钢丝绳隔振器性能研究
橡胶钢丝绳复合隔振器的试验
为 了准确 测试 复合 隔振 器 的传 递 率 以及 动 态特
性 ， 文采 用 了如 图 ２ 示 的振动 测试 系统 。 计试 本 所 设
验 台架 时 ， 了 防止 隔 振 器产 生 横 向位 移 会 对 试 验 为
结果 产 生影 响 ， 设计 并 加工 了夹 具 ， 其用 螺栓 固定 将
．
幅 值 和 橡 胶 材料 对 复 合 隔振 器 传 递 率 的影 响 ， 比较 了 复 合 隔 振 器 和 钢 丝 绳 隔 振 器 在 共 振 频 率 时 的 动 态 特 性 曲线 。 研究表明 ， 着隔振质量 、 随 激励 幅 值 和 橡 胶 阻 尼 的 增 加 ， 复合 隔 振 器 隔 振 区 的 频 带 变 宽 ， 传 递 率 下 降 明 显 。通 过 与 且 钢 丝 绳 隔振 器 的 动 态 特 性 曲 线 比较 表 明 ， 合 隔 振 器 在 共 振 区 可 以 吸 收 更 多 振 动 能 量 ， 振 效 果 较 钢 丝 绳 隔 振 器 复 隔
辽 宁 省 博 士 科 研 启 动 基 金 资 助项 目（ 号 ：０ ９ ０ ４ 编 ２０ １１ ） 收稿 日期 ：０ ９１— ３ 修改稿收到 日期 ：０ ００— ４ ２ ０ —２２ ； ２ １—３２
共振 幅值 下 的阻 尼特 性 ， 文还 对 二 者 的 动态 特 性 本
曲线 进行 了测 试 。
而 动态 位 移 虽短 暂 但 很 大 的情 况 ， 且 可 以硫 化 成 并
各种 形状 ， 以适应 空 间 的要 求 。 但是 橡胶 隔振 器 容易
老 化 ， 生蠕 变且 低 频时 隔振 性能 差 ， 产 主要用 于 隔离 高频 振 动 。钢丝绳 隔振器 是利 用个 股 钢丝绳 之 间的 干摩 擦 阻尼 吸收且 耗 散振 动 能量 的隔 振器 。它 可 以 产 生很 大 的动态位 移 ， 以衰 减强 烈 的冲击 ， 可 同时吸 收和耗 散大 量 的低 频和高 频 振动 。但 是钢 丝绳 隔振 器 干摩擦 阻 尼较小 ， 振 时 的隔振 效果 较差 ［ ］ 共 ３。 本 文设 计 了一种 既能 抑 制高 、 低频 振动 ， 具有 又
球型钢丝绳隔振器动力学特性研究
球型钢丝绳隔振器动力学特性研究a）条型钢丝绳隔振器 b）拱型钢丝绳隔振器c）蝶型钢丝绳隔振器 d）球型钢丝绳隔振器图1 钢丝绳隔振器a）拉压方向实验装置图 b）横滚方向实验装置图图2 实验装置图且考虑到实验过程中初始周期会存在一定误差，为了后续参数识别过程中得到更准确的实验数据，应使一个实验过程进行多个周期实验，取稳定周期的数据。
图4是激励幅值为3mm时，激励频率为1～6Hz谐激励下的动态循环实验迟滞环和加载速度为8mm/min图3 拉压方向不同激励频率的迟滞环3、4可知，在所求激励频率段，频率对迟滞环影响极小，准静态实验迟滞环和动态实验迟滞环的误差同样极小，可知在进行动态实验时，可直接选用准静态实验数据进行代替，准静态实验能够避免由于动态实验产生的噪声影响，使实验数据更加精确、可靠，这与以往对其他钢丝绳隔振器的研究成果一致。
图4 横滚方向不同激励频率的迟滞环图5 拉压方向不同激励幅值的迟滞环图6 横滚方向不同激励幅值的迟滞环5、图6分别表示激励幅值范围为1～拉压方向的非对称迟滞环和横滚方向的对称迟滞环。
由两图可知，球型钢丝绳隔振器迟滞环大小与激励幅值有着较大相关性，激励幅值越大迟滞环的面积越大，球型钢丝绳隔振器耗散的能量也就越多。
在拉压方向存在明显的软硬化特性，在拉伸方向存在明显的硬化刚度，在压缩方向存在明显的软化刚度。
且在拉压方向，迟滞环的形状为非对称的，表现出较强的非线性，在横滚方向由于球型钢丝绳隔振器结构的对称性，其迟滞环在进行周期运动时，其迟滞环表现出对称现象。
球型钢丝绳隔振器机理研究隔振系统的幅频特性曲线线性隔振系统理论已经成熟，在机械工程等领域应用广泛，基础激励的线性隔振系统如图7所示，图7 线性隔振系统为直角坐标系的坐标轴，设基座和设备在静止状态时的位置为原点，设向上为正，其运动微分方)()0k x y +−= 为刚度系数，c 为阻尼系数，为响应位移。
两边同时除以m 222n n n x y y ωξωω=+ （2）设基础的运动由下式给出：利用复数形式表示基础的位移y 与线性隔振系统中设备的强迫振动响应位移x ：图8 幅频特性曲线 8可知，当增大系统中的线性阻尼可以降低共这直接影响了线性隔振系统在隔振区隔振效果，通过改变迟滞因子n z 中未知参数α、β、n 分析未知参数对迟滞模型的影响。
T型钢丝绳隔振器动态特性试验研究
（School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology，Shenyang Liaoning 110870）
Abstract: Wire rope vibration isolator is a commonly used passive vibration isolation device, this paper explored the three-way dynamic characteristics of wire rope vibration isolators by carrying out quasi-static, vibration, shock and other experiments to obtain complete curve data. The results of the quasi-static test and the impact test show that the magnitude of the deformation rate is directly related to the energy dissipation of the wire rope vibration isolator, when quasi-static compression, the rate is low, and it has basically no effect on the size of energy consumption, and when it is impacted, the rate is high, which has a direct impact on the size of energy consumption. The vibration test results show that the dynamic stiffness of the wire rope vibration isolator will decrease with the increase of the excitation fre⁃ quency, when the excitation frequency is equal to the natural frequency, the dynamic stiffness is minimum. Keywords: wire rope vibration isolator；dynamic characteristics；test method
钢丝绳隔振器性能研究
收稿日期：２００８—１１—２４
万方数据
Ｍａｃｈｉｎｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ留Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ。Ａｕｇ ２００９，３８（４）：２２一刀
。２３・
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｏｉｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｆｏｒ
Ｗｉｒｅ—ｒｏｐｅ
Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ
ＴＡＯ Ｘｉａ０１，２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ
２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０６３，Ｃｈｉｎａ；
Ｘ２（ｖ／）＝二——————了—旦—。——。
ｈ—ｍ一酽＋喝形０ ，Ｉ一（１｜｝－＋ｉＣ－形）‰僵啊ｌ
隔振器承载质量，％为隔振器等效质量，ｋ。为环状钢丝绳
的弯曲刚度，后：为夹板的弯曲等效刚度，ｃ。为钢丝间的等 效摩擦阻尼，ｃ：为夹板的结构等效阻尼。
鼽卟五编甲”。：善州ｉＣ，¨ＩＶ）伽ｌ
当结构阻尼很小时：Ｃ２—＿’ｏ Ｅ－ｍａｉｌ：ＺＺＨＤ＠ｃｈａｉｎａｊｏｕｍａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ《机械制造与自动化＞
传递函数与外激励均为非线性函数关系。
取。随相对位移的变化关系为： 职Ｉ（ｘ，）＝ａ（Ｘｓ＋墨），／ｍＩ
式中：以为相对激励振幅。 ２）干摩擦等效粘性阻尼 ｃ。（ｘ，）＝４Ｌ／１ｒＷ（以）
２
钢丝绳隔振器性能试验研究
ａ）三向载荷一变形曲线
为便于试验特设计一钢丝绳隔振器，尺寸Ａ×Ｂ
Ｘ
Ｈ
＝２００
Ｘ
１００
Ｘ９０，利用拉压试验机，对隔振器分别进行垂
则系统响应为：
ｘ２（Ｉｖ）＝ａ２幽积ｒ７Ｆ可虿而
其中：曰＝［（ａ■一＇ｙ２／ｚ）（１一ｙ２）一’，２］２＋４（２ｙ２（ａ２一
冲击荷载下YGG型钢丝绳隔振器耗能特性研究
ＤＵ Ｊ ｎｇ ｏ， Ｆ ＮＧ ｉ－ ， Ｘ Ｑｎ －ａｇ， Ｈ ｏｇｓｅｇ ｉ －ｕ ａ Ｅ Ｊ ｊ ｎｉ 正 ｉｇｌ ｎ ｉ Ｅ Ｙｎ— ｎ ｈ
ｆ ｅＴ ｉｄＥ ｇ ｎ ｅ ｃｅ ｔ ｃＲｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｓｉ ｅ ｏ ｅＨｅ ｄ ｕ ｒ ｒ ｆｔ ｅＧｅ ｅ ａ ｔｆ ， ｈ ｒ ｎ ｉ ｅ ｒ ｉ ｎ ｉ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｕ ｆ ｈ ａ ｑ ａｔ ｓ ｎ ｒ ｌ ａｆ Ｔｈ Ｓ ｉ ｆ ｔ ｔ ｅ ｏ ｈ Ｓ
ｏ ｅｅ ｅ ｇ ｒ ｂ ａｎ ｄ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｅ ｃｔ ｄ ｂ ｈ ｃ ａ ｓ ｈ ｒｎ ｉ ｌ ｆ ａ ｓ ｅ ｓ ｏ ｋ ｉｏ ａ ｉ ｎ ｏ ｆｔ ｎ ｒ ｙ ａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｅ ｈ ｙ ｔ ｍ ｓ ｘ ｉ ｙ ｓ ｏ ｋ ｌ ｄ Ｔ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ｓ ｉ ｈ ｃ ｓ ｌｔ ｆＹＧＯ ｐ ｈ ｅ ｏ ｐ ｖ ｏ ｔ ｅ ｙ
（ 参 工程兵 科 研 三所 ， 河南 洛 阳 ４ １２ 总 ７０ ３）
摘 要： 于Ｙ 基 ＱＧ型 钢 丝 绳 隔振 器 ， 立 单 自 由度 隔 振 系 统 的 力 学 模 型 ， 推 导系 统 的 能 量 方 程 ， 得 隔 振 系 统 受 建 并 获
到 冲 击 荷 载 后 各 种 能 量 的传 递 、 耗 和 分 配 情 况 ， 能 量 的 角 度 揭 示 单 自 由度 隔 振 系 统 消 极 隔振 的耗 能 本 质 。 通 过 对 消 从
橡胶钢丝绳隔振器冲击特性试验研究
橡胶钢丝绳隔振器冲击特性试验研究谢雨轩;陈燕;车驰东【摘要】Impact stiffness and damping are important parameters for vibration isolator design. In this paper, the impact stiffness and damping of a rubber steel wire isolator are tested. The acceleration vs. time curve of the loading mass is transformed into the hysteresis loop of the isolator to solve for the impact stiffness and the equivalent damping, and the impact stiffness data is fitted by polynomial. Results under different working conditions show that in the case of small deformation, the elastic restoring force basically has a linear relationship with the deformation of the vibration isolator, and it is a cubic function of the increase of the impact displacement. The equivalent impact stiffness in the impact process is proportional to the initial impulse, but the damping increases initially and decreases later with the increasing of deformation. The above conclusions can guide the selection and application of rubber steel wire vibration isolators in engineering.%冲击刚度及阻尼是隔振器的重要参数，对隔振系统设计起重要作用。
钢丝绳隔振器等效刚度的一种分析计算方法
［４］Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｗｉｒｅ ｍｐｅ，Ｇｅｏｒｇｅ Ａ Ｃｏｓｔｅｌｌｏ，１９９７，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，
Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ．
万方数据
吉＝幽２ｓｉｎａ箍 当泊松比移≠ｏ时，
ｐ
竹尺４Ｅ
３ 实例分析
（…９７）
实际应用中，采用航空用钢丝绳，共１９股，公称
式（９）适用于曲率变化较大的情况。注意到当ｄ趋
直径６ ｍｍ，每股直径０．２８ ｍｍ。按（１０）和（１１）估
近于９０。时，曲率１／ｏ趋近于梁。
算等效弯曲刚度约为８Ｅ＋０８Ｐａ。按式（１４）估算钢
假设一个简单钢丝绳受到力矩Ｍ。的作用，弯
丝绳减振器垂向刚度，并和试验值比较，见图７。从
曲为一个曲率为Ｐ的圆。此时摩擦被忽略，钢丝绳
两者的对比中可见，计算值比试验值要小，主要是
的弯曲刚度Ａ＋近似为钢丝绳中每根钢丝的弯曲刚
计算模型没有考虑钢丝绳的剪切变形。
％＝警［蔫即４硝｝等 度的叠加，这时可认为钢丝绳是螺旋弹簧的组合，
２钢丝绳减振器刚度计算
４ 结语
２．１钢丝绳减振器建模 根据式（１１）可以计算得到钢丝绳的等效弯曲
刚度。由此可以设计钢丝绳减振器。如图５所示的 钢丝绳减振器，左右各四圈半，共九圈。其中每圈 可近似认为是一个圆，如图６所示，在载荷Ｐ作用 下的弯矩
本文从钢丝绳等效弯曲刚度的角度对钢丝绳 隔振器设计中的最主要参数抗弯截面惯性矩进行 了数学推导，并在此基础上，给出了钢丝绳隔振器 受压时的等效静刚度近似计算公式。试验和计算 对比表明钢丝绳隔振器受压时的等效静刚度近似 计算公式还是相当准确的。
0l23456变形mram图7钢丝绳减振器垂向刚度计算值和试验值比较4结语本文从钢丝绳等效弯曲刚度的角度对钢丝绳隔振器设计中的最主要参数抗弯截面惯性矩进行了数学推导并在此基础上给出了钢丝绳隔振器受压时的等效静刚度近似计算公式
对钢丝绳隔振器的刚度和阻尼进行非线性等效的试验研究
Ｅｘ ｒｍ ｅ ａ ｕｄ ｎ Ｅｑ ｖ ｌｎｔＳ ｉ ｎ ｓ ｎｄ Ｅｑｕ ｖ ｌｎ ｍ ｐｉ ｏ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌＳｔ ｙ ｏ ｕｉ ａｅ ｔｆ ｅ ｓａ ｉ ａ ｅ ｔＤａ ｎｇ ｆ ｒ
Ｓ ｅ ｌＷ ｉ ｅ Ｒｏ ｅ Ｖｉ ａ ｉ ｎ Ｉ ｏ ａ ｏ ｔ ｅ ｒ ｐ ｂｒ ｔｏ ｓ ｌ ｔ ｒ
用 于 机 械 、 空 、 天及 其 他 工 程 领域 。 航 航
由于 钢 丝 绳 隔 振 器 具 有 典 型 的 非 线 性 迟 滞 特 性， 目前在 工 程 应 用 中 还 没 有 合 理 的 基 于 钢 丝 绳
隔振 器 的隔振 分 析 方 法 ¨ 。通 过 对 钢 丝 绳 隔振 器 』
第１ ２卷 第 ６期 ２１ ０ ０年 １ １月
军 事 交 通
学 院 学
报
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ． １１ ６
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｅ ｆ Ｍｉ ｔ ｒ ｒ ｎ ｐ ｒ ｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｆＡｃ ｄ ｍｙ ｏ ｌ ａ ｙ Ｔ ａ ｓ ｏ ｔ ｉ ｉ ａｏ
Ｎｏ ｅ ｖ ｍｂｅ ｒ２０１ ０
刚 度 特征 和 大 变 形 能 力 ， 因 多 股 钢 丝 间 的 干 摩 且
擦 耗 能而 具 有 非 线 性 阻 尼 特 征 ， 大 量 吸 收 和 消 能
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｗ ｒ ｏ ｅ ｖｂ ａｉｎ ｉｏａ ｏ ； ｉ ｒ ｔ ｎ；ｉ ｌ ｔ ｎ ｙ ｒ ｓ： ｉｅ ｒ ｐ ｉ ｒ ｔ ｓ ｌｔ ｒ ｖ ｂ ａｉ ｓｍｕ ａｉ ｏ ｏ ｏ
钢丝绳隔振器动态性能试验与抗冲击设计
-I-
Abstract
Abstract
Wire rope isolator (WRI) is a shock and vibration mitigation device with significant softening stiffness characteristic. It provides high damping and large deformation capacity. Thus it possesses superor vibration isolation and buffering performance, and it is a perfect shock and vibration control device for mechinery and instruments. At the same time, it is easy to install, has good durability and low maintenance cost, and has been widely used in ships, aircrafts, automobiles and other fields of shock and vibration control. This thesis addresses the problems of the mechanical properties of WRIs and design of isolation system with WRIs by vibration tests and numerical analysis. The dynamic properties of WRI and the design method for shock isolation are studied, and the main contents of this thesis is outlined as follows: (1) Mechanical system with vibration isolation is often simplified as a SDOF system. The principles for vibration and shock mitigation isolation and theory for analyzing the system are summarized, and the method for shock response calculation of system with softening stiffness is derived. (2) Systematic tests of the properties of WRIs are conducted, which include static test, sweep test and random vibration test for dynamic stiffness. The sweep test results are compared with those of the random vibration tests. It is found that the static atiffness of WRIs has changed significantly after dynamic tests. (3) By looking at the design of a buffering system with WRIs, the shock response of the system is numerically studied. The numerical simulation results are compared with the those by current shock design method, and the insufficiency of the design method is drawn. Keywords: wire rope isolator, dynamic properties, vibration test, dynamic stiffness, shock response
舰船用大行程钢丝绳隔振缓冲系统的冲击特性试验研究
总740期第六期2021年2月河南科技Henan Science and Technology舰船用大行程钢丝绳隔振缓冲系统的冲击特性试验研究刘浩闫明（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870）摘要：传统钢丝绳隔振器工作行程有限，在冲击荷载较大时，容易导致结构打底，引发刚性碰撞现象。
基于此，本文提出了一种大行程钢丝绳隔振缓冲系统的设计方案，利用跌落冲击试验，从冲击激励幅值、脉宽两方面验证该方案的可行性，并探究其冲击特性规律。
冲击试验结果表明，不同冲击激励幅值条件下，系统的缓冲性能较好，冲击隔离率随输入激励峰值的增大有所衰减；不同激励脉宽条件下，系统响应具有较好的一致性，冲击隔离率与激励脉宽度呈负相关。
关键词：钢丝绳隔振器；缓冲性能；冲击试验；冲击隔离中图分类号：TB535.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）06-0075-03 Experimental Research on Impact Characteristics of Ship'sLarge-stroke Wire Rope Vibration Isolation and Buffer SystemLIU Hao YAN Ming（School of Mechanical Engineering,Shenyang University of Technology，Shenyang Liaoning110870）Abstract:The traditional wire rope vibration isolator has a limited working stroke,and when the impact load is large, it is easy to cause the bottom of the structure and cause the phenomenon of rigid collision.Based on the above,this paper proposed a design scheme of a large-stroke wire rope vibration isolation and buffer system,and used the drop impact test to verify the feasibility of the scheme from the impact excitation amplitude and pulse width,and explore its impact characteristics.The shock test results show that under different shock excitation amplitude conditions,the buffer performance of the system is better,and the shock isolation rate attenuates with the increase of the input excita⁃tion peak value;under different excitation pulse width conditions,the system response has good consistency,and the impact isolation rate is negatively correlated with the excitation pulse width.Keywords:wire rope vibration isolator；cushioning performance；impact test；impact isolation一直以来，舰船设备所处的工作环境十分复杂，在冲击荷载作用下，设备电气部件的抗冲击能力较弱，易发生冲击损伤，出现设备失灵、损毁等使用性能降低的情况［1］。
不同结构参数的钢丝绳隔振器抗冲击性能研究
第42卷第1期2022年2月振动、测试与诊断Vol.42No.1Feb.2022 Journal of Vibration，Measurement&Diagnosis不同结构参数的钢丝绳隔振器抗冲击性能研究∗田浩男，单光坤，闫明，孔祥希（沈阳工业大学机械工程学院沈阳，110870）摘要传统的钢丝绳隔振器设计依赖大量试验数据，新产品开发成本高且测试周期长。
为解决此工程问题，首先，通过空间坐标系变换建立三次螺旋的钢丝绳隔振器空间轨迹方程，并利用Matlab及Pro/E软件得到钢丝绳各芯丝空间曲线及等效钢丝绳隔振器三维模型；其次，针对不同结构参数的钢丝绳隔振器，利用ABAQUS分析并计算了等效冲击刚度和冲击损耗因子，通过冲击试验对仿真结果进行验证。
研究结果表明：截面直径对等效冲击刚度的影响最为显著；螺旋直径对冲击损耗因子的影响最显著；等效冲击刚度和冲击损耗因子与几何结构参数皆呈非线性关系。
试验数据表明，仿真结果的误差不超过10%。
该研究结论可为抗冲击钢丝绳隔振器的设计和制造提供理论指导。
关键词钢丝绳隔振器；抗冲击；结构参数；等效冲击刚度；冲击损耗因子中图分类号TH122；TH123引言航空和军事设施的工作环境复杂，需要冲击衰减、高结构阻尼以及低共振放大等高性能的隔振器。
钢丝绳隔振器作为典型的非线性隔振器［1］，因其良好的刚度、阻尼特性被广泛应用在各种工程领域中。
其结构参数对其抗冲击特性具有重要影响，不合理的结构参数会使隔振设备遭受二次冲击，甚至造成隔振设备损坏。
国内外学者对钢丝绳隔振器的动态特性进行了大量研究［2］。
文献［3］针对圆弧弯曲钢丝绳运用Pro/E软件建立了二次螺旋的圆弧弯曲钢丝绳几何模型。
文献［4］建立了一个简化的鼓型多芯钢丝绳隔振器有限元模型，为获得垂直静态刚度进行压缩载荷的有限元分析。
Lu等［5］建立一个简化的有限元模型，研究压缩荷载作用下的钢丝绳隔振器静刚度特性。
以上研究中的模型无法准确描述三次螺旋的钢丝绳隔振器空间轨迹。
GS2型钢丝绳隔振器极限冲击载荷研究
舰船遭受爆炸冲击作用时， 艇 上 各类 设备 常 常 发 生广 泛 的冲 击破 坏 。要提 高船 用 设备 抗冲 击 的 能
力， 最有 效 而 又 方 便 的方 法 就是 在 船 体 与 设 备之 间
振元 件拉 伸变 形 大于 ６ ０ ｍｍ作 为元件 冲 击极 限 性 能 考核 。但 是 该标 准不 能全 面 反 映隔振 元件 冲 击极 限 性 能 。 例 如满 足 １ ５ 倍 额 定 载 荷 小 变 形 限位 隔振 元 件 意味 着 强 冲击 隔离 效 果 较 差 ， 会 导 致被 隔离 设 备
Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｉ — ｓ ｈ ｏ ｃ ｋ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｔ ｆ ｗａ ｒ ｅ ＡＢＡＧＵＳ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ８： ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｗａ ｖ ｅ； ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ — ｓ ｔ ｒ ｉ ｎ ｇ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ； ｕ ｌ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋ ｌ ｏ ａ ｄ； ｔ ｅ ｓ ｔ ；ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
关键词 ： 振动 与波 ； 钢丝绳隔振器 ； 极限冲击载荷 ； 试验 ； 数值 模拟 中图分类号 ： Ｔ Ｂ ５ ３ ； Ｔ Ｈ１ １ ２ ． ５ ９ 文献标识码 ： Ａ ＤＯ Ｉ 编码 ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — １ ３ ３ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ １ ９
钢丝绳隔震器刚度特性静力试验研究
振动减 振和爆炸震 动隔震 等相关领 域。不 同应 用场 合， 隔震器 的 工 作 状 态 一般 不 同。在 机 械 简 谐 振 动 隔 振、 车辆行驶随机振动减振等应用场合 ， 隔震器 正常工
作状态变形较小 ； 在爆炸冲击震动隔震等应用场合 ， 隔
震器极限工作状态变形较大， 但平时正常工 作状态隔 震器变形小 。不同工作状态 对隔震器的刚度 、 变形等 性 能有 不 同要 求 。 目前 ， 究 人 员 仍 在 不 断 开 发 与 改 研 进不 同用途 、 规格 和结 构 形式 的钢 丝 绳 隔震 器 ， 以满 足 工 程应 用 中的各 种需要 。 静力 刚度 特 性是 隔震 器 的基 本 特 性 之 一 。许 多 文 献（ 如文献［ ８ ） １— ］ 都报道 了隔震器刚度特性 的静 力 试验 结果 ， 只 给 出 了极 限 工 作 状 态 下 的受 力 变 形 曲 但 线， 未给出不 同变形 幅值对隔震器刚度特性影 响的数 据。一些著名 的钢丝绳隔震 （ 器生产厂商所提供的 振） 隔震 器性 能 曲线 ， 只 有不 完整 的静力 极 限变 形 曲线 。 也 本文 针对 额定 承载 力为 ８ Ｎ的 螺旋 型不 锈 钢 钢 丝 ｋ 绳隔震器 ， 在三种变形幅值 （ 、 小） 大 中、 和三种 承载平 衡点 （ｋ ４ Ｎ和 ５ Ｎ） ， 行 了 隔震 器 的径 向 刚度 ３Ｎ、ｋ ｋ 下 进 静力循环加卸载试验。试验 中， 大幅值 变形循环” “ 指 隔震 器受 力在 ０ Ｎ至 最 大 承 载 力 之 间 的加 卸 载 循 环 ， ｋ “ 中幅值变形循环” 指隔震器钢丝绳股问或丝间出现 明 显滑移时的加卸载循环 ， 小 幅值变形循 环” 隔震器 “ 指 钢丝 绳股 间和 丝间未 出 现 明显 滑移 时 的加 卸载循 环 。
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收稿日期：２００８—１１—２４
万方数据
Ｍａｃｈｉｎｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ留Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ。Ａｕｇ ２００９，３８（４）：２２一刀
。２３・
・机械制造研究・
陶晓・钢丝绳隔振器性能研究
钢丝绳隔手辰器性能研究
陶晓１’２
（１．江南大学机械工程学院。江苏无锡２１４０６３；２．江阴职业技术学院机电工程系。江苏江阴２１４４００） 摘要：通过建立隔振系统数学模型研究了钢丝绳隔振系统的固有频率、阻尼、传递函数与外 激励均为非线性函数关系。并通过隔振器静态特性实验，绘出三个方向的载荷一变形曲线。证 明钢丝绳隔振器非线性特性的优点。 关键词：钢丝绳隔振器；简化模型；静态特性；非线性特性 中图分类号：ＴＨ７０３．６３；０３２７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１５２７６（２００９）０４－００２２－０２
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ ２１４４００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ
ｔｏ
ｍｏｄｅｌ
ｏｆ
ａ
ｗｉｒｅ－ｒｏｐｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ｎｏｎ・ｌｉｎｅａｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｔｏ
ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｄａｍｐｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｖｅ
ｃｕｒｖｅｓ
ｔｈｅ ｏｕｔｓｉｄｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ，ｇａｉｎｓ ｔｈｅ ｌｏａｄ・ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ
击，２００７（９）：５５－５９．
这使得它具有高的承载能力和低的隔振频率。另外，其非 线性刚度特性曲线表现出了很强的迟滞曲线特性，作为隔 振元件，较线性元件能够更多地吸收能量。
参考文献：
［２］刘广璞．王福明。樊文欣．钢丝绳隔振器动态特性试验研究
［Ｊ］．华北工学院测试技术学报，１９９９（３）：１８０・１８４．
［３］周强．钢丝绳隔振器的非线性特性及应用［Ｊ］．噪声与震动控
制．１９９４（８）：８－１１．
３结论
钢丝绳隔振器是一种具有多向承载的非线性特性的 隔振器（非线性刚度和非线性阻尼）。静态特性测试结果 表明，在Ｙ方向上，承载与变形的关系是一种软弹性关系，
［４］严东晋，李宣霖．丁娜娜，等．钢丝绳隔振器刚度特性静力试 验研究［Ｊ］．震动与冲击，２００７（５）：１４５．１４７．
图２隔振系统数学模型 ａ）隔振系统运动微分方程的建立
［肘］｛ｉ｝＋［ｃ］｛主｝＋［Ｋ］｛ｘ｝＝｛，｝
其中，｛一＝［０Ｃ２以＋尼：以］７
尼，数值很小，对高频段的次峰值响应有一定的影响。 １
引耻血翌互兰＃生业
０
求解运动微分方程得隔振系统稳态响应为；
ｍ。＋ｉＣｌ ｒｅ）
隔振系统数学模型建立
钢丝绳隔振系统可简化为图２所示力学模型。ｍ。为
则系统响应为：
ｘ２（Ｉｖ）＝ａ２幽积ｒ７Ｆ可虿而
其中：曰＝［（ａ■一＇ｙ２／ｚ）（１一ｙ２）一’，２］２＋４（２ｙ２（ａ２一
ｙ２／ｚ一，ｙ２）２。 ｂ）隔振系统参数的非线性
Ｘｌ（肜）＝ａ饥￣／（１＋（２打）２）／Ｂ
等效阻尼比：厶＝糕
３）振动传递率
当ｋ２》．ｉ｝，时，恐＝以则：墨＝以一Ｘ・
当ｎ职。时：
作者简介：陶晓（１９７２一），男，江苏江阴人，江南大学机械工程学院硕士研究生，江阴职业技术学院机电工程系讲师，研究方向为机械工程。
・２２・
万方数据
ｈｕｐ：ｆｆＺＺＨＤ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ
・机械制造研究・
陶晓・钢丝绳隔振器性能研究
令：ｉｘ＝ｍ２／ｍｌ，睨Ｉ＝毛／ｍｌ，晓＝如／啦，ａ＝％／取ｌ， Ｙ＝肜畋ｌ，ｆ＝ＣＩ／２，，ｈ％
Ｌ（彤）＝ａ２ｐ￣／（１＋（暂。Ｙ）２／Ｂ）
Ｌ＝ｃｔ２１Ｊ，以ｉ巧可可ｊ孤瓦ｉｉ可瓦
１）垂向固有频率以。
钢丝绳隔振器的刚度是非线性的，静压缩刚度与静变 形有如下关系：
当％／％》埘：乙：掣；
当形一％时ＩＬ呻。
由以上分析可知：钢丝绳隔振系统的固有频率、阻尼、
后。（Ｘｓ）＝磷
式中ｉＯｌ，卢为常数；以为静变形。
传递相对位移的变化关系为： 职Ｉ（ｘ，）＝ａ（Ｘｓ＋墨），／ｍＩ
式中：以为相对激励振幅。 ２）干摩擦等效粘性阻尼 ｃ。（ｘ，）＝４Ｌ／１ｒＷ（以）
２
钢丝绳隔振器性能试验研究
ａ）三向载荷一变形曲线
为便于试验特设计一钢丝绳隔振器，尺寸Ａ×Ｂ
Ｘ
Ｈ
＝２００
Ｘ
１００
Ｘ９０，利用拉压试验机，对隔振器分别进行垂
Ｘ２（ｖ／）＝二——————了—旦—。——。
ｈ—ｍ一酽＋喝形０ ，Ｉ一（１｜｝－＋ｉＣ－形）‰僵啊ｌ
隔振器承载质量，％为隔振器等效质量，ｋ。为环状钢丝绳
的弯曲刚度，后：为夹板的弯曲等效刚度，ｃ。为钢丝间的等 效摩擦阻尼，ｃ：为夹板的结构等效阻尼。
鼽卟五编甲”。：善州ｉＣ，¨ＩＶ）伽ｌ
当结构阻尼很小时：Ｃ２—＿’ｏ Ｅ－ｍａｉｌ：ＺＺＨＤ＠ｃｈａｉｎａｊｏｕｍａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ《机械制造与自动化＞
ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
钢丝绳隔振器是一种具有非线性特性和干摩擦阻尼 的新型隔振器，采用多股钢丝按一定方向缠绕而成的钢丝
绳作为弹性元件，由上下两组刚性夹板夹紧，结构示意图
如图ｌ。
＝瓦ｓｉｎｗｔ
图１钢丝绳隔振器结构示意图 其刚度特性为：环状多股钢丝绞合线的弯曲刚度；固 定夹板的弯曲刚度。对于宽频域隔振系统，环状钢丝绳的 弯曲刚度主要影响系统的低频特性，而夹板的弯曲刚度主 要影响系统的高频特性。阻尼效应为：存在于多股绞合钢 丝间的干摩擦阻尼，这种阻尼所耗散的能量集中在低频部 分，有效地抑制主峰值响应水平；金属夹板内部的结构阻
ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｍｅｒｉｔｓ ｏｆ
ｒｏｐｅ
ｉｓｏｌａｔｏｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅ－ｒｏｐｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ；ｓｔａｔｉｃ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｏｉｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｆｏｒ
Ｗｉｒｅ—ｒｏｐｅ
Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ
ＴＡＯ Ｘｉａ０１，２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ
２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０６３，Ｃｈｉｎａ；
式中以——干摩擦力； ｘ。——相对激励振幅。
向（Ｙ向）、横向（ｚ向）、纵向（ｚ向）进行单向加载实验，可 得三向载荷一变形曲线图如图３所示。
Ｚ 岂 ｋ
Ｚ ＿
记 稼 ｛Ｉ簿
稼
ｊ｝辞
变形量Ｄ／ｅｍ
（ａ）Ｙ向
变形量Ｄ／ｅｍ （ｂ）ｚ向
变形量Ｄ／ｅｍ （ｃ）Ｊ向
图３载荷一变形曲线 ｂ）静态特性分析 由三个方向的载荷一变形曲线可知： １）静载荷一变形曲线在压缩状态下，垂向（Ｙ向）呈 “软化”特性，是软非线性刚度，而在横向（：向）和纵向（茗 向）呈“硬化”特性，是硬非线性刚度； ２）在变形范围内，正交三轴的平均刚度Ｅ：恐：Ｋ＝ ｌ：１：２，因此不同的承载方式，将使系统具有不同的固有频 率，这对控制冲击振动非常有利； ３）钢丝绳隔振器进行极限变形实验（即压缩到底 后），实验证明无任何机械损伤，具有恢复到平衡位置的 能力，静态性能稳定。 ［１］周桐，刘青林．钢丝绳隔振系统简化模型分析［Ｊ］．震动与冲