慣容-橡膠復合隔振器優(yōu)化設計與隔振性能研究.pdf

1、隔振器是船舶及海工動力機械設備必不可少的輔助部件，為了保證動力機械工作安全，這類機械設備大多數(shù)采用橡膠隔振器隔離基礎與設備之間的振動傳遞，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計中去，并且進行了校核優(yōu)化與實驗研究，為慣容-橡膠復合隔振器的進

2、一步設計和完善提供了理論基礎和實際參考，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。這些研究結果有利于滾珠絲杠式慣容器的精準化設計及其在工程減振系統(tǒng)中的應用。
　　(2)設計了一種慣容器與橡膠金屬復合件并聯(lián)的復合隔振器產(chǎn)品——慣容-橡膠復合隔振器?；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)電機組為設計對象；根據(jù)相關手冊，詳細設計了慣容器中的滾珠絲杠副，包括滾珠絲杠副的

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

5、慣容-橡膠復合隔振器數(shù)學模型，包括設計變量（導程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)設置了不同的權重，對不同權重進行了綜合分析，得到了總目標函數(shù)值最小的方案。為慣容-橡膠復合隔振器的優(yōu)化設計提供了方法指導與理論支撐

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