阻尼减振橡胶简介及其应用场景

阻尼减震的基本原理

固体振动时，使固体振动的能量尽可能多地耗散在阻尼层中的方法，称为阻尼减震。

阻尼是指阻碍物体的相对运动、并把运动能量转化为热能或其他可以耗散能量的一种作用。
阻尼的作用主要有以下五个方面：
（1）阻尼有减小机械结构的共振振幅，从而避免结构因动应力达到极限造成结构破坏。
（2）阻尼有助于机械系统受到瞬间冲击后，很快恢复到稳定状态。
（3）阻尼有减少因机械振动所产生的声辐射，降低机械性噪声。
（4）可以提高各类机床、仪器等的加工精度、测量精度和工作精度。各类机器尤其是精密机床，在动态环境下工作需要有较高的抗震性和动态稳定性，通过各种阻尼处理可以大大提高其动态性能。
（5）阻尼有助于降低结构传递振动的能力。
从物理现象上区分，阻尼大致可分为以下6类：
（1）工程材料内阻尼
工程材料种类繁多，尽管其耗能的微观机制有差异，宏观效应却基本相同，都表现为对振动系统具有阻尼作用，因这种阻尼起源于介质内部，故称为工程材料内阻尼。
（2）液体的黏滞阻尼
在实际工程中，各种结构往往与流体相接触，而大部分流体都具有一定黏滞性，当这些结构相对其周围流体介质运动时，后者给前者以运动阻力，对振动物体做负功，使其损失一部分机械能，这些机械能最终转变为热能。
（3）结构阻尼与库仑摩擦阻尼
相互压紧的两个表面有滑动趋势，或者出现相对滑动时，这两个表面上立即产生一对方向相反的力，这就是干摩擦力，也叫做库仑阻尼力。
（4）冲击阻尼
冲击阻尼是另一种结构耗能方式。工程中可以通过设置冲击阻尼器来获得冲击阻尼，例如砂、细石、铅丸或其他金属块、以至于硬质合金等，均可用做冲击块，以获得冲击阻尼。
（5）辐射阻尼
当振动物体带动周围连续介质运动时，振动物体的一部分运动能量以波的形式传播出去。这些能量的绝大部分不再回到振动物体上，因此，振动物体损失了这部分能量，其宏观表现相当于存在做负功的阻尼力，这就是辐射阻尼。
（6）磁电效应阻尼
机械能转变为电能的过程中，由磁电效应产生阻尼，家用电度表中阻尼结构实质上就是机械能与电能的转换器，它产生的磁电效应可以称之为涡流阻尼。
阻尼减震的简要原理是，阻尼可使沿结构传递的振动能量衰减，还可以减弱共振频率附近的振动。常用的阻尼材料是那些具有显著内损耗、内摩擦的材料，典型的如沥青、橡胶以及其他一些高分子材料。

橡胶是一种很理想的阻尼材料，阻尼减震技术是利用橡胶特有的粘弹性，在震动过程中， 在外力作用下导致剧烈的内摩擦，产生了反作用力，将动能转化为热能，实现了能量转换，从而达到降低震幅的目的。 

减震橡胶的作用: 

代替金属弹簧起到消振,吸振作用.其主要的性能要求在静刚度、动刚度、耐久性能上。 

减震橡胶的特点: 

①橡胶是由多种材料相组合而成,同一种形状通过材料调整可以拥有不同的性能. 

②橡胶内部分子之间的摩擦使它拥有一定的阻尼性能,即运动的滞后性(受力过程中橡胶的变形滞后于橡胶的应力). 

③橡胶在压缩、剪切、拉伸过程中都会产生不同的弹性系数 

减震橡胶的性能特征：

静刚度的定义：指减震橡胶在一定的位移范围内,其所受压力(或拉伸力) 变化量与其位移变化量的比值.

动刚度的定义：指减震橡胶在一定的位移范围内, 一定的频率下, 其所受压力(或拉伸力)变化量与其位移变化量的比值.

动倍率的定义指减震橡胶在一定的位移范围内所测定的动刚度与静刚度的比值,即:Kd/Ks 

损耗系数: 在减震橡胶的受力过程中,橡胶的变形与橡胶的应力之间存在着一定的相位差,而橡胶的应力一般要超前于橡胶的变形一定的相位角δ 

扭转刚度: 指减震橡胶在一定的扭转角范围内,其扭转力矩与扭转角之间的比值. 

耐久性能:指减震橡胶在一定的方向一定的预加载荷、振幅、振动频率下,经往复振动n次后产品完好或将产品往复振动直至破坏时的振动次数, 耐久性能是衡量一个减震橡胶件的安全性能和综合性能的重要指标.

橡胶减震器作为一类重要的减震元件,已被广泛运用于各类机械、汽车、铁路机车、水上运输工具、飞机及其他航空器。可以说，凡是需要用到减震和隔震的地方都需要使用橡胶减震器。根据不同大的使用条件，橡胶减震器件可以设计成多种类型。目前常用的主要有以下十余种。

1)JP型橡胶减震器件：适用于电子仪器仪表，保护整机免受震动和冲击。

2)JPZ型三向等刚度减震器：主要用于宇航及航空仪器仪表。

3)JPZ型小型航空减震器：用于宇航、航空、航海等各种隔震及防冲击装置。

4)JG剪切减震器：用语风机、空压机、冷冻机、水泵及精密仪器仪表装置。

5)Z型橡胶等频减震器：广泛运用于各种机械、仪表、机床、设备等。

6)6JX型防冲击减震器：用于船舶、车辆及其他动力机械等。

7)6WN型内燃机车减震器：用于内燃机主机。

8)“31'型橡胶减震器：用于船舶主机和电子秤。

9)SH型双板式减震器：用于船舶机械和设备

10)JV型圆柱弹簧减震器：用于各种仪器仪表。

11)YU型圆筒形减震器：用于船舶主机、辅机及其他设备。

12)WJ橡胶减震器：应用十分广泛，可承受任意方向的载荷。

13)YXN、XN橡胶扭振减震器：用于汽车发动机曲轴系统。

橡胶减震器的主要性能测试项目是刚度和阻尼。就刚度而言，又按载荷速度的不同分为静刚度、动刚度和冲击刚度。下面就最常用的静刚度、动刚度和阻尼的测试方法作一简单介绍。

减振橡胶性能测试

(一)静刚度测试 

一般都是在万能材料试验机上进行的。试样应预压三次，再测定其数值。加载要缓慢而均匀。刚度大的减振器加载速度可适当加快;刚度小的减振器加载速度应慢些，以使减振器的变形速度大致相同。橡胶减振器在加载和卸载时所得到的载荷与变形曲线是不重合的，形成一滞后回线，如图2-1-8所示。这给计算刚度带来了一定困难。我们可以用加载与卸载的平均曲线来计算减振器的静刚度。计算式如下：Ks=2(P2-P1) δ2,-δ1, δ2-δ1 式中P1和P2应和减振器的额定负荷P大致保持如下的关系; P1=(0.5~0.75)P P2=(1.25~1.5)P δ1和δ1,为负荷P1下减振器在加载和卸载时的变形; δ2和δ2,为负荷P2下减振器在加载和卸载时的变形。一般来说，减振器的静刚度仅仅用于确定安装了减振器的机器设备的静平衡位置，或舰船、车辆斜倾摇摆时计算机器设备四周所留下的空间是否足够。实际上卸载的意义是不大的。因此可以只做出减振器的加载刚度曲线，并用它计算减振器的静刚度。这样做不仅简化了试验，而且得出的数据在一些场合下也更确切。此时计算Ks式可简化为：Ks=P2-P1 δ2-δ1

(二)动刚度和阻尼系数的测试

1.共振法 将橡胶减振器和质量为M的物体按单自由度振动系统安装在振动台上。

启动振动台，调节振动台的频率进行连续扫描，找出系统的共振点，测量在共振时物体的振幅x0、振动台台面振幅x0s及共振频率wn。根据振动理论可求得动刚度为 Kd=wn2.M 式中wn为角频率(rad/s)，与振动频率f的关系为wn=2∏f。

阻尼比 注意：①上述公式只有在共振状态下才能成立; ②调节振动台的激.振力，使振动台台面振幅大致在0.2~0.5mm范围内，使质量为M物体的共振振幅与减振器在静载荷作用下的总变形量不超过原橡胶高度的15±5%; ③在共振区测量应迅速而准确，以免减振器内部激剧生热而引起减振器温度升高，刚度减小，甚至损坏。

2.半功率点宽法 将激震器安装在由质量为M1、刚度为Kd、阻尼为C的橡胶减振器所构成的单自由度弹性系统上面或下面，如图2-1-10所示。M2为激震器中参加与M1一起振动的质量。系统中参加振动的总质量为M=M1 M2。由减振原理可知，只要测量出系统共振频率wn，质量为M的共振振幅x0和共振振幅下降至 的二个频率w1和w2，即可计算出动刚度、阻尼比，其计算式如下：动刚度Kd=wn2.M 阻尼比 w1—w1称为半功率点带宽。时域信号衰减法 使安装在减振器上的质量块共振(如敲击质量块或激震质量块)，停止扰动后，它便产生一个衰减的自由振动。用记录器和测振仪配合记录其衰减波，如图2-1-13所示。常用光线示波器记录这类信号，同时也记录下已知频率的讯号波，作为标准时间标记(例如50Hz的市电讯号)。将振动信号与标准时间标记作比较，就可以求得系统的自振频率wn，并由此计算出动刚度。根据振幅的对数衰减关系可求出阻尼比：式中xk和xk 1为衰减波上相邻两个振幅。