钢丝绳隔振器等效刚度的一种分析计算方法

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[3]王桂兰,等.钢丝绳捻制成形的空间几何模型与有限元 分析[J]·应用力学学报,2003,20(3)·
[4]Theory of wire mpe,George A Costello,1997,Springer,
New York.
万方数据
文献标识码:A
A Method of Calculating Equivalent Stiffness of Wire·Rope Isolators
CHEN Bin91,ZHANG Lei2,WANG Yu2,LIU Xing.tian (1.Hudong Zhonghua Ship Building Co.Ltd.,Shanghai 200 1 29,China;
其中a:见图1。
m 伽 吾耋

(10)
N,稼罐 |}
式中:眠是作用在钢丝绳上的弯矩,p是钢丝绳的

曲率半径,A‘是弯曲刚度,对简单钢丝绳,弯曲刚

度为:
A+2警【高婴4裔咖L硝(2】+-Et,VCOS2d,)一2’一1 J
…)


其中t即为等效截面惯性矩。








变形m/ram
图7 钢丝绳减振器垂向刚度计算值和试验值比较
绳以一根半径为月。的金属线为芯轴,外围螺旋式缠 绕m根半径为B的钢丝。芯轴具有足够的尺寸, 能够避免周围的钢丝相互接触,以减少钢丝绳弯曲 时的摩擦力效应。如图所示,外围钢丝的旋转半径 可表示为:
1.2钢丝绳的纯弯曲 假设螺旋角为d的螺旋弹簧,受到一个垂直于
弹簧初始中心的弯曲力矩的作用。图3是这种情况 的示意图。
因此,为了保证外围钢丝不相互接触,简单钢 丝绳各参数应该满足下述公式‘4 3
<R,+R:
(1)
万方数据
图4未变形截面为矩形的螺旋弹簧
K=0;K’=—COS—和下=—SlIlO‘C—OSa(2)
弹簧的应变能表示为‘4|:
Ⅳ=“【竽(”∥+丁1rR4E㈠.。“)2+
竽㈠刊2卜纛扣山=鬟
(3)
式中:l是钢丝的长度;K1,K 7l和f1分别是变形后 单位长度的曲率半径和扭矩;
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。
当弯曲力矩仉做的功等于应变能时
^Jl(仉圳(咖咖=)丽踯2。m2丽l
(4)
微分得
”纂a面T/'/,a
(5)
2009年8月
噪声与振动控制
第4期
积分得
钢丝绳减振器总的刚度为9倍的k.。
mI 2
(6)
定义
h=lsina
(7)
式中:h是弹簧的长度;
式(6)转化为
:蕊411"1,s=鲁=寺
(8)图5钢丝绳减振器示意图图6单圈简化模型
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,而钢丝绳的模量则可以认为是钢丝绳 固有的、不变的。在此基础上,给出了钢丝绳隔振 器受压时的等效刚度近似计算公式。
万方数据
钢丝绳隔振器等效刚度的一种分析计算方法
21
1钢丝绳的静力学分析
1.1钢丝绳的几何参数 图l是承载钢丝绳的结构简图和截面图,钢丝
M(妒)=尸R({一半)
在Z向的相对变形
6一f P—R3[1.F一半)2如
由此可以求得
¨话E习/,
(12) (13) f”】…4)
参考文献:
[1]薛伟,等.钢丝绳弹性模量的研究的现状与发展方向 [J].林业科技,1996,26(6).
[2]吴沂隆.钢丝绳弹性模量的研究[J].福建林业科技。 2003,30(3).
r2=Rl+R2
I-.
▲,
’厂

图3 力偶作用下的螺旋弹簧的弯曲
由于初始结构是螺旋弹簧,变形前自然坐标A —C平面和B—C平面上的曲率半径和单位长度的 扭矩为;K,,c 7,f
XI
+, I^
图1 承载钢丝绳结构简图
假设m根螺旋线刚刚相互接触,螺旋线的旋转 半径、钢丝半径、螺旋角分别为r,R,a
图2金属丝横截面垂直于索的轴
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,
Key words: vibration and wave;wire mpe;isolator;equivalent stiffness
钢丝绳隔振器刚度的估算,传统方法是首先估 算钢丝绳的等效模量。由于钢丝绳种类繁多,有单 绕绳、多绕绳,同向捻、交互捻、混合捻,有机芯、纤 维芯、钢丝芯,同一公称直径钢丝绳有不同股数,股 数不同,直径也就不一样。钢丝绳的等效模量估算 没有统一的经验公式。往往只考虑强度,而对等效 模量这样的刚度参数一直是一个没有很好解决的 问题。钢丝绳的等效模量估算,主要采用欧洲和前 苏联的一些经验公式。文献[1]中介绍了索道用钢 丝绳的等效弹性模量的一些经验公式;文献[2]对 索道用钢丝绳的等效模量随轴向拉力和变形的影 响作了详细介绍;文献[3]采用有限元法对钢丝绳
收稿日期:2008一lO一06 作者简介:陈斌(1967.2一),男,浙江人,工程师,研究方向:船舶
总体。
在捻制成形过程中自扭转对加工应力的影响进行 了研究。
上述文献的研究出发点是钢丝绳的等效模量, 而将钢丝绳的截面惯性矩简化为一个圆,以此为出 发点研究钢丝绳等效拉伸刚度E。A或弯曲刚度E,J『。 大量实验研究表明,钢丝绳等效模量是一个非线性 的量,只能够在某个载荷或变形范围内认为是一个 确定的近似线性的值。在使用中,要直接采用钢丝 绳的等效模量是很困难的。
Abstract:Wire ropes are widely used in vibration isolators.A general formulation of cross—sectional moment of inertia of multi—wire cable is given.Furthermore,the approximate formula of equivalent static stiffness of the wire—rope isolator in compression is derived.Experimental results show that this formula is of high accuracy.
摘要:钢丝绳种类繁多,本文给出了钢丝绳隔振器设计中的最主要参数多股钢丝绳抗弯截面惯性矩的一般 公式。并在此基础上,进一步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。
关键词:振动与波;钢丝绳;隔振器;等效刚度
中图分类号:TH703.63
2.Naval Equipment Research Institute,Beijing 100073,China;
3.State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration,
Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China)
吉=幽2sina箍 当泊松比移≠o时,

竹尺4E
3 实例分析
百度文库
(…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
2009年8月
噪声与振动控制
第4期
文章编号:1006—1355(2009)04-0020-03
钢丝绳隔振器等效刚度的一种分析计算方法
陈 斌1,张 磊2,汪 玉2,刘兴天3
(1.沪东中华造船集团有限公司军代表室,上海200129; 2.海军装备研究院舰船所,北京100073;
3.上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海200240)
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