新型高阻尼减振器的设计与分析

新型高阻尼减振器的设计与分析

目前，国内生产的填充机枪一般没有采取减少振动和衰减振动措施。一些国外的新儒家领导人采用了一种新的高衰减衰减器，但与通常使用的全球箱式结构装置之前，没有采取衰减衰减措施。陈天宁等研究了用来增加机架结构系统阻尼的豆包消振器。老式金属弹簧或橡胶减振器存在一些缺陷,其阻尼小,一般共振放大系数多在10倍以上,在达到共振时产生过度的振动响应,造成振动故障。在经受振动、冲击激励时,振动能量往往表现为动能与势能长时间的往复转换,不能迅速耗散掉,以致在较长时间的振动作用中产生结构损伤或功能降低次数累积。经编机用新型高阻尼减振器由高阻尼橡胶和特种弹簧共同组成,安装于经编机地脚,其主要特性是共振放大系数低,阻尼系数大,能有效隔离机械振动和经编机整体振动对地面的影响。1动力特性分析由于经编机在工作时产生强烈的振动,加上其特有的结构形式,无法把整台机器简化为单自由度系统或双自由度系统进行计算。为了得到整台机器的固有频率,采用了有限元分析软件ANSYS。首先应建立该装置的实体模型,建模依据ANSYS程序中所用的动力分析类型,有限元系统的通用运动方程为:式中:[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{ü}为节点加速度向量;{ú}为节点速度向量;{u}为节点位移向量;{F}为载荷向量;t为时间。对自振特性的分析是进行动力响应计算的基础,其自振性包括自振频率和主振型。在利用振型叠加法和逐步积分求解体系的动力响应时,必须考虑前几阶自振频率和相应振型。系统的振动特性在很大程度上取决于它本身的动力特性,在一般的设计计算中,应选择合理的计算简图,进行简化分析,此类较复杂的体系通常存在着一些难以预计的因素。在ANSYS5.6软件上建立经编机的实体模型,在模型几何形状建立后,设置关键点,确定单元属性,设置控制参数,控制生成所需的网格化有限元模型并进行调整。符合要求后对模型施加边界条件及约束议程,即可加载求解,得到整台机器的固有频率。经编机前10阶固有周期和固有频率见表1。2减速器设计2.1结构形状经编机用新型高阻尼减振器的结构外形见图1。2.2橡胶的阻尼特性橡胶是一种非线性的弹性材料,没有恒定的刚度,通常在额定负载附近有一近似值。在这一负载范围内,其静变位等于负载除以其近似刚度,一般与实际静变位相差不大,随着负载减小,其刚度也相应减小。由于橡胶具有明显的弹性后效现象,所以它具有较大的阻尼,这对于减小共振所产生的不良影响,以及对突然冲击和高频振动的吸收均具有良好的效果。如图1所示,橡胶块A主要提供纵向阻尼,橡胶圈B提供周向阻尼。而且由于橡胶具有一定刚度,所以减振器可以隔离6个自由度的振动,适用于具有复杂振动情况的机械使用。金属弹簧非常线性,除了阻尼很小外,其力学性能稳定,可根据预定参数进行精确设计计算,制造也很方便。利用特种金属弹簧,根据设计要求,计算出刚度系数,它主要起纵向减振和支撑作用。2.3橡胶圈b胶料配方和胶圈形状检测为了得到最佳的减振效果,我们在进行了反复的探索实验后,对橡胶圈B所用的胶料配方和胶圈形状进行了正交实验设计,确定了影响材料阻尼和刚性的几种重要因素,最终得出了胶料配方和胶圈形状,通过检测,符合设计标准。2.4基于anasas设计的地脚优化设计ANSYS软件有强大的优化设计功能,同时提供了随机生成工具、搜索生成工具、因子计算工具和梯度工具。这四种工具可用于研究整个设计,或通过这些工具得到指定数目的可行设计组,并以此作为优化的初始解,寻找全局满意解。把减振器安装于经编机的地脚,采用ANSYS设计优化,以减振器的弹性系数和阻尼系数作为设计变量,地脚的动态力作为状态变量,地脚的位移作为目标函数,具体做法见图2。在ANSYS设计优化中,为求出目标函数最小值,反复修订设计变量参数项(在定义好的工程准则内),便可得到最佳优化弹性系数和阻尼系数。2.5高阻尼减振器性能减振器动特性测试系统框图见图3,试验结果表明,隔振效果达到预期水平。主要性能指标阻尼系数ξ>0.2共振放大系数Q<3.0工作温度-55～100℃(完全适合于纺织厂环境)固有频率20～30Hz抗冲击过载>25kg/15s额定载荷1000～4000N经编机用新型高阻尼减振器可有效隔离纵向、横向振动及三个方向的扭转振