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1、減震橡膠知識及應(yīng)用一.緒論現(xiàn)實生活中振動無處不在,振動的現(xiàn)象是不容忽視也是不可缺少的,人們一直致力于振動的產(chǎn)生,控制和消除的研究,所有的物體的振動都會產(chǎn)生聲音,如果沒有振動就不會有音樂,人類也無法進(jìn)行語言交流了.但是振動也會對人們的生活產(chǎn)生許多不利的影響,如:共振會導(dǎo)致裝置的損壞,噪音會影響人類的生活環(huán)境等.怎樣將振動對人們產(chǎn)生的不利影響減到最小,是當(dāng)前減震技術(shù)發(fā)展和追求的方向.減震技術(shù)的核心是消除干擾性振動或找出解決的方法,現(xiàn)在比較適用和成熟的減震方法是橡膠減震系統(tǒng),早在橡膠應(yīng)用于工業(yè)之初,人們就使用了橡膠隔離來
2、進(jìn)行減震,但當(dāng)時還沒有有效的橡膠粘接技術(shù),橡膠在減震領(lǐng)域的應(yīng)用沒有獲得成功,隨著橡膠粘接技術(shù)的的發(fā)展和運(yùn)用,于1932年出現(xiàn)了最早的橡膠減震制品,使得減少底盤和引擎系統(tǒng)產(chǎn)生的振動成為可能,隨后越來越多的金屬和橡膠粘接的零件應(yīng)用于差速器、后軸等汽車驅(qū)動系統(tǒng),20世紀(jì)50年代起越來越多的發(fā)動機(jī)懸置得以應(yīng)用,早在1979年德國大眾成功地將液壓懸置應(yīng)用到發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng),使得減震技術(shù)得到很大的發(fā)展,現(xiàn)在人們正在研究可轉(zhuǎn)換裝置和主動裝置在工程上的實際應(yīng)用.二.減震橡膠基礎(chǔ)理論1.減震基礎(chǔ)當(dāng)沿重心軸方向?qū)ο鹉z裝置進(jìn)行碰撞會產(chǎn)生一
3、定頻率的振動,如果系統(tǒng)內(nèi)沒有外力作用,激發(fā)振動將逐步衰減,衰減的速度取決于橡膠材料的減幅,根據(jù)牛頓定律將得到下面公式:質(zhì)量+阻力+彈力=0若忽略減幅不計,可以得到橡膠的固有頻率如下:f0=1/2πc/mf0:固有頻率;c:彈簧剛度;m:質(zhì)量當(dāng)碰撞力遠(yuǎn)離重心橡膠裝置系統(tǒng)會在三個軸中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動,各自的角頻率為:ωD=cv/JωD:角頻率;cv:扭轉(zhuǎn)剛度;J:慣量彈性體在正常情況下都有將逐漸增強(qiáng)的共振減小到一定水平的特性,橡膠減震器的隔離減震效率等于激振頻率/固有頻率即:η=f/f0,當(dāng)η>2時,激振力將減少而且遠(yuǎn)不等
4、于固有頻率,橡膠減震器將起到隔離振動的效果,當(dāng)η=3時,減震效果將達(dá)到80%,也就是說僅有20%的激振振動在傳播.圖1振動傳遞示意圖26圖2彈性裝置隔離系統(tǒng)示意圖2.彈性裝置系統(tǒng)和線型彈性裝置系統(tǒng)的單自由度相比,立體系統(tǒng)擁有更多的自由度和可移動性,一個發(fā)動機(jī)懸置有三個直移和三個轉(zhuǎn)動的自由度,六個固有頻率需抵制共振使激振力減少到一定程度,該裝置系統(tǒng)主要是減少重心處的振動使之趨向于零,使不同方向的激振不再相互影響.該裝置系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是根據(jù)客戶的開發(fā)設(shè)想決定懸置布置的位置和懸置的剛度,使得所有的固有頻率遠(yuǎn)不等于干擾頻率
5、,最初的裝置主要是決定臨時的位置和剛度,最后安裝到車上時要考慮到發(fā)動機(jī)裝置子系統(tǒng)的相互作用,現(xiàn)在人們已能通過有限元分析軟件系統(tǒng)建立汽車整車模型,并通過計算機(jī)模擬進(jìn)行懸置的優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計時需考慮找到使舒適性和減少噪音的最好的折中方法,使得零件可以抵擋所有外力并使力的傳遞達(dá)到襖最小化,同時還需滿足零件的最大運(yùn)動和外界環(huán)境的要求.3.減震橡膠概要3.1減震橡膠的作用:代替金屬彈簧起到消振,吸振作用.其主要的性能要求在靜剛度、動剛度、耐久性能上.3.2減震橡膠的特點(diǎn):(與金屬彈簧相比膠)①橡膠是由多種材料相組合而成,同一種
6、形狀通過材料調(diào)整可以擁有不同的性能.②橡膠內(nèi)部分子之間的摩擦使它擁有一定的阻尼性能,即運(yùn)動的滯后性(受力過程中橡膠的變形滯后于橡膠的應(yīng)力).③橡膠在壓縮、剪切、拉伸過程中都會產(chǎn)生不同的彈性系數(shù).3.3減震橡膠的工作原理:①吸收振動:此類減震橡膠件主要是用于發(fā)動機(jī)與車身之間的連接,此狀態(tài)下發(fā)動機(jī)是振動源,減震橡膠的作用是吸收發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的振動,避免傳遞到車身上,同時也減輕發(fā)動機(jī)自身的振動.②消減振動:此類減震橡膠件主要是用于底盤與車身之間的連接,此狀態(tài)下底盤車輪是振動源,減震橡膠的作用是將路面與車輪產(chǎn)生的振動通過高阻尼
7、作用迅速消減,防止振動通過底盤傳遞到車身.4.減震橡膠的性能特征4.1靜剛度264.1.1靜剛度的定義:指減震橡膠在一定的位移范圍內(nèi),其所受壓力(或拉伸力)變化量與其位移變化量的比值.靜剛度的測定必須在一定的位移范圍內(nèi)測定,不同的位移范圍測定的靜剛度值是不同的,但有的廠家則要求整個位移范圍測定的變化曲線.下面以壓縮變形試驗為例說明減震橡膠與今屬彈簧的靜剛度的不同之處:圖3金屬彈簧壓縮載荷—位移曲線圖將金屬彈簧壓縮到彈簧彈性極限內(nèi)的一定范圍的位移量后,再將壓力緩慢勻速卸去,彈簧所受的載荷與位移量的關(guān)系如圖3所示呈線性
8、關(guān)系,在外力卸去后彈簧能夠回復(fù)到初始位置.圖4減震橡膠壓縮載荷—位移曲線圖將減震橡膠壓縮到一定范圍的位移量后,再將壓力緩慢勻速卸去,減震橡膠所受的載荷與位移量的關(guān)系如圖4所示呈非線性關(guān)系,在外力卸去后減震橡膠不能夠回復(fù)到初始位置,出現(xiàn)位移相對于載荷的滯后現(xiàn)象.從上面的試驗可以得出:橡膠的靜剛度是在一定的位移范圍內(nèi),其所受載荷變化量與其位移變化量的比值,位移范