机械设计手册:单行本·机械振动·机架设计(第六版)
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4.2 不锈钢丝绳减振器

4.2.1 主要特点

1)金属材料制成 能抗疲劳、耐辐射、耐高低温。钢丝绳全部采用军用航空绳(1Cr18Ni9Ti不锈钢丝绳),固定板选用优质钢,表面电镀处理。特种也可选用1Cr18Ni9Ti不锈钢制作固定板(称全不锈钢)。

2)变刚度特性 在外载荷作用下,减振器弹簧的径向曲率半径随之发生变化,使得应力比应变呈软非线性特性,因此具有较好的隔冲效果。

3)变阻尼特性 当外界激励频率变化时减振器的阻尼也随之发生变化。共振点阻尼很大(CCc≥0.17)有效地抑制共振峰,越过共振点后,阻尼迅速减小,从而具有良好的隔振效果。

4)刚度大 能隔离任意方向的振动与冲击激励。

综合起来,钢丝绳作为减振元件具有低频大阻尼的高频低刚度的变参数性能,因而能有效地降低机体振动。与传统的橡胶减振器相比,除上述优点外,还具有抗油、抗腐蚀、抗温差、耐老化以及体积小等优点。

钢丝绳减振器的隔振效果主要取决于它的非线性迟滞特性,如图19-5-26所示。

图19-5-26 钢丝绳静刚度曲线

图19-5-27表明钢丝绳隔振器的加速度传递率。由该图可见,即使在共振情况下,钢丝绳隔振器的加速度传递率也小于1。

图19-5-27 钢丝绳隔振器的加速度传递率

图19-5-28为钢丝绳隔振器典型的隔振传递率曲线。

图19-5-28 钢丝绳隔振器典型的隔振传递率曲线

图19-5-29为钢丝绳隔振器典型的隔冲传递率曲线。

图19-5-29 钢丝绳隔振器典型的隔冲传递率曲线

钢丝绳减振器广泛地用于宇航、飞机、车辆、导弹、卫星、运载工具、舰船电器、舰用灯具及军用仪表仪器、海洋平台、高层建筑、核工业装置以及工业各类动力机械的隔振防冲。主要为轻型,重型及车用、船用、固定装置用或其他专用。例如有螺旋引进型、引进改良型(反螺旋形)、圆形、拱形(超重型)。圆形主要用于船用灯具、铁路、公路、大桥灯具及输送架、海洋平台照明灯具;重型或超重型实用性广,具备侧向承载能力强、固有频率较低的特点。其中两种形状见表19-5-19及图19-5-29。其他还有:JTF轻型钢丝绳减振器、GSF型钢丝绳隔振器、GJT重型负载系列钢丝绳减振器、HVG钢丝绳减振器FXG型非线性金属弹簧隔振器等。

表19-5-19 GJY型负载系列

注:生产厂家为常州环宇减振器厂。

减振器型号一般标明其品种、所选用的钢丝绳径尺寸和负载能力。

现在已有承载5~20000N的各种型号的产品,并可另行定制更小或更大的产品。

4.2.2 选型原则与方法

选型原则与方法如下。

1)在保证系统稳定性前提下,尽量降低系统动刚度,增大动变形空间。

2)首先知道物体大小和自身重量,自身重量平衡力点如何布局安装,隔振器安装布点应确保系统刚度中心与质量中心重合,有利于消除振动耦合。

3)物体所需要技术条件,如在什么样的环境中使用及它的冲击、振动频率是多少;系统最大冲击输入能量和冲击力应不大于隔振器许可值,并应适当增加所需的保险因素,使其能抗冲击又能防振动。

4)当设备高宽(或深)之比大于1时,应考虑增设稳定用隔振器。

表19-5-19为GJY轻型负载系列部分数据。还有GJTF型轻型负载系列,GJTZ、GJG重型负载系列(未列出)。

表19-5-20为“全金属钢丝绳隔振器通用规范”(SJ 20593—1996)的隔振器系列,按外形结构分为四类:T型——外形结构为条状螺旋体;Q型——球状体;B型——半环状体;QT型——外形结构为其他形状。T型全金属钢丝绳隔振器外形结构见图19-5-30。其主要承载方向见图19-5-31。结构形式有对称结构和反对称结构。T型全金属钢丝绳隔振器外形结构尺寸与质量见表19-5-20。其性能参数见表19-5-21。

表19-5-20 T型全金属钢丝绳隔振器外形结构尺寸与质量

图19-5-30 T型全金属钢丝绳隔振器外形结构

图19-5-31 T型全金属钢丝绳隔振器主要承载方向

表19-5-21 T型全金属钢丝绳隔振器性能参数

注:1.ΔSx、ΔSy、ΔS45、ΔSz分别为隔振器作纵向、横向、45°斜支承、垂向压缩支承时的最大动变形。见图19-5-31。
2.PxPyP45Pz分别为隔振器作纵向、横向、45°斜支承、垂向压缩支承时的最大冲击力。
3.EmxEmyEm45Emz分别为隔振器作纵向、横向、45°斜支承、垂向压缩支承时的最大承受输入能量(能容)。

表19-5-22为其安装方式。

表19-5-22 GG系列钢丝绳隔振器安装方式

4.2.3 组合形式的金属弹簧隔振器

图19-5-32为FXG型非线性金属弹簧隔振器简图,是由钢板和金属弹簧组合而成,钢丝绳作侧向限位和阻尼作用,同时在受冲击时分担了一部分冲击力。产品低频性好,阻尼比大,结构简单,适用于各类动力设备的隔振。

图19-5-32

图b为非线性复合阻尼隔振器(GB/T 14527—2007),它配有非线性的阻尼隔振器与刚性负载组成的弹性系统,适用于电子设备、仪器仪表隔板、防冲击使用的隔振器和阻尼器的设计、生产和验收。