钢丝绳螺旋弹簧减震器

2016年11月25日

〔摘要〕:钢丝绳螺旋弹簧减震器沿纵轴线水平安置。当受到垂直作用力后, 其产生的摩擦力能迅速将振动能量转变为热而消耗掉, 达到减振的目的。元件试验和行驶试验均证明了其优良的减振作用。

   安装在汽车内的仪器仪表设备, 虽经底盘悬挂系统的第一次减振, 但在汽车行驶运输过程中, 由于惯性及动载荷的作用, 仍产生一定程序的振动。为保持仪器仪表设备的示值精度, 维持其正常的使用寿命, 要在仪器仪表和安装基座之间安装减震器, 对仪器、仪表整体进行隔振或减振。

  要根据仪器仪表的重量及作用在仪器上的外界振动频率, 正确选择减震器, 要求减震器有良好的弹性元件, 能在短时间内吸收较大的能量, 对固有振动频率产生阻尼作用, 并能较好地适应不同的外干扰源的频率, 受外界温度变化影响较小。

1 问题的提出

  现有形式的用于仪器减振的减震器, 一般是传统的结构。如弹簧减震器靠弹簧材料的内摩擦产生阻尼, 该阻尼作用不大, 且振动衰减很慢, 易产生谐振, 影响减振效果; 另一种为橡胶减震器, 以橡胶做为弹性元件, 由于其内摩擦较大, 阻尼作用也较大, 采用较多。

     但缺点是橡胶易老化和易受温度变化而影响其弹性。上述两种减震器在加载时吸收能量而在卸载时释放能量, 致使减振时间延长, 减振效果较差, 它们只适用于某一载荷及一定振动频率范围, 当载荷频率改变时, 减震器和整个仪器系统的固有振动周期及减振系数改, 影响减振效果。还有一种是弹簧橡胶减震器, 由弹簧做为弹性元件承受载荷, 由橡胶做为阻尼元件, 这样能消除上述两种减震器的部分缺点。但其结构复杂、体积较大且不适于较重载荷下使用, 其橡胶的阻尼作用仍受到环境温度及老化的影响。因此上述减震器在载荷较大、且外界振动频率变化幅度较大情况下, 达到迅速减振要求是难以实现的。

2 钢丝绳螺旋弹簧减震器

   钢丝绳螺旋弹簧减震器是一种新型的减震器, 具有刚度大能承受较大载荷, 快速吸能使振动迅速衰减, 不产生谐振, 结构简单, 体积较小, 不易老化, 不受温度变化影响等优点, 能解决装在汽车上的自重较大的精密仪器仪表的减振问题。其结构见图1

    如图1 所示, 弹性元件由上夹板1 、下夹板2 及钢丝绳3 组成。钢丝绳按G B 1 1 0 27 4规定是不同直径的多股钢丝绳。上下夹板均由内板和外板组成, 在内外板之间加工有符合钢丝绳直径的绳槽。在专用夹具上固定内板后, 将钢丝绳缠绕成螺旋弹簧( 一半圈数为右旋, 一半圈数为左旋), 藉螺钉将外板固定在内板上, 组成钢丝绳螺旋弹簧。做为减震器的弹性元件一,同时, 是将螺旋弹簧沿纵轴线水平放置, 垂直于作用外力( 即横向受力互。 在外力作用下, 多股钢丝绳股与股之间及每股钢丝绳中钢丝与钢丝之间产生较大摩擦力,摩擦力转化为热能。由于产生摩擦力较大, 使其在单位变形中所需外力也较大, 故能具有较大刚度值, 可承受较大载荷下的震动。而且在减振过程中, 无论是在加载或卸载时均为摩擦吸能过程, 故在短时间内可将震动能量吸收消耗掉, 即使外界震动频率变化较大, 亦不会产生谐振。

构成钢丝绳螺旋弹簧的主要尺寸参数:

Φ一多股钢丝绳直径

D — 螺旋弹簧内径

T — 螺旋弹簧节距

N — 螺旋弹簧圈数

钢丝绳直径Φ是根据需要选定的; 专用夹具外径即为螺旋弹簧内径; 圈数N 按标准机柜轮廓尺寸规定; 内外夹板上的孔距就是槽形距, 即螺旋弹簧的节距T 。为避免螺旋弹簧品种规格过多不便于选用及减少制造成本, 以Φ、DT 三个尺寸参数的几种搭配组合, 构成减振用钢丝绳螺旋弹簧系列。弹簧高度H 即上下外夹板之间的距离, 可以通过计算或测量得出, 但要考虑螺旋弹簧在反复加载、卸载数次后形成的残余变形因素。螺旋旋向要一半圈数右旋、一半圈数左旋的原因是,产生的横向力互相抵消, 使弹簧工作时不会向一侧倾斜。

 

3 元件试验

.3 1 元件试验的内容和方法

3.1.1 测定单元元件的减震性能。方法是先对试件采用静态加载并卸载, 反复多次后达到稳定状态, 然后以加载行程10 m m 15 m m 为基准, 测定对应的载荷。

3.1.2 观察单个减振元件的减振性能, 预期该减震器不仅有减缓振动作用, 而且有良好的吸振作用, 所以应观测其振动过程中的能量消耗特性, 方法是利用静态加载卸载过程中的护滞回线, 测量能量散逸情况, 同时观测加载卸载过程中的速率对能量散逸的影响。

3.1.3 加 载设备为 MTS-800-50KW疲劳试验机, 试验机误差小于1 , 记录设备为试验机的配套设备。

3.2 刚性特性测试对12 3 号试件分别用两种行程( 1 0 m m , 1 5m m ) 以及在若干个加载速率下进行静力加载, 测量尸一△f 曲线。试件达到能量损耗比的确定方法, 一般是在加、卸载三次后, 根据每次加、卸载试件散逸的能量( p-f 曲线中的迟滞回线面积度量) 与加载时施加的功之比来确定。测试结果见表1 :

表1 原件刚度测试结果

图2  1号试件p-△f曲线图(行程10mm)

由图2 可见:

a. 减震元件在加、卸载过程中是非线性特性, 只在某一行程区间内刚度有线性段。

b. 加、卸载过程中有明显迟滞回线现象。

c. 刚度特性与加载速率无关。

3.3 试验结论

3.3.1 减振元件在规定的行程内达到了预期的刚度要求。

3.3.2 减振元件的减振作用良好, 在短时间内吸收较大的能量。初步可以认为, 其吸收能

量的大小基本上与频率无关。

3.3.3 减振元件可望适应于不同的外干扰源的频率, 适应性较好。

: 此项试验系与北京航空航天大学固体力学研究所合作进行。

4 行驶试验

4.1 为进一步验证新型减震器的应用效果,将减震器用于电视转播车机柜隔震, 进行了装车行驶试验。试验是与清华大学强度与振动中心合作进行的。试验目的是.在转播车行驶时测试减振系统的动态响应函数和振动传递比。试验方案是在机柜中增放沙袋构成负载。机柜底座通过数个并联的1 号元件与转播车底盘相连承受机柜的重量, 另外在机柜两侧还各装一个竖置的3 号元件防止侧向运动。测量部位是上下夹板处的A 点和B ,如图3 所示。

隔振测量部位图

4.2 测量仪器与方法测量仪器采用:

a.4 3 7 0 型压电式加速度传感器( 丹麦B.K 公司) 2 个。b.2 6 3 5 型电荷放大器( 丹麦B.K 公司)2 台。

c.H P 3 6 5 0 A 型动态讯号分析仪( 美国H P 公司) 1 台。

行驶路面选择在北京近郊阳坊店常规柏油路, 在稳定行驶时记录A 点与B 点加速度随机讯号时间历程, 25 次记录的平均值,并经 HP3560A型动态讯号 分析 仪处 得到 各自的功率谱密度函数, 由功率谱密度函数积分得到A 点与B 点的总加速度有效值, 从而得出振动加速度传递比。

   试验用车辆是南京汽车制造厂IV E-C 0 40.10 型汽车底盘改装的三讯道电视转播车。行驶时预计振动频率为18 Hz, 其相应的加速度为49 , 要求车内机柜上安装的仪器: `设备承受的最大加速度为29。已知并联装在一起的三个机柜与仪表设备的总质量为

1 50 k g, 在常温下工作, 确定其减震器的弹性刚度。

先按其线性特性的弹簧减震器计算,以其结果做参考。

线性特性的弹簧减震器计算

但装用6 1 号元件实验时. 在各种工况下测量点A B 的时间历程图和功率谱密度函数非常相近, 传递比为0.9 , 减震器几乎完全不起作用, 仅对10 0 H z 以上的高频振动有些衰减作用。说明减震器刚度选择的过大, 未充分利用此种减震器的特点即良好的阻尼作用。

因车辆和设备已经装好, 拆卸不便, 改为安装4 1 号元件加大负载的办法继续进行试验。以3 6 0k g4 8 0k g 两种载荷, 50 k m /h3 0k m / h 车速下, 或匀速行驶, 或行驶启, 或停车掣动, 或常速正常行驶等, 分八种工况进行试验, 获得了较满意的结果。

工况一( 车速50k m / h, 负载3 6 0k g ) 测点A 的时间历程图见图4, 测点B 的时间历程图见图5 , 测点A 的功率谱密度图见图6 , 测点B 的功率谱密度图见图7。其它工况从略

图4 测点A的时间历程

图5 测点B的时间历程

图6 测点A的功率谱密度图

图7 测点B的功率谱密度图

4·3 试验结果分析

4.3.1 振动加速度有效值及传递比由各种工况功率谱密度函数积分得到测点A、测点B 振动加速度有效值。由此得出相应工况下的传递比, 见表2

比较0 Z OOH z 1 6 Z Oo H z 范词的数值表明, 对高于16 H z 的振动, 减振效率较

, 若不计16 H z 以下的振动成份, 传递比接近0.5

4.3.2 直接比较测点A 与测点B 功率谱密度函数的峰值, 由四种工况不同频率的传递

各种工况下的振动加速度及传动比

数据( 数据从略) 表明:

a.1.5 H z 3.7 5H z 附近的峰值, 是由于分别接近转播车车身的两个固有频率。

因频率低于减振系统固有频率, 传递比接近1是合理的。

b. 传递比在7.5H Z 1 5 H z 附近有明显的增加, 说明与减振系统自身的固有频率有

, 工况八的实验测出减振系统固有频率为7.5 H z 1 5 H z 证实了这一分析: 18 H z 以上

峰值对应的传递比就较小了。

根据装车行驶试验结果, 减振弹性元件的选择, 首先要根据被减振仪器设备的重量

( 包括上夹板以上的机柜重量), 而具有线性规律弹簧的计算方法, 只能做参考。

具有线性规律的弹簧计算方法

式中: k— 被选定减振元件的10 m m 行程

时刚度试验值

n -一减振元件的数量

G — 被减振元件仪器设备的重量

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

来源:西安光兴机电有限公司

在线客服

售前客服

My status 隔振器

在线时间

周一至周五
8:00-18:00