彈性元件的機(jī)械阻抗理論研究

棗莊科技職業(yè)學(xué)院 劉力瑗

彈性元件的機(jī)械阻抗理論研究

棗莊科技職業(yè)學(xué)院 劉力瑗

本文通過對圓柱型減振器這一典型彈性元件阻抗理論的探究，進(jìn)一步分析了彈性元件的工作頻率及其他因素對機(jī)械阻抗特性的影響情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)對彈性元件機(jī)械阻抗理論的深入研究是提高隔振系統(tǒng)隔振效果的必要條件。

參數(shù)識(shí)別技術(shù)；彈性元件；機(jī)械阻抗；理論分析

近些年來，機(jī)械阻抗及其參數(shù)識(shí)別技術(shù)在諸多工程技術(shù)領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。它的應(yīng)用不僅為機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了有利的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為彈性設(shè)備的研制提供了有利的技術(shù)保障。本文首先對圓柱型減振器這一典型彈性元件進(jìn)行了理論分析,隨后對實(shí)際彈性元件及理想彈性元件的阻抗與傳遞率分別進(jìn)行了分析。其結(jié)果表明：通過分析理想彈性元件的阻抗，對隔振系統(tǒng)低頻特性進(jìn)行分析，是十分必要的，而通過測量實(shí)際彈性元件的阻抗，對由其構(gòu)成的隔振系統(tǒng)特性進(jìn)行全面分析是十分有效的。

1 機(jī)械阻抗及其參數(shù)識(shí)別技術(shù)

目前，機(jī)械阻抗及其參數(shù)識(shí)別技術(shù)不僅在國外取得了快速的發(fā)展，而且在國內(nèi)也得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械阻抗及其參數(shù)識(shí)別技術(shù)是多學(xué)科的綜合體，這種新型技術(shù)的產(chǎn)生不僅以理論研究為基礎(chǔ)，同時(shí)還涉及了試驗(yàn)研究等諸多方面。近些年來，機(jī)械阻抗及其參數(shù)識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在我國諸多工程技術(shù)領(lǐng)域，如機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)、彈性設(shè)備的研制等領(lǐng)域，占據(jù)了重要的地位。這種新技術(shù)的廣泛應(yīng)用引起了人們對機(jī)器與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題的深入分析及研究，為工程技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了可靠的信息和有利的時(shí)機(jī)。

2 橡膠彈性元件

低頻段及高頻段是橡膠彈性元件較為常見的兩種工作頻率。低頻段具體指彈性元件的工作頻率處于0～100Hz之間，此時(shí)的彈性元件可被看作一個(gè)集中參數(shù)元件，而這個(gè)集中參數(shù)元件則是由剛度和阻尼構(gòu)成的。高頻段具體是指彈性元件的工作頻率處于100～1000Hz之間，此時(shí)剛度對彈性元件作用的發(fā)揮起主要的作用。對于橡膠體而言，其低頻特性與高頻特性不同，彈性元件工作頻率的改變可以導(dǎo)致其機(jī)械阻抗特性的變化，換言之，即彈性元件的機(jī)械阻抗特性可以隨著工作頻率的改變而改變，最終整個(gè)隔振系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞特性也可能因此發(fā)生改變。

3 彈性元件機(jī)械阻抗理論研究

3.1 傳遞率的比較

選取某型圓柱橡膠減振器進(jìn)行理論分析，通過對比理想彈性元件及實(shí)際彈性元件阻抗及傳遞率發(fā)現(xiàn)：處于低頻段時(shí)，實(shí)際彈性元件與理想彈性元件的相差并不明顯，但處于高頻段時(shí)，理想彈性元件與實(shí)際彈性元件的相差較為顯著，尤其在隔振效果方面，理想元件較實(shí)際元件要好。另外，一般來講有諸多高頻波峰出現(xiàn)在彈性元件的傳遞率曲線上，這一現(xiàn)象又被稱為高頻波動(dòng)效應(yīng)。該系列的高頻波峰并不是隨意出現(xiàn)的，其波峰出現(xiàn)的頻率是有規(guī)律的，并且與傳遞阻抗的高頻波峰頻率相互對應(yīng)。對于高頻波動(dòng)效應(yīng)產(chǎn)生原理，一般可以認(rèn)為是：傳遞阻抗會(huì)在該一系列峰值處迅速增加，等同于彈性元件所維持局部狀態(tài)有所改變，且開始向“鋼化”狀態(tài)轉(zhuǎn)變，從而使傳遞率相對增加。

3.2 傳遞阻抗的對比

處于低頻段時(shí)，理想元件傳遞阻抗與實(shí)際彈性元件基本一致。而處于高頻段時(shí)，由于橡膠體具有一定的質(zhì)量和剛度，這一固有特性造成了該頻段上翹波峰的形成。從研究結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)特性是影響傳遞阻抗的主要因素，而兩端金屬體質(zhì)量對傳遞阻抗的作用并不是很大。

3.3 端點(diǎn)輸入點(diǎn)阻抗的對比

從端點(diǎn)輸入點(diǎn)阻抗這一方面分析發(fā)現(xiàn)，無論處于低頻段還是高頻段，理想彈性元件的阻抗值與實(shí)際彈性元件的基本一致。另外，由于輸入端質(zhì)量與橡膠體產(chǎn)生的固有頻率改變，使得輸入力在共振頻率處大大下降，造成阻抗谷底的產(chǎn)生，從而形成阻抗曲線中的第一波谷。而橡膠體固有特性的耦合結(jié)果造成了高頻段小峰谷的出現(xiàn)。橡膠體質(zhì)量明顯小于端部金屬體質(zhì)量，因此耦合度較低。如果橡膠體質(zhì)量與端部金屬體質(zhì)量基本一致時(shí)，其耦合度就會(huì)相對增高，從而加大了理想彈性元件及實(shí)際彈性元件在高頻段的壓力，這樣就會(huì)使理想彈性元件與實(shí)際彈性元件的輸入點(diǎn)阻抗出現(xiàn)差異。

4 結(jié)束語

從上述研究發(fā)現(xiàn)，通過分析理想彈性元件的阻抗，對隔振系統(tǒng)低頻特性進(jìn)行分析，是十分必要的，而通過測量實(shí)際彈性元件的阻抗，對由其構(gòu)成的隔振系統(tǒng)特性進(jìn)行全面分析十分有效。

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劉力瑗，女，1987年出生，本科，助教，研究方向：機(jī)械工程。