隔振器
關注創建者：honeybaby 創建時間：2016-07-19
隔振器的實例教程
高超聲速飛行器在飛行過程承受嚴酷的振動環境，高量級的振動會使設備發生功能失效，甚至發生災難性后果。NASA在上世紀70年代對歷次航天發射事件進行了統計，結果表明振動環境是導致飛行失利最重要的因素之一。為保證振動環境下的裝備性能，利用隔振器將裝備與動態激勵隔離是振動環境適應性設計最簡單、有效的方法之一。本文將介紹一類高性能新型隔振器——準零剛度隔振器的發展現狀和設計方案。
線性隔振理論表明，只有當激勵頻率大于√2倍固有頻率時，系統才有隔振效果。隔振系統中隔振器的壓縮量（平衡位置靜位移）受到安裝空間的約束和側向穩定性需求的限制，因此若要提高承載能力需要隔振器具有較高剛度，然而高剛度又勢必導致較高的固有頻率。高承載能力和低固有頻率之間的矛盾成為被動隔振技術發展的瓶頸，而低頻隔振尤其是重型設備的低頻隔振也一直是被動隔振的難點問題。
具有高靜低動剛度特性的隔振器具有隨壓縮量變化的剛度，在零負載時，隔振器具有大靜剛度（承載剛度）以確保高承載能力和小靜位移，當負載壓縮隔振器至靜平衡位置時，隔振器動剛度大幅降低，因此該類隔振器兼顧高承載能力和低固有頻率，有效解決了被動隔振的瓶頸問題。準零剛度隔振器即為一類非常有代表性的具有高靜低動剛度特性的隔振器。顧名思義，準零剛度隔振器即為動剛度接近于零的隔振器，目前常見如下三種設計形式：
一是將負剛度機構并聯到正剛度系統中實現準零剛度；
二是利用特定形狀的結構力-形變之間的非線性關系實現準零剛度；
三是采用全新的隔振機理。
展開 隔振器是連接設備和基礎的彈性元件，用以減少和消除由設備傳遞到基礎的，振動力和由基礎傳遞到設備的振動。
鋼繃簧隔振器
從重達數百噸的設施到輕盈的精細儀表都能夠使用鋼繃簧隔振器，一般用正在動態緊縮量大于 5厘米的中央或者許用正在量度和其余條件環境沒有允許采納橡膠等資料的中央。這種隔振器的長處是：①動態緊縮量大，固有頻次低，廣播段隔振優良；②耐受油、水和溶劑等腐蝕，沒有受量度變遷的反應；③沒有會老化或者蠕變；④少量消費時特點變遷很小。其缺欠是：①自身阻尼極小（阻尼比約0.005），致使共振時傳送率無比大;②高頻時簡單沿鋼絲傳送振動；③簡單發生搖曳活動，因此常須加上外阻尼（如非金屬絲、橡膠、毛氈等，見圖1，b）和惰性塊。
鋼繃簧有電鉆形、碟形、環形和板形等，電鉆形繃簧使用最廣。給定其固有頻次后，由打算單個繃簧的垂向勁度K（N/m即牛頓每米）。
鋼絲繩減震器
此類減振器能順應古代化財物對于振動沖鋒陷陣和噪音掌握技能的嚴厲請求，是一種存正在優質的振動和沖鋒陷陣功能的新式貨物，可無效地升高構造噪音。存正在多向慣性變形、非線性硬化型剛剛度、運用與存儲便當、分量輕等長處。
非金屬橡膠隔振器
使用此隔振器時，須考慮列要素：①能需要所需的隔振量；②能接受規則的負載；③能接受量度和其余條件環境（濕度、侵蝕性流體等）的變遷；④存正在定然的隔振特點；⑤滿意使用隔振器的設施對于隔振器分量和容積的請求。
激起頻次低于品質（設施）繃簧零碎的固有頻次時，隔振器沒有起隔抖擻用；激起頻次與固有頻次近似時，振動就會縮小;只要當激起頻次大于固有頻次的匇倍時,隔振器才有隔振成效。一般請求激起頻次大于固有頻次的2～3倍，再不失掉優良的隔振成效。粘性阻尼單自正在度的隔振零碎，當疏忽阻尼時，固有頻次 式中K為隔振器的力勁，m為隔振器下面的集總品質。
展開 通過公式（5）可計算得到損耗因子η，再通過公式（6）可計算得到隔振器的動剛度：
當共振頻率接近設備最高工作頻率時，無法獲取無因次位移響應系數曲線的情況下，記錄系統質量絕對位移隨頻率變化曲線，分別讀取共振點、半功率點（0.707倍峰值）對應的頻率值，如圖4所示。此時損耗因子η可按公式（7）求解。但需注意，半功率法僅適用于小阻尼隔振器。
圖4 半功率法響應系數曲線
02
橢圓法
橢圓法是采用疲勞試驗機來對隔振器進行激振，通過力傳感器測得隔振器的輸入力和傳遞力，通過位移傳感器測得隔振器的輸入位移和基礎位移，再通過計算求得隔振器的動態參數。當采用較低頻率進行激勵時，可以不考慮振動系統慣性力的影響。隔振器的動態性能測試系統安裝示意圖見圖5。
圖5 橢圓法測試系統示意圖
根據隔振器使用安裝狀態和承載方向，通過設計試驗夾具，使隔振器底部固定；隔振器頂部通過螺紋與試驗機連接。如圖5所示，安裝布置力傳感器、位移傳感器和加速度傳感器，其中力傳感器布置在隔振器輸入端。在 激振力輸入點和輸出點附近安裝位移傳感器或者加速度傳感器，測量隔振器的輸入位移和基礎位移。
展開 水泵隔振降噪—鋼絲繩隔振器
鋼絲繩隔振器是由鋼絲繩繞成螺旋狀并固定在沿螺母布置的兩塊金屬板之間制作而成的。它是一種具有非線性特性和干摩擦阻尼的新型隔振器，采用多股鋼絲按一定方向纏繞而成的鋼絲繩作為彈性元件，具有明顯的遲滯特性，其能量耗散來源于鋼絲間的摩擦、擠壓、滑移。
JGX-2228D-1250B鋼絲繩隔振器是JGX-2228系列鋼絲繩隔振器中的一種型號，該型號由直徑22.2mm的鋼絲繩沿著上下兩個夾板繞制8圈而成，能夠承受的最大靜載荷為1250kg，具有耐腐蝕、耐沖擊、耐高低溫等性能，適用于機載、車載、艦載等電子、機械設備、計算機與儀器儀表的隔振緩沖，導彈衛星的運載、導航與發射系統的安全防護以及高低溫、化學污染等惡劣環境下機械、電子設備與設施的隔振緩沖等方面。
命名方式
尺寸表
型號
單重（kg）
安裝方式
通孔（mm）
螺紋（mm）
沉孔（°）
JGX-2228D-1250B
8.4
C,D
Φ13.5+0.13 -0.38
M12×1.75
90
結構圖
安裝方式
展開 起重機隔振降噪—JGX-1278S-176B型鋼絲繩隔振器
鋼絲繩隔振器是由鋼絲繩繞成螺旋狀并固定在沿螺母布置的兩塊金屬板之間制作而成的。它是一種具有非線性特性和干摩擦阻尼的新型隔振器，采用多股鋼絲按一定方向纏繞而成的鋼絲繩作為彈性元件，具有明顯的遲滯特性，其能量耗散來源于鋼絲間的摩擦、擠壓、滑移。
JGX-1278S-176B鋼絲繩隔振器是JGX-1278系列鋼絲繩隔振器中的一種型號，該型號由直徑12.7mm的鋼絲繩沿著上下兩個夾板繞制8圈而成，能夠承受的最大靜載荷為176kg，具有耐腐蝕、耐沖擊、耐高低溫等性能，適用于機載、車載、艦載等電子、機械設備、計算機與儀器儀表的隔振緩沖，導彈衛星的運載、導航與發射系統的安全防護以及高低溫、化學污染等惡劣環境下機械、電子設備與設施的隔振緩沖等方面。
尺寸表
型號
單重（kg）
安裝方式
通孔（mm）
螺紋（mm）
沉孔（°）
JGX-1278S-176B
2.7
A,B,C,D,E,S
Φ9..0＋0.13~φ9.0-0.38
M8×1.25
90
結構圖
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若振動超標，檢查是否存在螺栓松動（重新緊固）或地面共振（加裝隔振器）。
4. 清潔與記錄
清理平臺表面的金屬屑、灰塵，在T型槽內涂抹少量潤滑脂保持靈活；將所有安裝調試數據記錄歸檔，形成設備檔案備查。
四、關鍵注意事項
1.
工具與材料準備
安裝調試過程中常用的工具與材料包括：
水平檢測工具：框式水平儀或電子水平儀，精度要求0.01至0.02mm/m，用于水平度檢測
對中校準工具：激光對中儀，精度0.001mm，用于軸線對中校準
緊固工具：扭矩扳手，精度±3%，用于螺栓緊固控制
高度調節件：可調支撐腳或地腳螺栓，采用10.9級強度，調節范圍0至50mm
減振材料：減振橡膠墊或隔振器，厚度30至40mm
為了加速產品開發，Sumitomo Riko正在使用SimAI，基于以往生成的數據，訓練高性能橡膠產品（如隔振器和軟管）的AI模型，并且該過程中無需對幾何結構進行參數化處理。這種方法提供的AI模型，能夠在5分鐘內進行性能預測，相比傳統流程，其可為每個新設計節省超過1小時的處理時間，而且準確性可與高保真度仿真相媲美。
動剛度及阻尼測試
下面以腳墊隔振器軸向剛度測試為例基于振動臺的方法介紹動剛度及阻尼的獲取步驟。
1.測試
使用剛性夾具固定橡膠墊，確保僅受軸向載荷，模擬實際工況的預壓縮量，在橡膠墊頂部安裝已知質量塊（質量m），確保其剛性遠高于橡膠墊。在振動臺臺面（測點1）和質量塊（測點2）各安裝一個加速度傳感器，測量加速度信號a1(t)和a2(t)。
正弦駐留測試通常應用在飛機發動機葉片，發電渦輪機和隔振器上。
圖7 某部件葉片的共振疲勞試驗
5.4 經典沖擊
進行沖擊試驗是為了考核產品抵抗瞬間沖擊的能力，確保被測產品在物理上和功能上能夠承受在搬運、運輸和工作環境中遇到的瞬態沖擊。可用于沖擊試驗模擬的工況包括：功能性沖擊、運輸跌落、碰撞危險試驗、彈射器發射/降落等試驗工況。
由于彈簧剛度比傳統的橡膠隔振器更軟，發動機的振動在傳遞到傳動帶附件之前大多被吸收。由于所有附件幾乎沒有激勵，這導致了附件都具有非常小的振幅。
該產品雖然在尺寸上相當小，但包含一個由一系列部件組成的復雜機構，這些部件通過復雜的摩擦接觸而不是固定連接，相互傳遞動力。
由于彈簧剛度比傳統的橡膠隔振器更軟，發動機的振動在傳遞到傳動帶附件之前大多被吸收。由于所有附件幾乎沒有激勵，這導致了附件都具有非常小的振幅。
該產品雖然在尺寸上相當小，但包含一個由一系列部件組成的復雜機構，這些部件通過復雜的摩擦接觸而不是固定連接，相互傳遞動力。
由于彈簧剛度比傳統的橡膠隔振器更軟，發動機的振動在傳遞到傳動帶附件之前大多被吸收。由于所有附件幾乎沒有激勵，這導致了附件都具有非常小的振幅。
該產品雖然在尺寸上相當小，但包含一個由一系列部件組成的復雜機構，這些部件通過復雜的摩擦接觸而不是固定連接，相互傳遞動力。
根據振動理論， 振動傳遞率 與頻率 比的關系為：
式中：Tr——振動傳遞率 ；
FT0一——外部激勵力幅值，N；
F0一經過隔振器傳遞到被動側的穩態幅值，N；
ξ— — 阻尼比；
λ——激勵力頻率與系統頻率之比。
圖4 示出不同阻尼比及頻率比下振動傳遞曲線。
結合何小靜，上官文斌發表的《橡膠隔振器靜態力－ 位移關系計算方法》一文的研究結果表明，Mooney-Rivlin 模型的計算精度最高，其相對誤差均小于10%，所以本文采用M-R模型進行計算。50度膠料的M-R材料常數C10=0.2969，C01=0.0584。
3、剛度求解
3.1求解X方向剛度
按表 1要求，做如下設置：在Z方向先預載8mm，再在X向加載500N。
