能,又采取了增加阻尼的措施,它是以金属为弹性体的复合结构隔振器.

　　1 变刚度原理

　　在图1中ω,1<ωg<ω2.若系统仅以单刚度k运行时,共振频率为X1,响应曲线为abc;如果系统以单刚度k+k^/运行时,共振频率为ω2,响应曲线为ade.变刚度运行是指:当系统的共振频率为ω2时机器由低速运转逐渐转向高速运转,此时响应曲线为agd,当转速达到ωg时,将系统参数(通常是支承刚度)改变,使系统的共振频率成为ω1,此时其响应曲线变为bgc.这样,机器在整个运转过程中的响应曲线便成为agc,大大地低于原来各自单频率运行时的响应值[1].

　　要达到变刚度运行的目的,必须有可快速改变系统刚度的措施,改变的方法很多,一般来说都是以主动控制来实现的.根据研究任务的要求,不采用有源控制的方法,而是通过特定的隔振器结构自适应地改变系统的刚度,以实现变刚度运行.

　　2 设计方案

　　本文以柴油机作为研究对象,对其运转中产生的不平衡力引起的振动进行隔离.柴油机一般都很大、很重,并且是长时间连续工作,因此要解决的问题是:¹从起动到稳定工作过程中(0~10Hz)的谐振抑制;º稳定工作阶段(6~10Hz)隔振效果要好;»隔振系统要具备足够的刚性和尽可能小的静位移,以使柴油机本身的位移小,能够可靠地工作.