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弹塑性隔振元件 |
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作者：燕山大学 李仕华 |
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摘要：介绍了弹塑性隔振元件的工作原理、特点及其应用范围。并以实例对弹性隔振元件与弹塑性元件进行了比较。
关键词：振动；隔振元件；工作原理
一、引言
大多数的机械设备在进行工艺加工时，都会出现不同程度的振动。这种振动会对设备的本体和被加工件的质量等方面产生很大的影响。为了消除振动带来的不利的影响，一般需对设备采取隔振措施。
目前，机械设备所采用的隔振措施有很多种，但从隔振元件的材料变形性质的角度去分析，大致可分两种。一种是用弹性隔振元件(如弹簧)隔振；另一种是用弹塑性隔振元件(如图1)隔振。上述两种隔振元件各有所长。在考虑隔振问题以防极大的冲击载荷时，由于塑性材料可吸收高能量，因此，采用弹塑性组合元件可很有效的、经济的解决问题。 
图1弹塑性元件
二、弹塑性隔振元件的工作原理、特点及其应用范围
弹塑性隔振元件的作用是通过元件发生弹塑性变形来吸收振动能量，从而达到减振的目的。弹塑性隔振元件同纯弹性元件比较，其优点可以从下面的应力图中看出。图2表示理想弹塑性材料的应力变形图；图3为理想弹性元件应力变形图。曲线下面的阴影部分表示隔振元件接收的能量。从图中很明显地看出，弹性元件的效率大致只为弹塑性元件的50%。如果给定允许变形Xmax，则在弹性情况下残余力Pmax值是在弹塑性状态下的两倍；当看作残余振动时，区别更加明显。在弹性状态下，振幅保持a＝±Xmax，但在弹塑性情况下，a＝±Xe是余留的位移振幅，它可用改变组合元件的设计来进一步调整。 
图2理想弹塑性材料的应力变形图 图3理想弹性材料的应力变形图
另一方面，弹性变形的范围，即力Pmax和弹簧系数C之间的比例，可以通过选择一定的弹簧系数C来对特殊的减振难题进行微调。例如，可把振动看作是弹性元件所进行的弹性变形，这时C值选择可保证对正常运行振动的减振效果。塑性变形元件吸收的不可恢复的能量可以调整，而不取决于弹簧系数C去适应期望的位置变动。
弹塑性隔振元件的应用越来越广泛，应用范围大致有以下三个方面：
(1)直接吸收动能的单个元件。这种装置保护极大冲击载荷只发生一次，允许永久变形；这些元件主动或被动隔振的例子可从文献［1］中看到。
(2)用平行弹簧吸收振动能量和有限的周期数的相应振幅作衰减的组合元件。允许的周期数取决于采用的材料。
(3)除了减振和防护外，还可以作为隔音材料用于隔离频率通过固体传递的声音。
三、实例
根据上述的分析可知，弹塑性隔振元件较纯弹性隔振元件有很多的优点。下面以实例进行比较。例：大门入口的电梯竖井。竖井底载荷能力4MP/m2。万一钢丝绳失效，基础冲击减振可保护以免平衡重压碎底部。为了简化计算，假定：落下重0.2MP/m2，相应冲击能量ekin＝1Mp/m。
(1)弹簧钢制成的弹性冲击吸收器，因ekin＝0.5qmax．Xmax，可得下述结果：
弹簧需要的变形Xmax＝50cm，总高75cm，弹簧钢每m2为105KP。
(2)10%弹性变形的结构钢制成的弹性塑性冲击吸收器，根据ekin＝0.95qmax．Xmax，可得下述结果：
需要变形Xmax＝26.4cm，总高35cm，结构钢每m2为32KP。
从以上的结果可看出，用弹塑性隔振元件可降低元件的高度，节省材料，降低成本。
此外，选用适当的阻尼器(s1系列)，弹簧所需的变形可减至5cm，残余变形为3cm。同时，弹塑性相结合可降低基础对各种交变载荷所引起振动的灵敏度。
四、结论
通过对弹塑性隔振元件的分析，可以得出：弹塑性隔振元件具有隔振效果好、经济等方面的优点。
参考文献
1GERB Vibration-Isolation Systems.GERB Gesellschaft fr Isoliorung mbH & COKG.(end)
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(4/1/2007) |
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