一种隔振和抗冲兼容的胶泥缓冲器

一种隔振和抗冲兼容的胶泥缓冲器５１

１胶泥隔振抗冲器的结构一材料一体化设计

１．１阻尼器的基本结构

可设定为双出杆形式。其形态如下图１。图中，１活塞杆，２和６端盖，３是缸体，４是活塞头，５是含高分子球体的硅油，７是底座。

图ｌ流体阻尼器的基本结构１．２流体一弹性体混合介质

流体采用硅油。硅油是一种不同聚合度的链状结构的聚有机硅氧烷。最常用的硅油，有机基团全部为甲基，称甲基硅油，在流体阻尼器中，目前主要采用的是甲基硅油。

甲基硅油的分子量范围在２．７５４×１０４—２３．７８ｘ１０４时，其粘度（２５％，厘斯）随着分子量的增加，粘度开始增加缓慢，后来逐渐快速增加；而聚合度则与分子量几乎呈线性关系。作为非牛顿流体，硅油的粘度随剪切应变速率的增加而降低（稀化效应）。硅油粘度变化的现象可从硅油分子结构在剪切力的作用下所发生的变化来进行解释。硅油在剪切应力作用下高分子链并未被切断，而仅仅是硅氧硅键的键角发生变化，见图２，原来呈团絮状的分子链被拉长或拉直，在剪切应力的方向上硅油的粘度有所降低。但是，当剪切应力去除后，硅油分子形态又会逐渐恢复到原来的水平。由此可见，硅油抗剪切要比普通的液压油稳定。

图２硅油的形态在剪切应力作用下发生变化

硅油的压缩性能：硅油的压缩率与压力的变化关系是非线性的，压力越大，压缩率增加得越快。但压力低于２５０ＭＰａ时，压缩率不仅低，而且变化很小。在阻尼器缸体内活塞的往复运动中，即使硅油的压缩性能可能对阻尼器的耗能性能产生影响，但因其运动产生的液压很小，因此硅油的弹性压缩量可以忽略。另一方面，在冲击条件下，粘滞阻尼器在冲击瞬间流体内部所产生的压力最大也不超过几十兆帕，因此，在冲击过程中硅油的压缩率也很小，可忽略。

小球材料和泡沫芯材料：在本研究中，采用高分子材料硅橡胶制备的小球融人硅油中，如图３所示。

小球外层选用具有较强抗剪切能力的加成型室温固化硅橡胶制备，其主要成分是高摩尔质量的线型聚硅氧烷。由于Ｓｉ２０２Ｓｉ键是硅橡胶构成的基本键型，硅原子主要连接甲基，侧链上引入极少量的不饱和基团，分子问作用力小，呈螺旋状结构。

图３小球的结构

加成型室温硅橡胶以含氢硅氧烷为交联剂，在催化剂存在下于室温至中温下发生交联反应而成为弹性体。由于活性端基的引入，使其具有优异的

物理机械性能，尤其是在抗张强度、相对伸长和撕

２００９年６月噪声与振动控制第３期

裂强度上有明显的提高。这种硅橡胶在硫化前是流动性能较好的糊状物，使用时向胶料中加进配套硫化剂混匀后，在室温下即自动硫化，强度高、伸长率大、耐溶剂性能好。为提高小球的强度和恢复变形的能力，本研究还在小球内添加了高分子泡沫材料。

２振动冲击试验结果

２．１试验原理与试验装置

冲击试验：用落锤式冲击机对胶泥吸能器的动态性能进行试验。试验时，将吸能器安装在冲击机的砧台上，把质量为９．８ｋｇ的冲击锤提升到合适的高度后让其沿着钢丝绳形成的无摩擦导轨自由滑下，撞击吸能器的活塞杆，利用加速度传感器Ｂ＆Ｋ４３９３和数据采集系统ＬＭＳ记录下冲击过程中加速度随时间的变化，当落锤停止时，将其抬起。测量设备和阻尼器的安装示意图见图４，冲击加速度一时间曲线见图５，图６给ｆ｝｛阻尼器的阻尼力一时间曲线，其中实线表示无小球，虚线是有小球。

１．落锤２．加速度传感器３．试验件４．基座

图４跌落试验装置示意图

振动试验：粘滞阻尼器以水平方式连接在振动台和固定端之间，见图７。振动台振动时，阻尼器通过缸体中的硅油在活塞与缸体的间隙间流动产生粘滞阻尼力，同时小球受活塞挤压发生弹性变形产生弹性力。考虑到小球的变形发生在刚性同定的活塞和固定的机座之间，阻尼器力学模型见图８。试验时，保持振动幅值不变，增加振动频率，以了解振动频率和振动幅值对阻尼器性能的影响。在阻尼器底座上分别安装了加速度传感器，以获得轴向加速度信号，并在活塞杆上安装了力传感器，以获得轴向系统出力。

２．２试验结果分析

在冲击条件下，含小球粘滞阻尼器的冲击变形可分为两个部分：以小球变形为主的部分和以粘滞流体变形为主的部分。冲击初始阶段（约为２ｍｍ），阻尼器的变形以小球压缩变形为主，阻尼力较低；随后阻尼器的变形以粘滞流体的挤压流动变形为主，阻尼力也随之增加。

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（ｂ）含小球阻尼器的冲击加速度一时Ｉ＂Ｊｌｔｔ］线

图５阻尼器的冲击加速度一时间曲线

图６阻尼器的阻尼力一时间曲线

阻尼器中的小球压缩变形先于硅油的粘滞阻尼机制建立，这就是说，在高频小振幅时，阻尼是很小的。

在同一频率和振幅条件下含小球的阻尼器阻尼力幅值明显下降，例如在１０Ｈｚ、振幅２ｍｍ时，含小球的阻尼器阻尼力为１５０Ｎ，见图９（１），而不含小球的实测值为２７０Ｎ；而６ｍｍＸ５Ｈｚ条件下，含小椰

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一种隔振和抗冲兼容的胶泥缓冲器５３

图７阻尼器的振动试验装置球的阻尼力为２５０Ｎ，图９（２），而不含小球的实测值为２８０Ｎ。这一现象进一步说明小振幅时，阻尼是很小；大振幅时，含小球的阻尼力和不含小球的阻尼力时接近的。

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图８阻尼器力学模型

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（Ｉ）１０Ｈｚ、振幅２ｒａｍ（２）５Ｈｚ、振幅２ｍｍ

图９振幅对阻尼力的影响

３结语

从缓冲和减振兼容的角度，介绍一种新颖的胶泥隔振抗冲器。对于抗冲问题，需要较大的阻尼用于吸收、耗散冲击能量，本文采用胶泥材料作为流体介质取得高阻尼效果。但是，对隔振问题，往往需要高频、小位移时呈小阻尼特性，在共振大位移时表现出大阻尼特性，以保证在振动工况下不会因阻尼过大而影响隔振系统的隔振效率。本文通过在胶泥介质中添加高分子弹性小球，达到小位移时呈小阻尼、大位移时呈大阻尼的特性。

致谢

对上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室所作的大量试验工作表示感谢。

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