增加橡膠因素的空氣彈簧修正分析模型研究.pdf

1、外部傳遞來(lái)的振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響精密儀器設(shè)備的工作精度，為此，隔振器成為了保障精密儀器實(shí)現(xiàn)設(shè)定精度的重要手段，其中空氣彈簧因其高性?xún)r(jià)比，應(yīng)用較為廣泛。對(duì)空氣彈簧以往的研究通常忽略橡膠隔膜對(duì)其剛度的影響，因此導(dǎo)致分析模型計(jì)算出的隔振器剛度或固有頻率與實(shí)測(cè)數(shù)值存在較大誤差，為了彌補(bǔ)這一誤差，一些研究通過(guò)“逆向”方法對(duì)模型進(jìn)行了修正，在制造好的空氣彈簧上通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試橡膠剛度，而后與擬合后的空氣剛度進(jìn)行疊加獲得隔振器總的剛度，這樣對(duì)于初期設(shè)計(jì)非常不便

2、，且優(yōu)化設(shè)計(jì)需要的經(jīng)驗(yàn)、時(shí)間和成本都較高。為此，本文通過(guò)對(duì)橡膠進(jìn)行力學(xué)建模，彌補(bǔ)以往空氣彈簧力學(xué)模型中缺失橡膠隔膜力學(xué)模型的部分，以形成空氣彈簧更完整的分析模型，旨在設(shè)計(jì)之初就能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供一種更正向更準(zhǔn)確的分析&設(shè)計(jì)工具，而后通過(guò)參數(shù)優(yōu)化以及實(shí)驗(yàn)對(duì)空氣彈簧展開(kāi)更為進(jìn)一步的性能研究。
　　首先，針對(duì)隔振系統(tǒng)中空氣彈簧，將空氣彈簧的垂向總剛度分為腔室氣體剛度和橡膠隔膜剛度兩部分。其中腔室氣體剛度采用C.Erin線性分析模型，并獲

3、得其垂向剛度。橡膠隔膜剛度則通過(guò)力學(xué)建模方式，將橡膠隔膜分為數(shù)個(gè)分段，考慮到橡膠隔膜被空氣彈簧結(jié)構(gòu)限制的情況，橡膠只能在兩個(gè)方向上進(jìn)行拉升，即認(rèn)為每個(gè)分段隔膜可以簡(jiǎn)化為橡膠單向拉伸情況，依據(jù)經(jīng)典橡膠理論就存在建立解析或數(shù)值分析模型的可能。本文采用Mooney-Rivlin模型建立起橡膠隔膜每個(gè)分段的垂向剛度力學(xué)模型，而后獨(dú)立求解各個(gè)分段之后，根據(jù)各分段隔膜并聯(lián)方式，將各個(gè)分段剛度疊加獲得其在垂向總剛度。而后，將此橡膠隔膜剛度模型線性疊加

4、得到氣體垂向剛度上，獲得空氣彈簧總剛度。
　　其次，基于前述增加橡膠因素的空氣彈簧垂向剛度模型，進(jìn)行空氣彈簧參數(shù)優(yōu)化分析，以探索各個(gè)參數(shù)對(duì)空氣彈簧垂向剛度的影響。通過(guò)分析表明增加橡膠隔膜內(nèi)圈高度和外圈高度以及減小隔膜厚度和橡膠材料硬度對(duì)減小空氣彈簧垂向剛度影響較大，增大上腔室體積、下腔室體積對(duì)降低空氣彈簧垂向剛度影響較小，為空氣彈簧的設(shè)計(jì)指明了方向。而后為了得到最優(yōu)的隔振性能，將空氣彈簧參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為非線性約束單目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)