慣容-橡膠復(fù)合隔振器優(yōu)化設(shè)計與隔振性能研究.pdf

1、隔振器是船舶及海工動力機械設(shè)備必不可少的輔助部件，為了保證動力機械工作安全，這類機械設(shè)備大多數(shù)采用橡膠隔振器隔離基礎(chǔ)與設(shè)備之間的振動傳遞，然而橡膠隔振器存在著對低頻振動隔振效果較差的缺點，所以引入新方法重新研發(fā)新型橡膠隔振器非常有必要。2001年，劍橋?qū)W者Smith發(fā)明了慣容器，為隔離低頻振動提供了新思路，本文利用慣容器具有較好低頻隔振性能的特點，將慣容器引入橡膠隔振器的設(shè)計中去，并且進行了校核優(yōu)化與實驗研究，為慣容-橡膠復(fù)合隔振器的進

2、一步設(shè)計和完善提供了理論基礎(chǔ)和實際參考，本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)提出了一種考慮了非線性因素的滾珠絲杠式慣容器慣質(zhì)系數(shù)計算方法?；诟トR納標架理論和赫茲接觸理論，推導(dǎo)了滾珠絲杠式慣容器中滾珠與滾道之間的差動速度，推出滾珠與滾道之間的摩擦效率，得到非線性慣質(zhì)系數(shù)的計算方法。開展了對滾珠絲杠式慣容器慣質(zhì)系數(shù)的實驗研究。實驗表明，非線性慣質(zhì)系數(shù)更加接近實驗值，證明了該計算方法的準確性。此外，分析了滾珠絲杠副的一些參數(shù)對慣質(zhì)系數(shù)

3、的影響。分析表明，導(dǎo)程越小、公稱半徑越小、滾珠半徑越大、滾珠數(shù)量越小、接觸角越小，慣質(zhì)系數(shù)越大。這些研究結(jié)果有利于滾珠絲杠式慣容器的精準化設(shè)計及其在工程減振系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　(2)設(shè)計了一種慣容器與橡膠金屬復(fù)合件并聯(lián)的復(fù)合隔振器產(chǎn)品——慣容-橡膠復(fù)合隔振器?；谡駝永碚?，分析了Ⅱ型ISD隔振系統(tǒng)，得到了較佳的慣質(zhì)比和阻尼比；選取了5DK-20型柴油發(fā)電機組為設(shè)計對象；根據(jù)相關(guān)手冊，詳細設(shè)計了慣容器中的滾珠絲杠副，包括滾珠絲杠副的

4、具體尺寸及力學(xué)性能參數(shù)；此外還詳細設(shè)計了飛輪、頂蓋、底座、橡膠金屬復(fù)合件及貫穿螺栓的外形尺寸及性能參數(shù)，繪制了附錄所示的慣容-橡膠復(fù)合隔振器裝配圖。此外，建模分析了慣容-橡膠復(fù)合隔振器的力學(xué)性能，包括固有頻率分析、強度、剛度及穩(wěn)定性校核分析；從力學(xué)角度探討了滾珠的最佳數(shù)量。為工程設(shè)計人員提供了具體的慣容-橡膠復(fù)合隔振器設(shè)計方法，具有實際工程意義。
　　(3)優(yōu)化了慣容-橡膠復(fù)合隔振器的相關(guān)參數(shù)。從隔振效果和使用壽命兩個角度，建立了

5、慣容-橡膠復(fù)合隔振器數(shù)學(xué)模型，包括設(shè)計變量（導(dǎo)程p、公稱半徑r0、滾珠半徑rb、滾珠數(shù)量 Z、滾珠與滾道之間的接觸角β）、幾何約束條件和力學(xué)約束條件、目標函數(shù)（傳遞率、穩(wěn)定傳遞率、有效頻率比、使用壽命）；基于遺傳算法，分析了最適合本文數(shù)學(xué)模型的交叉概率和變異概率；根據(jù)隔振效果和使用壽命之間的區(qū)別，對總目標函數(shù)設(shè)置了不同的權(quán)重，對不同權(quán)重進行了綜合分析，得到了總目標函數(shù)值最小的方案。為慣容-橡膠復(fù)合隔振器的優(yōu)化設(shè)計提供了方法指導(dǎo)與理論支撐

6、。
　　(4)實驗分析了慣容-橡膠復(fù)合隔振器的靜動態(tài)性能。設(shè)計了慣容-橡膠復(fù)合隔振器的靜態(tài)和動態(tài)實驗方案；分析了慣容-橡膠復(fù)合隔振器的靜剛度、動剛度、以及慣質(zhì)系數(shù)對慣容-橡膠復(fù)合隔振器隔振效果的影響。此外，基于實驗結(jié)果，定義了復(fù)質(zhì)量的概念，重新建立慣容-橡膠復(fù)合隔振器的動力學(xué)微分方程，推導(dǎo)了振動傳遞率，結(jié)果表明：針對于慣容器與橡膠復(fù)合并聯(lián)的隔振器，本文推導(dǎo)的振動傳遞率比經(jīng)典的ISD隔振系統(tǒng)傳遞率更加精確。研究結(jié)果提供了隔振效果相關(guān)