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金属丝网隔振器的研制与试验研究

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  • 发布时间:2014-11-06
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Development and Test of M etal W ire Net IsolatorQINJie,SHI Yong-ning(Aircraft Strength Research Institute of China,Xi an710065,China)Abstract:One set of metal wire net isolator was developed and tested for airborne equipment,which included three models。

Load and exciting frequency of airborne equipment was checked in three directions.Natural frequency and stiffness of metal wirenet isolators was determined.Non-symmetry gravity center arrangement of the metal wire net isolators was designed.Dynamiccharacteristic and durability test result showed that the wire net isolators can restrain resonance effectively,which have beterdamping and broadband frequency isolating effects;the isolation efi ciency is 81%.It was concluded that the wire net isolator can beused as vibration isolator of airborne suspension system。

Key words:wire net isolator;non-linear;the characteristic of dynamic test;endurance test随着飞机、船舶、车辆的速度和机动性的提高,振动与噪声已成为影响乘坐舒适性和引起仪器损坏的-个突出问题,更为重要的是 ,强烈的振动会使机体结构长期处于交变应力作用下从而发生疲劳断裂。于是人们对机载设备的减振性能提出了更高的要求,由此出现了许多新型减振器,例如:钢丝绳u 、钢丝网减振器,复合材料制成的减振器,还有-些智能材料制成的减振器 。另外 ,非线性减振器也是近年来发展较快 、研究较多的-类减振器 ,如金属橡胶减振器 、金属丝网隔振器 等○属丝网隔振器作为-种新型隔振器,具有变刚度、大阻尼、环境适应能力强等特点。

收稿日期:2012-12-01作者简介:秦洁(1981-),女,山东潍坊人,硕士,工程师,研究方向为振动控制。

· 110· 装 备 环 境 工 程 2013年04月笔者针对某机载设备的特殊要求,专门设计加工了金属丝网隔振器 ,通过该套隔振器工作原理的分析、动态特性及耐久性等的测试试验,对金属丝网隔振器在机载设备悬置系统中的应用进行了研究探讨。

1 金属丝网隔振器动态特性参数设计流程1.1 隔振的基本原理金属丝网隔振器是采用不锈钢金属丝网块作为弹性元件的-种新型隔振器,其主要工作原理是利用网块在负载作用下丝间滑移所产生的干摩擦阻尼,大量吸收和耗散系统能量,达到隔振和缓冲的目的。

根据动力学原理,机载设备隔振系统如图1所示,其运动微分方程为:mxc( -厶) ( -u)0mxc立 c五ku c n COS totku0sin t式中to 为固有频率, k/m。

1.2 设计流程- 般情况下设计流程是 :根据振源类型、隔振器的安装参数及布置方式 ,设计合适的隔振器;然后审核其隔振效果。具体设计流程如图2所示。

图2 隔振器设计流程Fig.2 The flow block diagram of vibration isolator design2 金属丝网隔振器动态特性参数设计, 为阻 分析罔1机载设备隔振系统Fig.1 The diagram of vibration isolating system for airborneequipment由传递系数表达式可以得出,当(to/to )>时,频率比越大,隔振效果越好。但频率比过大,意味着隔振器要设计得很软,相应的体积也要增大,导致稳定性降低。当(to/ )I>5以后,叼值变化不明显。因此,根据理论分析和实践经验。(to/ )值-某机载设备外形尺寸为 160 mil×1 15 tnm x37.6 ruf1,质量为5.4 kg,质量接近均布,最低激励频率40 Hz,要求减振器的隔振效率不低于65%,设备外形尺寸和隔振器根据机载设备特点采用吊装,给定的隔振器的布置形式和可利用空间如图3所示。

.J 2:图3 隔振器安装示意Fig.3 The diagrammatic skelch of mounting vibration isolator根据隔振器布置和机载设备质量161确定了 个安装点处的承受载荷 ,分别为0.3,2.0,3.2 N。采用.二三个不同型号隔振器构成-套隔振系统,隔振器型第 10卷 第2期 秦洁等:金属丝网隔振器的研制与试验研究号分另0是 JWZ-L3403,JWZ-IA620,JWZ-L4832,女口图3所示。

2.1 确定隔振器的固有频率机载设备最低激励频率为40 Hz,最低激励频率与固有频率比厂/ -般应i>2.5,频率比取3,可求得Z向上的固有频率:ff/3l-3 Hz,∞。-fz×2耵83.73 rad/s。

2.2 计算耦合振动频率由理论力学可知,机载设备对X轴和y轴的惯性半径为:i / /m/(B H2)/120.0369 mi √I /m:√0A H /120.0474 m式中:A,B,日为机载设备尺寸;m为机载设备质量。隔振器高度h 0.024 m,机载设备重心距隔振器地面高度则为:hH/2h隔O.0428 1TI。

采用 吊装 时 ,横 向刚度 的取值范 围为 :kxy-(0.25~0.5) ,取k/kzky/kz0.4,a。,a:,b为隔振器安装尺寸~以上参数带入下式中:- - - 岩,可求得各耦合振动频率:-54.47 rad/s 259.51 rad/s 348.42 rad/s 8.67 Hz 9.48 Hz 7.7l Hz以上三个耦合频率均小于最低激励频率,符合要求。

2.3 隔振器的刚度与隔振效率隔振系统总刚度为 mo) 3.79×10 N/m;每个隔振器刚度为ki kJ31.26×10 N/m。

隔振系统的隔振效率为:, 1- 1-/1(2(r)2 81%式中:丁为传递系数; 为隔振器的阻尼比,阻尼比取为0.2;r为频率比。说明三个不同型号隔振器能够满足隔振要求。

j个不同型号隔振器承受载荷不同,刚度相同,且隔振器采用非对称于机载设备中心的参考坐标面布置,理论计算得到的隔振效率满足振动要求。

JWZ-L4620和JWZ-L4832采用小于0.2 mm的金属丝网材料和小于2 mm直径的弹簧。

3.1 金属丝网隔振器的动态特性试验动态特性试验依据某机载设备功能试验谱进行。

试验内容 :金属丝网隔振器的动态特性试验是在载荷为55 N,加速度有效值为7.8譬(隔离频带 10~2000 Hz),扫描时间(10~2000 Hz)为 10 min的条件下进行的功能试验 ,分别测定X,Y,Z方向的固有频率、共振放大因子及隔振效率等。

由表 1可见,X,Y,z方向的频率为 l3.75~35 Hz,避开了机载设备常用标准工况下共振频率,共振放大因子为1.48~1.91,可有效抑制共振峰 ,具有良好的缓冲隔振效果 ,隔振效率为83.1%~89.92%,因此隔振器设计方案是合理的。

表1 隔振器动特性数据Table 1 The dynamic characteristic data of the vibration isolators3 隔振器的动态特性试验 百 丽 频带/H基于非线性隔振理论,JWZ-L3403采用小于O.1mm的金属丝网材料和小于 2 mm直径的弹簧;· l12· 装 备 环 境 -r 程3.2 金属丝网隔振器的耐久性及最终共振检查试验耐久性及最终共振检查试验的目的是确定隔振器在规定时间(4 h)内能否承受预期的振动应力,经耐久试验后动特性无大的变化,并对隔振器网垫有否断丝 、破碎及结构损坏等现象进行宏观物理检查。试验依据某机载设备功能试验谱的1.6倍进行。耐久试验前后隔振器的动特性变化的对比情况见表2表2 隔振器耐久试验前后动特性比较Table 2 Dynamic characteristic comparison before and afterendurance test试验方向 频率/Hz共振放大因子 隔振效率/%隔离频带/Hz从表2可见,隔振器耐久试验前后, 向、Y向、z向动特性变化很校X向固有频率降低了3.75 Hz,Y向固有频率无变化,Z向固有频率降低了3 Hz; 向共振放大因子增加了0.32,Y向共振放大因子增加了0.05,z向共振放大因子降低了0.01; 向隔振效率增加了0.54%,Y向隔振效率降低了0.76%,z向隔振效率增加了 1.53%。耐振试验后将隔振器在现场分解 ,宏观物理检查发现,隔振器网垫未出现断丝、破碎现象,结构完好。

4 结论1)通过理论计算得出了非对称于机载设备中心的参考坐标面布置、由三种不同型号隔振器构成的隔振组合应用于某机载设备隔振系统,隔振效率为81%,理论上达到了较好地隔振效果。

2)隔振系统在经历4 h的耐久试验后 ,隔振器结构完好,未出现断丝和破碎现象,隔振效率均大于82%,隔振效率仍比较理想。

3)理论计算过程将机载设备模型做了简化,本次耐久试验4 h,隔振器按照非对称于机载设备重心参考坐标面的形式布置。JWZ-L3404隔振器的振幅较其他两个型号隔振器振幅大,如果延长耐久试验时问,JWZ-L3404隔振器可能首先失效,今后还需进- 步研究以提高对机载设备的隔振水平。

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