非规则弹性片高静低动隔振器的设计与研究

摘要

近年来,随着工程机械、乘用交通工具等方面技术要求的不断提高,使得工业实践中隔振技术日益受到人们的重视。线性隔振器只有在激振频率明显高于隔振器固有频率情况下才有隔振作用,因此只能用于隔振环境相对温和的情况下。当处于极端环境干扰下,如冲击、冲击载荷、地面随机运动,他们的频谱中都含有部分危险的低频成分,以上恶劣环境可能导致隔振器过应力,甚至系统损坏。因此,研究适应环境能力更强的非线性隔振器是非常必要的。本文在总结前人对于隔振器设计经验积累的基础上,研究了高静刚度低动刚度隔振理论,设计并分析了一种新型的非线性隔振器。该隔振器具有良好的高静低动特性,隔振效果较好,通用性强。具体说来,本文的主要研究成果和结论如下:
　　1、借助于三弹簧理论,分析了斜置弹性片受力特性,采用非规则对称分布斜置弹性片代替水平和竖直弹簧。建立了基于势能函数的非规则弹性片数学模型,采用经验设计结合数值仿真的方法对总体结构进行参数优化。
　　2、设计并加工一套非线性高静低动隔振器,并开展了静力实验和位移传递率实验。通过静力实验,验证了该隔振器的力-位移曲线与理论值接近,取得了较好的高静低动效果。通过位移传递率试验获得了该隔振器的位移传递率曲线,结合试验结果对理论模型进行修正,使得理论曲线和实验结果基本吻合。经过与线性弹簧理论隔振性能进行对比知,设计加工的高静低动隔振器具备固有频率较低的特性,从而扩大了隔振区间;同时,高静低动隔振器具有更强的传递率衰减能力,可以有效隔离来自地基、底座等的振动,从而达到保护承载物的目的。
　　3、研究影响隔振性能的各参数并优化。具体来说:在其他因素相同的情况下,材料杨氏模量越大,其承载能力也越大;材料越厚承载能力越大;弹性片不适宜选择抗疲劳强度低的材料;材料太厚装配难度大,且在顶端颈部容易产生应力集中,严重时会造成结构损坏。结合数值仿真和试验结果我们最终得到弹性片厚度、材料杨氏模量、水平压缩量等参数的最优值。
　　4、结合静力学实验结果,建立了系统的动力学模型,推导出系统的动力学方程,其振动可以用杜芬方程描述;通过谐波平衡法得到了系统的近似解,用Runge-Kutta法求得方程数值解,分析了该系统的稳定性以及可能出现的分岔和跳跃现象。
　　5、弹性片布局为对称结构,有利于实验样机的安装,有利于提高结构的稳定性,从而提高实验及应用过程中的精度。弹簧片的位置可通过键槽螺栓联接来调节,从而可以根据应用环境调整隔振器的平衡位置,进而调整其额定负荷和隔振频率,提高了隔振器的通用性,并且可以进行不同参数的试验研究。

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第一章 绪论

1.1 研究的目的

1.2 国内外研究现状

1.3 前景展望

1.4 本文主要工作

第二章 高静低动隔振器的静力分析

2.1 引言

2.2 高静低动概念介绍

2.3 高静低动的理论实现-三弹簧模型

2.4 非规则弹性片结构分析

2.5 本章小结

第三章 高静低动隔振器的动力学分析

3.1 引言

3.2 方法介绍

3.3 对称分布几何反弹簧动力学分析

3.4 位移传递特性

3.5 总结

第四章 高静低动隔振器的实验研究

4.1 引言

4.2 静力学试验

4.3 位移传递率试验

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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