与其他固体工程材料相比,硫化橡胶有其独特的性能:橡胶柔软,弹性恢复好。 就单元的弹性存储容量而言,橡胶比任何其他固体材料都大; 同时,橡胶本身具有粘性。类似于工程中使用的粘锅,在粘性摩擦过程中吸收部分能量,但橡胶减震器在高频作用下比弹簧和粘锅减震器具有更大的柔韧性。 这些特性使得橡胶最适合作为减震材料,逐渐被人们所认识,因此越来越多的减震器被应用于各个部门,包括机械、车辆、飞机、船舶、桥梁、铁路等。近来多年来,还发展到大型建筑物也采用减振支座,以防止地面振动对建筑物造成危害。 可以说,一切运动的物体都存在质量不平衡或偏心,必然会产生振动。 如果没有有效的减振措施,很多振动都会导致部件的早期损坏,或者给人体带来不适和疼痛。
2.减振原理
(1) 无阻尼自由振动 图4-47 为无阻尼自由振动。 假设有一个理想的弹簧,它的一端是固定的,另一端绑着一个质量为 m 的钢球,弹簧可以沿着光滑的玻璃棒自由(无摩擦)滑动。 如果对物体(钢球)施加外力,则弱弹簧被拉伸或压缩产生±x位移。 立即撤去外力时,弹簧绕原平衡点O做来回运动,作周期运动,称为振动。 假设玻璃棒无摩擦,空气的摩擦力可以忽略不计,没有外界干扰,则这种振动称为无阻尼自由振动。 物体的执行力库F,根据牛顿第二定律:
(2)阻尼自由振动在无阻尼自由振动系统的基础上,增加阻尼项,阻尼常数为R,其中阻尼力F′=R; 力的方向与惯性力相反,在振动后的某一时刻达到平衡。
(3)冲击吸收 当橡胶支座用于吸收冲击能量时,称为缓冲器。 吸收能量的多少是缓冲器的重要性能指标之一。 缓冲器吸收的能量可分为两部分:一部分转化为弹性储能,该过程是可逆的; 另一部分转化为热能克服橡胶分子的摩擦,过程不塑化,吸收的这部分能量完全浪费掉了。 在相同的变形和反作用力条件下,吸收能量的大小与缓冲器本身的特性有关。
现在假设几个具有不同特性的缓冲器(称为弹簧),并分析它们对的吸收和应力(见图 4-48)。 在反作用力相同,吸收能量相同的情况下,比较变形的大小,可以得到如下顺序:
上升率>恒定率>预压缩或阻尼>下降率>恒定负载。
恒速弹簧是一种常见类型的弹簧,它吸收反作用力乘以变形的一半能量。 从以上排列顺序可以看出,恒载弹簧有效吸收能量。 但其缺点是自始至终产生的反作用力相同,没有由小到大的过渡期。 折衷方案是使用下降率、预压缩或阻尼弹簧。 对于无阻尼的理想弹簧,无论采用上述哪一种,其吸收的能量都是可逆的,即可以完全释放。 因此,振动幅度在受到冲击后没有衰减。 如果抗冲击的弱弹簧由橡胶承载,橡胶阻尼部分吸收的能量是不可逆的,因此冲击后的振幅将得到有效衰减。 of the value of the can make 橡胶弹簧 in the range pre- and load in terms of . 如果根据冲击情况,选择橡胶在冲击开始时的阻尼力,即变形趋于零时,阻尼力最大,而在冲击结束时,即弹性时力大,阻尼力为零,构成在受到冲击时,具有与恒载弹簧相同的特性,有效吸收能量,有效衰减冲击后产生的振动。 如图4-43所示橡胶弹簧,恒载弹簧正方形区域的虚线,在冲击的前半周期,橡胶的阻尼作用消耗了一半的容量(即二分之一正方形面积的),后半个周期再次消耗掉剩余的能量储存部分(三角形面积的一半,也就是说四分之三的冲击能量会在第一个周期消耗掉,这样之后的振动冲击会立即消除,所以用橡胶做缓冲。非常巡逻的材料。
2、几种常见的阻尼产品
一、橡胶枕垫介绍
橡胶轨枕垫是用于钢轨与轨枕之间的减振垫。 一般铁路铺设的钢轨每20米左右就有一个热胀缝,使列车在运行过程中产生剧烈的冲击噪声和振动,加速轮轨接触点的磨损,缩短机车的使用寿命; 同时也给乘客带来不适。 如果将这些膨胀接缝焊接起来,并打磨平整,就可以大大减轻列车的噪音和振动。 钢轨焊接后,膨胀时会稍微向下弯曲,因为有枕木垫垫,容易变形。 垫枕垫处有水泥轨枕的重量将钢轨拉下,限制钢轨变形方向。 枕木垫结构如图4-61所示。
A型有凹槽,在负载较小时仍具有较大的弹性。 当载荷增大时,橡胶被压缩填入槽内,具有足够的刚性。 这样,当列车钢质载荷发生变化时,自振频率波动幅度小,有利于减振。
2.橡胶空气弹簧
橡胶空气弹簧主要用于汽车、电车、铁路车辆的悬架系统。 它在胶囊内充满压缩空气,利用空气的弹性和橡胶的特性,获得全面的缓冲和减震效果。 充入的压缩空气的压力可根据载荷的大小进行调整,使减振系统的载荷和刚度保持在合适的值,使固有频率变化不大。 充气量的多少还可以调节车厢的高度,方便装卸货物。 图4-62为车辆悬架系统安装示意图。
3、橡胶护舷
橡胶护舷是船舶停靠时用于船舶与码头之间、船舶与船舶之间用以承受冲击载荷和吸收动能的一种橡胶制品。 与其他材料(如木材、麻绳等)相比,它具有最好的缓冲性能,所以一些发达国家采用橡胶护舷。
主要有压缩式、剪切式、扭转式,类似于减震器。 此外还有气囊式,主要用于大型船舶。 压缩式结构简单,加工容易,成本低,适用于中小型船舶的停靠和缓冲。 气囊护舷主要是利用空气的弹性来吸收能量。 与其他类型相比,它在对接时吸收更多能量并具有更大的接触面积。 护舷主要是利用空气的弹性来吸收能量。 与其他类型相比,它在对接时吸收更多的能量和触点。 面积大,护舷本身可以漂浮在水面上橡胶弹簧,能适应船舶的吃水和港口涨潮、傍晚引起的水面高度变化。 在储运过程中,可将气囊内的空气抽出,减少占地面积。 气囊挡泥板多为枕型,用织物加固,并装有安全装置,防止超载时爆破。 还有一种护舷是直接使用充气轮胎,用长轴串起轮胎。 串起的轮胎数量由轮胎的规格和船舶的动能决定。 轮胎护舷的另一个特点是它可以随着轮胎的滚动慢慢对接,以减少对接时对护舷的剪切应力。