减振垫铁的基本原理及典型结构

(. 重块 %. #!2&312&4 力传感器 ). 敲击锤 ’. #!2’3&5&1 力信号电荷放大器 4. !6 7 /%& 668 分析仪 1. 9#:’:4; 绘图仪 :. 2<=%1)4 振动信号电荷放大器 3. 2<=’):& 加速度传感器 /. 支撑钢架 (&. 减振垫铁
大的材料内压， 缩短垫铁的使用寿命。 参考文献： * ( + 马大猷 , 噪声与振动控制工程手册 * - + , 北京： 机械工业出版社， %&&%. /, * % + 王义民 , 防振垫铁与卧式车床的稳定性 * 0 + , 制 造技术与机床， %&&). 1, * ) + 王义民 , 机床防振垫铁的选用 * 0 + , 制造技术与 机床， (///. ((,
) —上盖板 ’ —压环 ( —腰环 * —橡胶垫
! —橡胶囊 + —下盖板
图!
) —上块 ! —下块 ’ —契块 ( —螺栓 ) —上块 ! —下块 ’ —契块 ( —螺栓
囊式空气弹簧减振器
(6 橡胶减振垫 橡胶减振垫就是完全用橡胶材料制成板状结构，垫 附于设备底部，起到减振和隔振的作用。由于板状结构 的承载面积过大，导致橡胶板的工作频率过高，而难以 起到很好的隔振效果，于是又开发了如图 % 所示的橡胶 减振垫。该类橡胶减振垫除了降低了橡胶板的工作频率 外， 还拥有不同的工作频率区。如低载时， 只有突起较高 的小圆柱橡胶承载，而加载到一定程度时，突起较低的 大圆柱才参予承载。 *6 减振螺栓 减振螺栓不仅用于较轻设备的底部，起减振的作 用；还可用于电动机与主机或主机与墙体之间的连接 等， 以起到减少振源传播的作用。见图 &。
率比之间的关系。
为， 对振动进行有效控制的阻尼比 ! 的最小值为 &/ &,。 由下表可以看出， 橡胶是比较理想的材料。
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’()*+,)-)( .+/ ,*(0+1213)(.2 /*4*2156*+, 注意的一个问题。
) —螺栓 ’ —螺母 ! —垫圈 ( —设备 * —平台 + —固定螺母 , —底衬 - —橡胶
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KLMN LC:JO<7:P QMRS T5:O6U=:J 减振垫铁除了有传统垫铁的作用外，还有减振的效 用。而垫铁的联接或隔离振动作用则要看设备本身的状 况和地基状况，如果有比较好的地基，则可以通过刚性 垫铁， 使设备与地基固联， 以增加设备质量， 降低设备重 心。如果设备本身具有较好的动态性能，则可以通过减 振垫铁，使设备与地面实现弹性联接，以减少振动的相 互传递。 一、 减振基本原理 在着重研究减振垫铁的作用时， 可以将整台设备看着 是一个整体， 于是整个系统可简化成如图 ! 所示的单自由 度振动系统。由动力学知识可知， 该系统的固有频率为： DV ( %! ! " 3(4 式中： — 垫铁刚度值 3 R X I 4 W—— — 设备的质量 3 WJ 4 I—— 控制震动的有效手 段有两个，一是控制固有 频率，另一种就是控制阻 尼。为了有效地隔离振 图! 单自由度振动系统 动，常在垫铁的结构中附 加高阻尼材料，通常认 图" 传递率与频率比的关系 由图 " 可以看出： 输入的振动等于输 ( 4 在非常低的频率区 3 D> X D:#( 4 ， 出的振动 3 传递率等于 ( 4 ，输入的位移基本上等于输出 的位移。 % 4 在固有频率区 3 D> X D:$( 4 ，系统的运动处于共振 区。 由式 3 % 4 可以看出， 此时如果忽略阻尼的存在， 即!V 则传递率 * 将接近无穷大。随着阻尼的增大， 共振处 &， 的传递率将减小，当然所有的真实系统总是具有一定的 式中：*—— — 传递率 MCBA—— — 系统输出的能量 3 传 — 进入系统的能量 3 干扰力 4 — 阻 递的力 4 !—— M7:—— 尼比 — 干扰频率 D:—— — 固有频率 D>—— 图 " 给出了在不同的阻尼比的条件下，传递率与频 3%4 一个隔振系统的性能可以用系统的传递率来描述， 即系统的输出能量与系统的进入能量之比。
*+,-./,0,+ 1.2 /-+3.4546,+15 2-7-5489-./
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减振垫铁的基本原理及典型结构
赵宏林 !， 王燕生 "
# !$ 石油大学 # 北京 % 机电学院，北京 摘 意的问题。 关键词： 减振垫铁； 结构； 承载特性； 固有频率 中图分类号： *+,-, . / ( 文献标识码： + 文章编号： (&&0 1 ,-22 3 %&&’ 4 &( 1 &&%) 1 &!&""’(；"$ 北京市长城机床附件厂，北京 !&""&) % 要：文章介绍了减振垫铁的减振原理和几种典型结构，分析了其承载特性和频率特征，提出了应用中应注
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橡胶减振垫
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减振垫铁单件静承载特性
图$ 三wenku.baidu.com 性能试验
减振螺栓 图 !! 减振垫铁频率特性
试验方法为： 在由 ’ 个垫铁支撑的钢架上， 加上不同 的重块，并用锤击法测量其振动的固有频率，以此来确定 垫铁在不同负载下的振动频率。图 % 为试验原理图。各种 弹性减振垫铁的承载特性和垂向固有频率特性分别见图 由图 !" 和图 !! 可以看出： 水平调整式减振垫 !" 和图 !!。 铁具有较大的承载范围和适中的固有频率， 再加上调整使 用方便、 成本低， 故具有广泛的应用； 囊式空气弹簧减振器 具有较低的固有频率， 可以有效地隔离频率较低的振动。 需要说明的是，弹性减振垫铁的承载特性和垂向固 有频率特性既与垫铁的结构形式和结构尺寸有关，也与 橡胶材料及其硬度有关。
图"
刚性垫铁
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契块式弹性垫铁
’6 水平调整式减振垫铁 水平调整式减振垫铁的结构见图 $。这类垫铁是目 前应用最为广泛的一种。设备的地脚放置于平台 * 上， 当调整螺栓 ) 时，平台 * 与底衬 , 之间的距离就会发生 变化， 由此可调整设备底座的垂向高度， 调整完毕后， 再 旋紧螺母 ’ 进行固定。由于橡胶层比较厚， 承载面积小， 因此， 该种垫铁具有固有频率适中、 使用方便、 成本较低 等特点，但也有长时间使用后会发生蠕变，需定期进行 重新调整等缺点。另外，橡胶的耐油性和老化也是必须
围，还要注意设备本身应该具有刚性较好的主体结构，两 者相互配合才能达到比较理想的减振效果， 千万不可认为 有了弹性减振垫铁， 就可将减振的所有问题都交给减振垫 铁去处理，如果不注意提高设备本身的刚性，有时会适得 其反。 弹性减振垫铁的承载特性和固有频率特性既与垫铁 的结构形式和结构尺寸有关，也与橡胶材料及其硬度有 关。 在使用过程中要根据设备本身的结构特点和动态特性 选用承载范围和固有频率都比较合适的弹性垫铁。 同时在 使用过程中应充分注意橡胶的老化和蠕变、 空气的泄漏等 弹性垫铁所特有的问题， 做到及时检查、 及时调整。 弹性减振垫铁本身具有一定范围的承载能力，但并 不是说在承载能力范围内垫铁的减振效果都是一样的， 因此在实际使用中还必须选用理想的载荷，如果载荷太 小，垫铁就会有较高的固有频率，从而降低了隔振的功 能； 而超载的弹性垫铁， 会失去双向弹性作用， 同样起不 到应有的隔振效果，不仅如此，还会由于超载而引起过
内阻尼， 因此在真实系统中不可能存在 ! . " 的情况， 但 由此也证明了阻尼的重要性。如果隔振垫铁的工作频率 接近于机床系统的固有频率，或隔振垫铁的阻尼太小， 就会因为能量放大而带来许多问题，甚至会对机构设备 带来灾难性的损伤。 则传递率再 ! / 如果频率比等于 ’ 0 即 12 3 14 . ’ / ， 这就是所谓的交叉频率。 低于此频率的区 一次下降到 )， 域称为放大区， 其传递率大于 ) ； 超过此频率的区域称为 隔振区， 其传递率小于 )。作为减振垫铁， 应该起到减振 与隔振的作用，所以应努力使 12 3 14 5 ’ ，为了使隔振效 果明显， 一般取 12 3 14 %’。 二、 弹性减振垫铁的结构 减振垫铁的种类很多， 也是目前国内外比较常用的垫 铁。 它们都有一个共同特点， 即在刚性结构上都附加了弹 性材料或阻尼材料， 最常见的就是橡胶和阻尼胶。 由于这 类垫铁发展很快， 使其在减振与隔振方面发挥了重要作 用， 所以其应用场合已不仅仅局限于设备的地脚处， 还经 常用于振源与主体结构之间 0 如电动机与主机的连接处 / 。 )6 契块式弹性垫铁 图 " 为钢性垫铁，契块式弹性垫铁是在刚性垫铁的 基础上经过简单改进而来的， 其基本结构见图 #。 对比图 " 和图 #，可以发现契块式弹性垫铁与刚性垫铁的不同 点主要是在上块 ) 的上部及下块 ! 的下部都附加了整块 的橡胶材料。其调整水平的动作原理与刚性垫铁相同。 这种垫铁的特点是刚性较强，承载能力较大，并具有一 定的减振效果。
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水平调整式减振垫铁
!6 囊式空气弹簧减振器 在气囊内充入一定压力的气体，由气囊起到支撑设 其垂向高度的调整可以通过气体压力 备的作用， 见图 !。 做微调。 为了安全起见， 在气囊内放置了安全支撑。 显然 这种减振器具有固有频率低的特点，能有效隔离较低的 振动频率，多用于精密设备的隔振中。但也有可调高度 小、 需要定期检查气体的泄漏等问题。
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图% 四、 结束语
垫铁振动特性试验原理图
弹性减振垫铁是目前广泛使用的机械设备附件， 根据 减振的基本理论， 选用减振垫铁时不仅要求使设备本身的 固有频率与弹性垫铁的固有频率之比处于一个合适的范
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