橡胶减震器研究内容目的及现状

橡胶减震器研究的背景及其意义

随着现代社会的快速发展，科学技术日新月异，各种仪器的使用功率也在不断地提升，体积却小型化方向发展，转速加快，随之而来的是振动所造成的严重影响。振动的定义为：“物体经过它的平衡位置所作的往复运动或某一物理量在其平衡值附近的来回变动。”振动不仅会影响到产品的加工精度和质量、减少产品寿命、降低生产合格率，甚至涉及安全性等方面的因素，同时又造成了一定的环境污染，对人们的身心健康产生危害。因此振动控制及减振技术的掌握成为各国工业发展所必须要面临的重大课题。

振动控制（Vibration Control）是振动工程领域内的重要分支之一，从广义上讲，振动控制包括两方面内容：（1）有利振动的利用；（2）有害振动的抑制，抑振（即振动控制）。通过一定的手段使受控对象的振动水平满足人们的预定要求是振动控制的任务所在。通常被分为被动控制（无源控制）和主动控制（有源控制）两大类。被动控制具有结构简单，易于实现，经济性好，可靠性高等特点，但对材料具有一定的要求。运用最多的是减震器，减震器（absorber）是改变振源干扰力或系统的传递特性，使振动减小的装置。减震器从产生阻尼的材料这个角度划分主要有液压和充气两种，还有一种可变阻尼的减震器。现在使用的减震器有：1.橡皮减震器；2.弹簧减震器；3.空气式减震器；4.油液空气式减震器；5.全油液式减震器。减震器主要承受压缩应力、剪切应力和扭转力矩以及两种或两种以上应力的复合作用，在保证安全性方面起着重要作用。

在防振减振领域，橡胶逐渐出现在人们的视野中。橡胶（Rubber）：提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳,加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。属于高弹性的高分子化合物，分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。它是具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（T g）低，分子量往往很大，大于几十万。

橡胶材料由于其自身具有的特定形态和性能，即可调正的模量比较低，本征阻尼又比较高，大应变下不会遭到破坏，同时在一定变形方式下能够承受高负荷，被广泛应用于工业生产及生活设施等各个领域，尤其是它表现在缓冲和减轻震动方面的显著特点，使其在减震方面得到充分的应用。利用橡胶材料和与其相配合的材料（如金属、纤维、工程塑料等）复合制成的带有一定功能的装置或特殊的橡胶粘弹性高阻尼材料来消除和减弱振动源的振

动是一种消除振动的有效方法。橡胶减震器应运而生，并广泛应用于舰船、汽车、火车、飞机和建筑工程等方面，以及仪器仪表的振动隔离。

橡胶减震器属于被动控制方法之一，它具有调整简便，安装迅速，又有利于提高生产效率的特点，是近年热门的一种减震器。

国内外研究现状及发展概述

橡胶减振最先于国外提出，并逐渐发展起来，现今已形成了一套完整的研究体系。大量生产各种各类橡胶减震器的国家有美国、德国、英国、前苏联、日本和法国等，特别是日本。日本于1937以后为了在螺旋桨飞机上安装发动机架，开始批量生产防振橡胶。并在1953年开始引入防振橡胶技术制造飞机仪表盘。日本在1960年橡胶震器的消耗量为609吨，1969年消耗的橡胶量超过了万吨，在9年内增长了17倍。在这以前国外飞机上早采用了这种防振橡胶，随国外飞机和发动机的进口，开始在日本应用，然后又由其国内制造。德国早在第二次世界大战前夕，就把天然橡胶制成的减震器用于舰船的动力设备上，并在实战中获得卓越成效，同时在60年代开展了弹性轴承的研究。在第二次世界大战以前和战争期间积累起来的防振橡胶技术，战后作为民用工业应用于汽车，铁路机车车辆土木建筑以及各种机械工业之中。早期的如：1946年对卡车，1947年对公共汽车各个部位使用了防振橡胶。1951年以后在最早的铁轨机车车辆各个部件上，尤其是转向架使用了防振橡胶。自从1955年日本的小轿车生产走上正轨后，作为橡胶工业的一个方面，防振橡胶牢固的建立起了自己的地位。

国外橡胶减震器的发展趋势，包括：开展橡胶、金属减震器新型结构设计及其新功能研究；减震与高阻尼兼顾橡胶减震器的研究与开发；将加大减震器橡胶材料、粘弹性高阻尼材料、与金属板夹层复合多功能橡胶减震支座的研究、开发和应用的力度；继续开展粘弹性高阻尼功能材料的研究和应用工作。

我国橡胶减震器的研制和生产起步于60 年代。随着我国四个现代化建设步伐的加快,各行业对橡胶减震制品的需求与日俱增,而研制开发橡胶减震器的部门与单位也相应增多, 目前已基本形成一个科研、开发、生产体系。但由于橡胶减震制品工业起步较晚, 与国外技术力量相比较为薄弱, 基础条件比较差, 实验研究与检测手段不很健全, 开发速度相对较慢, 没有进行过系统的开发和研究，应用规模及技术水平与国外相比还有较大差距，同国外先进水平相比约落后10～15 年。随着橡胶减振制品工程应用的日益广泛，我们必须尽快引进国外先进的技术手段，提高我国橡胶减振制品行业的竞争力。目前相关的减震材料的技术研究已取得阶段性成果，但要将这些成果转换成产品，继而大规模推向市场尚需一定的时间。高分子材料已经成为

继钢铁、石头之后高速铁路的第三大材料，并且随着高速列车向高速化、舒适化和安全化方向发展将起到越来越重要的作用。目前我国生产的橡胶减震器除了部分橡胶——金属减震器和XL系列高弹性联轴节已实现标准化外，大多数产品仍处于“非标准化”状态。为了满足社会发展的需要，应该在橡胶装备、工艺技术、材料和结构几个方面努力，加快我国橡胶减震器的发展步伐。随着我国现代工业建设的高速发展和环境保护法的实施, 国民经济各部门对振动和噪音控制技术提出了越来越高的要求。为了满足社会发展的需要, 应该加速我国橡胶减震器发展的步伐, 力争在10 年左右的时间内全面达到和超过国外的技术水平。我国应努力做到：1.新型橡胶减震器及新型减震阻尼材料的研发；2.橡胶减震器产量提高与工艺装备的优化；3.引进减震技术, 加快技术改革速度；4.加速橡胶减震器产品系列化、标准化的进程。

橡胶材料在减震应用方面的发展，可以通过实践经验的累积以及理论知识的不断完善而得到实现。而各学科及适用范围的不断渗透，必将创造出更多的应用空间和机会。

研究的主要内容及趋势

结构减震技术可分为主动和被动两种方式，主动方式是利用传感器和调节器（压电装置）来实现减震；被动方式则是利用材料的内在性质（例如材料的力学形变）吸收振动能量，提供被动的能量耗散，它以其价格优势及易于实现成为研究重点。被动方式主要有两种思路，一是彻底改变传统“强化”结构的抗震思想，把结构的某些非承重构件设计成耗能元件，通过磨擦、剪切变形或材料的塑性变形来消耗和吸收振动能量，以减少主体结构的振动反应或减轻其破坏；二是采用所谓的“基础隔震”，即在振动源和要求减震的主体之间设置一层具有足够可靠性的“隔震层”也称隔震系统，从而减少振动的传递。隔震技术也可以分为主动隔震和被动隔震两种，主动隔震是隔离机械设备通过支座向地基的振动传递，被动隔震是减少从地基传至需保护的精密仪器或仪表的振动。制备减震器的主要材料是金属和聚合物，橡胶材料以其特殊的粘弹性能已普遍用作减震材料，研究发展十分迅速，橡胶减震器就是属于被动隔震的制备减震器。随着高科技材料的迅猛发展，现代机车对弹性元件的使用性能提出了更高的要求，弹性元件正逐步向功能化和智能化方向发展。粘弹性材料也逐渐从NR, CR和EPDM等向橡塑共混、橡胶并用等复合材料方向发展，当然也有使用其它类型材料减震器的研究。内封液体的复合橡胶减震器（简称液体弹簧）和弹性胶泥缓冲器是近20年来欧洲铁路联合系统（UIC）国家首先使用的一种高技术缓冲器产品，是缓冲器理想的胶泥材料。磁流体复合弹簧(Magnetic Hydraulic Spring) 是应用磁流体高科技材料发展起来的一种新型减震元件。这种减震元件不仅具有万向减震性、功能稳定性及寿命长的优点，而且能彻底消除磨擦，无噪声，适合在各种环境下工作。近20年来，磁性流体材料的研究应用一直是世界各国十分关注的前沿课题，以磁

流体为材料的减震产品是减震元件未来的发展趋势。