(完整版)减震器选型方法

1、隔振器自身的刚度作用是在振动时会产生一个与振动位移成正比的恢复力，同时隔振器自身阻尼的作用是在振动时会产生一个和振动速度成正比的阻尼力。在被动隔振中，良好的隔振设计可使大部分的基座或基础运动都由隔振器来吸收，即隔振的目的就是减少振动的传递率使基座或基础的运动干扰尽量不向被保护的仪器或设备传播，并使仪器或设备的振动响应尽量保持最小。隔振器最终的设计应该使隔振系统的固有频率低，有可变的阻尼特性，使系统既不会有显著的共振放大，同时又有良好的隔振效率，而且抗冲击性能和稳定性要好，因此，在设计隔振器的阻尼时应同时考虑隔振系统的隔振效率和共振放大率，而隔振器的设计就是要适当选择系统隔振器的阻尼及刚度橡胶村

2、料的阻尼比g值橡胶垫由于自身安装比较方便，形状可以根据需求制作，因此，微捷联惯组的隔振器尺寸是根据惯组的实际安装尺寸来设计车载环境中振动噪声主要是巢中在JOHz«120Hz以及更商的频率段，根再减掘原理，耍想隔离掉lOHzih的掘动噪声，就必须使隔振泵统的固有频率在以下，即由隔振传递率曲线可知当滋掘频率与固有频率的比丈于J5时才会有隔振效果，而在实际工程中一般取该频率比为2弘4$所以系统的固有频率的范圉是2Hz«4Hk.同样隔离10Hz以上的振动嗓声时系统的固有频率确定的方法同上，即在一定范围内，所设计的隔振系统的固有频率的值越低，振动噪声被隔离的频段就越宽，圉此，在设计隔

3、掘系统时应使隔振系统的固K瘫率尽屋備低微捷联惯纽和获安裝支架的总质量大约足500呂圧右*因此，耍采用四组对称武的安装方武，每组隔振器的平均承重质量应该是1N以上，即每组的隔振器承重的质皐是在12宠以上通过以上分析，结合试捷联惯组的实际尺寸最终确定的隔振系统的隔振黠的结构及实际尺寸如图玉厅所示，为了使惯组在各个方血卜解耦，选择了四细硅橡胶垫，每组橡t仿貞.結果隔振结构的閑有皴呼来看隔振系统的-阶尚有频率.为6SC4Hz“掘割如图4.4仏)所示.惯性幼洽在垂国方问上即沿Y轴产生f线振动：隔振系统的二阶囲有频率为66.796Hz,振犁如上图4.4(b)所示，惯性组合沿轴产生了线振动；隔振系统的三阶固

4、有频率为66.86711,振型如上图斗.4(c)所示，惯性组佥沿£轴产生了线振动t由丁掘动耦合容易给系统引入伪运动倍号，从而会影响惯导系统的测矍粘丿匕因此避免或尽量减小振动耦合通常是捷联惯导系统隔振谀计的首要要求，仿真結果我明：杵线旅动输入飽惜况下，隔扼系统的前三阶固有频率为66Hz左右即在三轴上几平不存杆撮动幡合，nJ'以实现时筒频振功的有炮哀减°然血II以上千载环境振动噪声的特点可知，噪声主要集中在低频段，目前的隔振系统的结构.其存在的问题是各阶的固有频率偏高，对于车载环境振动噪声的隔离主要隔离的是中高频的噪声，对于低频段的噪声则不能隔离掉，因此就需要对隔振系统

5、的结构來进行优化设计。同时，由于车载环境中主要的噪声源是垂直方向上的噪声、因此在改进隔振系统的结构时，应该首先考虑隔离掉垂直方向上的噪声，这就要求垂宜方向上的同育城率耍相对减小，从而使其隔离的噪声频段變亂针对以上所设计的隔振系统存在的问题，首先考虑如何能便隔振系统的垂直方向上的固有频率降低.从而能使隔振系统能隔离掉更低频段的振动噪声。针对以上的隔振系统结构还存在一个问题是幅振器的安装方式在仿真过程中是可以直接来定史隔振器的固定面，从而达到最终的安装方式.同时，在之前设计中采取这种安装结构主要是園为这种隔振器的安装方式可以在各牛方向能实现振动解耦，然而在实际的结樹设计中，这种安裝方式在车载环境中

6、还是很不方便.尽管它具有以上所述的各种优点考虑剁乖选择隔振方式时,应闻先保证貝有定够的隔振效果,同时还力求经济合理,构造简单，施工安装和检修方梗；并尽可能降低隔振体萦的质量中心，以减小水平一揺捋振动，曰询隔振方式主更冇四种，而以上设计的隔振系统结构上翌采用足实中的悬挂兼支桑式隔报，由于这种绪构构造复杂，不方便安装等.因此，在结构改进上首先是改进隔振器的安装方式，其它三种安装方式有；支承式隔振、悬挂式隔振以及地面屏障隔振及隔振洶，其中，支承式隔振是隔离竖向振动的主墓隔振寿式，其它两种方式都是在特殊情况下用戸"经以上分析，首先是把隔振器的安装方武改进为支承忒隔振，相应的隔振器也需要变化，

7、经过调研，决定采用YJ山型精密器件全向隔振器，其单只襁载重量符合微捷联惯组隔振系统的平均承载重量，同时也适合支承式的安装方式。隔振器的给构尺寸如图4.所示：在改进后的徹觸纽隔振系统仿真中，也以图斗.7可知，系统的第-阶囲有颇率11.826Hz.仿真计算得到隔振系统的一阶振型是沿£轴产生的线振动；系统的第二阶固有频率11.831Hz,仿真计算得到隔振系统的二阶振型是沿轴产生的线振动；系统的第-阶同有频率24,296Hz，仍真计算得到隔據系统的-险振型是沿垂直方向h.lKJY轴产虫的线振动。从以上各向囲有频率的大小可知.改进后的隔振系统在X轴和¥轴的振动是相互独立的，这两牛方向

8、星不存在振动耦合的，而Y轴和X轴之间以及Y轴和N轴之间的振动是存在振动耦合的虽然改进前的隔振嘉统三轴的振动是相互独立的.但是改进后各个轴向的囲有频率相对改进前足减小的，有效的提高了微惯组隔振系统的隔离嗥声的悄宽隔振乘统的结构进荐改进后再进行分析IIW，耳次经过分析验证.虽然改进后的隔振系统比起改进前的隔振系统在各个方向上是存在振动耦台的，但改谜后的隔振奈统第构各阶固有频率都相对改谨前减小了.从冊能隔离掉更低频率的振动噪声.增加丁隔振系统的隔离噪声的带宽:2动刚度2.2隔振希性能指标确定该IMU减振系统的振动性能指标耍求为：共振放大率1<3.5-固有频率介于90700Hz,由四个隔振器支撑

9、.IMU质量为1.7kg,假设每个隔振器均匀承载.则每个隔振器的承载载荷为4.105N,下而通过理论计算，初步确定隔振器的刚度和阻尼比范围.2.2.1隔振器的理论阻尼比确定由设计指标知隔掘器共振放大率“勺儿共掘放大率计算公式如下：-(2.13.氏中.兑期烦和匕芒为阻龙比。由掘动理论耳知.y外界激振烦率芍系统问有频率相等时，系统会发生共振*即当九阳1时，<3.5,带入上式求得>0.156,初步选定=0.16o222隔振器动刚度确定曲怖宵肠率介于90-lOOHz由隔扼器询有频率让覓公式町得隔振器的动刖度。若被隔振设备的总重鼠为M系统的固有频率为/；制振器数忖为小如呆埒个隔振器康栽均匀.

10、则隔振器在垂直方冋的动刖度知u/%血上式可计算得到隔振器动刚度介于135.9N/nmi-167.8Nhm之间*初步选定动刖度为147N/nniK通过分折结果，可以看Pr1-6阶模态振剋为IMU整休振动.分别为六个自由度方向上的平动和转动，也即是系统振动在六个自由度方向是完全解耦的。7至H阶模态振型为隔振器的局部变形丿巧阶模态频率在56.67-189.53Z间，而该IMU使用的陀螺抖动频率在600Hz-800Hz左右，聂大转动角运动模态频率为Z轴转动固有频率,数值为1S9.33HZ,也即是陀螺抖动频率在隔振区内*不会出那共振现象，从而该减振索统満足减振要求；同时，由表4.1可见索统三个自由度方向

11、上的移动固有频率基本相等，说明隔振器在三个方向的刚度是近似相等的，也进步地验证了优化设计的正确性；转动固有频率相隔较远，避免了由角振动相互耦合而(致IMU产生圆惟运动的可能口3.孙辉个安装点的减振器沿Z轴方向刚度和阻尼取值相同.所以，Cz=斗匚*Kz=斗Kt以惯性导航系统相对于基座的均方根位移c天=Je点）<亦为约束条件*模性导航系统质售沿z轴方向的加速度均方根屯二J恵）最小为日标函数，刚度和阳.尼儘作为设计变最对祭统进行优化。其数学表达式为millcr=£（Z2）s.t,%=E3：）<2/7/fj/10m/s2百Kg兰7000檢J，0.05<0.5（3-44）川|

12、，匚-2八需亍，计别农例山约麻优化打怎，汉：役虚门4皆汽疱址化问题转化为无约束优化问题，然后用子问题模型法（Sub-problem）进行优化。设迭代:吹数最峯为30次，日标函数误莖耕度为0,00k迭代15次后冯剑最忧解*迭代过程见衣3-2.加速度响应的功率谱密度和激励的功率谱密度曲线如图3寻所示，目标函数加速境均方根变化曲线如圏3一4所示.将减振器阻尼和沿Z向刚度值<二0.43,瓦二6309代入*设置沿X轴、F轴方向刚度值的范围为1000焙小<<7000/?°选取刚度范围内枉意值.即可求出与之相对应的*系统受到沿疋向加速.度激励时，产生的沿卞向相对位移、角位移叫的均

13、方值和线加速度沐角加速度就的均方根，以及系统受到沿工向加速度激励时，产生的沿y向相对位移角位移輕的均方值利线加速度亍的均方根.为寻求沿X轴、F轴方向刚度值的最优解，以这两个变量为设计变量,茶统产生加线加速度均方根和埔速度均方根中的最大值最小为目标函数相对位移小于加沖为的束条件，対系统进行优化亠英数学表达式如下s.t.6=、jE2：、<2期丹6,=JE、<2mm1000铭/52<K<7000册/X1D00耀WKy兰7000/（3.44）蔑中*6二扼话、叮Qe（迸）、%“EdL=Je（好）、4.捷联惯导系统振动控制技术研究_袁军锋解方程式口i)nr得到从被减振设备传递到基础

14、上去的传递力幅值厶同干扰力命值尤之比.7%/尢为力的传邇率或称为振切传珈率八H表达式为：式中n为频率比，2=缴、为激抵频率和减掘系统的固有烦率；扌为阻尼比*消极隔振的振源足棊础的旅动，减振敕杲用设备减振后的振幅(或振动速度、加速度)与掘源振幅(或振劫速度、加速度)的比值T表示也称减撮系数、若振源为棊础的垂直简谐振动用=月引门胡，求得的计算式公式(N12完全相同；当叙时，r«i即严漩振系统的風有频率远人干激振颇率时*没有诚振效(2):"|恥1旳？丄】即片减振系統的闻何频率与激振频净相近时，不但没有减振效果用且逋过诚拡器把掘动放大，增大阻尼叮以械小机器启功和停止过程中经过这个具

15、掘区时的最人掘棉：(3)"jA)-2时-，无论阻尼大小部有减振敷果，1加且融频率比丸的増拥减抿效果増加，在实际应用中般取2.5-5o从上述图功的仿虞结果可舞看出系统的-阶振型固有频率为.O32Hz,惯组摸型沿Z轴线掘瑙U阶孤里同胃频率为29.652Hz,惯级摸里沿Y轴线孤动，二阶掘型固有频率46.771Hz,惯组模型沿X轴角振动.四阶振型固有频86.311Hz,惯组模型沿Y轴的线振动。仿真的结杲表明：在上述隔振模式下，迟轴的线振动与K轴的角振动是相互耦合餉，而Y轴的线掘动打角振动妊独立的.隔振器的种类很翁，但是针对以上嘤求，应用于像捷联惯导系统这样的精密仪器设备的閘振器是冇限的。目询，市场上可供选用隔振器件有金属弹簧隔振器、橡胶隔振器、橡胶隔掠垫.海绵乳胶、空气弹竇隔捉器聲°