減震器選型方法

隔振器自身的剛度作用是在振動時會產(chǎn)生一個與振動位移成正比的恢復(fù)力，同時隔振器自身阻尼的作用是在振動時會產(chǎn)生一個和振動速度成正比的阻尼力。在被動隔振中，良好的隔振設(shè)計可使大部分的基座或基礎(chǔ)運動都由隔振器來吸收，即隔振的目的就是減少振動的傳遞率使基座或基礎(chǔ)的運動干擾盡量不向被保護的儀器或設(shè)備傳播，并使儀器或設(shè)備的振動響應(yīng)盡量保持最小。隔振器最終的設(shè)計應(yīng)該使隔振系統(tǒng)的固有頻率低，有可變的阻尼特性，使系統(tǒng)既不會有顯著的共振放大，同時又有良好的隔振效率，而且抗沖擊性能和穩(wěn)定性要好，因此，在設(shè)計隔振器的阻尼時應(yīng)同時考慮隔振系統(tǒng)的隔振效率和共振放大率，而隔振器的設(shè)計就是要適當選擇系統(tǒng)隔振器的阻尼及剛度^3.2橡膠材穗阻尼比*值橡膠材料1仃i.鹽化丁基膠0.34氯茉膠0.30硅橡膠0.28「精膠0.12天然皎0.07橡膠墊由于自身安裝比較方便，形狀可以根據(jù)需求制作，因此，微捷聯(lián)慣組的隔振器尺寸是根據(jù)慣組的實際安裝尺寸來設(shè)計車載環(huán)境中振動噪聲主要是集中在JOHz3Hz以及史商的韌率段，根據(jù)減振原理，要想隔離掉10Hz?處的振動噪聲，就必須使隔振系統(tǒng)的固有頻率在7Hz以下，即由隔振傳遞率曲線可知當激振頻率與固有撅率的比大于后時才會有隔振效果，而在實際「程中一般取該頻率比為25*.5.所以系統(tǒng)的固有頻率的范圍是同樣編離10Hz以上的振動噪聲時系統(tǒng)的固有腕率確定的方法同上，即在一定范圍內(nèi)，所設(shè)計的隔振系統(tǒng)的固有強率的值越低，振動噪聲被隔離的頻段就越富，因此，在:設(shè)計隔振系統(tǒng)時應(yīng)使隔振系統(tǒng)的固有頻率.盡匾偏低.微捷聯(lián)慣組和共安裝支架的總質(zhì)量大約是500后左右..因此，要采用四組對稱式的安裝方式，每組隔振器的平均承重質(zhì)量應(yīng)該是1N以上，即每組的隔振器承重的質(zhì)量是在12寵以上工通過以上分析,結(jié)合微捷聯(lián)慣組的實際尺寸最終確定的隔施系統(tǒng)的隔振器的結(jié)構(gòu)及實際尺寸如圖馬3所示，為了使慣組在各個疔向上解耦，選擇了四組仁橡膠墊，每組橡由仿真鰭果隔振結(jié)構(gòu)的固有誠率來看，隔振系統(tǒng)的一階I用有刑率為65NC4HZ.振型如圖4.4所示.慣性組合在垂篁方向上即沿Y軸產(chǎn)生廣線振動：隔振系統(tǒng)的二階困有頻率為66796Hz,振型如上圖44(b)所示，慣性組合沿X軸產(chǎn)生了線振動；隔振系統(tǒng)的三階固有頻率為66月67田，振型如上圖4.4(c)所示,慣性組合沿巳軸產(chǎn)生了線振動，由于振動耦合容易給系統(tǒng)引入偽運動信號，從而會影響慣導(dǎo)系統(tǒng)的測抗精度，因此避免或盡量減小振動耦合通常是建聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)隔振?設(shè)計的首要要求，仿真結(jié)果表明：在線振動輸入的情況下，隔振系統(tǒng)的前三階固有頻率為66Hz左右即在三軸上幾乎不存在振動耦合，”以宴現(xiàn)時高頻振動的有磁衰減。然而由以上車載環(huán)境振動噪聲的特點可知，噪聲主要集中在低頻段，目前的隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).其存在的問題姑各階的固有頻率偏高，對于車載環(huán)境振動嚎聲的隔離主要隔離的是中高頻的噪聲，對于低頻段的噪聲則不能隔離掉，因此就需要對隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來進行優(yōu)化設(shè)計.同時，由于車載環(huán)境中主要的噪聲源是垂直方向上的噪聲，因此在改進隔城系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該首先考慮隔離掉垂直方向上的噪聲，這就要求垂直方向上的固有頻率要相對減小，從而使其隔離的噪聲頻段變寬,針對以上所設(shè)計的隔振系統(tǒng)存在的問題，首先考慮如何能使隔振系統(tǒng)的垂直方向上的固有頻率降低，從而能使隔振系統(tǒng)能隔離掉更低頻段的振動噪聲.針對以上的隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還存在一個問題是隔振器的安裝方式在仿真過程中是可以直接來定義隔振器的固定面，從而達到最終的安裝方式，同時，在之前設(shè)計中采取這種安裝結(jié)構(gòu)主要是因為這種隔振器的安裝方式可以在各個方向能實現(xiàn)振動解耦，然而在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，這種安裝方式在車載環(huán)境中還是很不方便，盡管它具有以上所述的各種優(yōu)點⑶,叫考慮到在選擇隔振方式時，應(yīng)一先保證具有足夠的隔振效果，同時還力求經(jīng)濟合理,構(gòu)造簡單，旃工安裝和檢修方便;并盡可能降低隔振體系的質(zhì)量中心，以減小水平一搖攜振動，目前隔振方式主要有四種，而以上設(shè)計的隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要采用是其中的懸掛兼支承式隔振，由于這種結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，不方便安裝等，因此，在結(jié)構(gòu)改進上首先是改進隔振器的安裝方式，其它三種安裝方式有：支承式隔振、懸掛式隔振以及地面屏障隔振及隔振溝，其中，支承式隔振是隔離嚓向振動的主要隔振方式，其它兩種方式都是在特殊情況下用印名叫經(jīng)以上分析，首先是把隔振器的安裝方式改進為支承式隔振，相應(yīng)的隔振器也需要變化，經(jīng)過調(diào)研，決定采用YJ-A型精密器件全向隔振相，其單只承載重量符合微捷聯(lián)慣組隔振系統(tǒng)的平均承載重量，同時也適合支承式的安裝方式,隔振器的結(jié)構(gòu)尺寸如圖4.5所示：在改進后的微慣組隔振系統(tǒng)仿真中，由以圖4.7可知，系統(tǒng)的第一階固有頻率11.826Hz,仿真計算得到隔振系統(tǒng)的一階振型是沿Z軸產(chǎn)生的線振動；系統(tǒng)的第二階固有頻率11.831HE,仿真計算得到隔振系統(tǒng)的二階娠型是沿X軸產(chǎn)生的線振動；系統(tǒng)的第一階固有頻率24,296Hz，彷真計算得到隔振系統(tǒng)的二階振型是沿垂直方向上一的Y軸產(chǎn)生的線振動.從以上各向固有頻率的大小可知.改進后的隔振系統(tǒng)在X軸和Y軸的振動是相互獨立的，這兩個方向是不存在振動耦合的，而Y軸和X軸之間以及Y軸和Z軸之間的振動是存在振動耦合的.雖然現(xiàn)進前的隔振系統(tǒng)三軸的振動是相互獨立的，但是改進后各個軸向的固有頻率相對改進前是減小的，有效的提高了微慣組隔振系統(tǒng)的隔離噪聲的帶寬.隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行改進后再迸行分析計算，算次經(jīng)過分析驗證，星然改進后的隔振系統(tǒng)比起改進前的隔振系統(tǒng)在各個方向上是存在振動耦合的，但改進后的隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各階固有癡率都相對改進前減小了，從而能隔離掉更低頻率的振動噪聲，增加了隔振系統(tǒng)的隔離噪聲的帶寬■:2動剛度2.2隔振器性能指標確定讀IMU減振系統(tǒng)的振劭性能指標要求為：共振放大率4W3.5,固有頻率介于90'100Hz,由四個隔振器支撐,IMU質(zhì)量為1.7kg,假設(shè)每個隔振器均勻承載.則每個隔振器的承載載荷為4.105N,下面通過理論計算，初步確定隔振器的剛度和阻尼比范圍.幅振器的理論阻尼比確定由設(shè)計指標如隔振器共振放大率“53.工共振放大率計算公式如下：血—川+(4浦K中，尤為，頻率比，4為阻足比,由振動理論可知，當外界激振師率與系統(tǒng)仙I有頻率相等時，系統(tǒng)會發(fā)生共振，即：當九陽1時，^<3.5,帶入上式求得看N158初步選定察=0：1心222隔振器動剛度確定由固有腕率介于90?100Hz由隔振器的有腕率計算公式口I得隔振器的動剛度.若被隔振設(shè)備的總重量為電系統(tǒng)的固有頻率為/淵振瑞數(shù)目為人如果母個隔振器承栽均勻，時隔振器在垂直方向的動剛度為：u/匕014)ng由上式可計算得到隔振隅動剛度介于135.9N/nmi-167.8N/min之間，初步選定動剛度為IMTNAnm.通過分析結(jié)果，可以看川L6階模態(tài)振劑為IMU整體振動，分別為六個自由度方向上的平動和轉(zhuǎn)動，也即是系統(tǒng)振動在六個自由度方向是完全解耦的。7至13階模態(tài)振型為隔振器的局部變形/-6階模態(tài)頻率在56.67-189.53之間,而該IMU使用的陀螺抖動頻率在600Hz—800Hz左右，最大轉(zhuǎn)動角運動模態(tài)頻率為Z軸轉(zhuǎn)動固有頻率，數(shù)值為189.53Hz,也即是陀螺抖動頻率在隔振區(qū)內(nèi)，不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，從而該減振系統(tǒng)滿足減振要求,同時，由表4.1可見，系統(tǒng)三個自由度方向上的移動固有頻率基本相等，說明隔振器在三個方向的剛度是近似相等的，也進一步地驗證了優(yōu)化設(shè)計的正確性；轉(zhuǎn)動固有頻率相隔較遠，避免了由角振動相互耦合而導(dǎo)致IMU產(chǎn)生圓錐運動的可能.3.孫輝四個安裝點的減振器沿？軸方向剛度和阻尼取值相同，所以，姮=4匚+Kz=4*t以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相對于基座的均方根位移⑻<加程為約束條件.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)質(zhì)心沿z軸方向的加速度均方根%=屈朽最小為目標函數(shù)，剛度和阻尼值作為設(shè)計變量I對系統(tǒng)進行優(yōu)■]匕箕數(shù)學(xué)表達式為mincr=￡(z2)s.t, q_=、，E(S：)<2步出？ioon燈療，心，7ooow『0.05 <0.5 (3-44)u-2口標，計對本:例I'勺妁束優(yōu)化間總，工1.義寶廣注,將為束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化何題，然后用于何題模型法(5ub-pgblum)進行優(yōu)化。設(shè)迭代次數(shù)最多為30次，目標函數(shù)誤差精度為0.001，迭代15次后，得到最優(yōu)解.迭代過程見表12.加速度響應(yīng)的功率譜密度和激勵的功率譜密度曲線如圖3-3所示，目標函數(shù)加速度均方根變化曲線如圖3-4所示.將減振器阻尼和沿Z向剛度值$=0.43,￡=6309依/『代入，設(shè)置沿X軸、V軸方向剛度值的范用為1000心/1<^<7000^/?n選取剛度范圍內(nèi)任意值，即可求出與之相對應(yīng)的，系統(tǒng)受到沿x向加速度激勵時，產(chǎn)生的沿工向相對位移*角位移%的均方值和線加速度工、角加速度茄，的均方根，以及系統(tǒng)受到沿工向加速度激勵時，產(chǎn)生的沿y向相對位移“、角位移叫的均方值和線加速度反的均方根.為尋求沿X軸、F軸方向剛度值的最優(yōu)解，以這兩個變量為設(shè)計蹙量,系統(tǒng)產(chǎn)生的線加速度均方根和角速度均方根中的最大值最小為目標函數(shù)，相對位移小于匕,為約束條件?，對系統(tǒng)進行優(yōu)化，其數(shù)學(xué)表達式如下millmax(仃,，口尸仃加，仃郎)s.t.5=)須3：)<2mtn%=出S”2mm1000短信<Kx<7000融房1DOORg//MA>，7000^/1 (3.44)其中,3=J磯產(chǎn))、%=4E(F)、%=[e@；)、%,= ]

4.捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)振動控制技術(shù)研究_袁軍鋒解方程式?！?）可得到從被喊振設(shè)備傳遞到基礎(chǔ)上去的傳遞力幅信心同干擾力幅值/之比?fu/尤為力的傳遞率或稱為振動傳遞率丁.K表達式為:J”(印J”(印y"Ja—簫/；(2成㈤2(2-12)式中N為頻率比，A=—%出、色,為激振頻率和減振系統(tǒng)的固有頻率;」為阻尼比“消極隔振的振源是基礎(chǔ)的振動，減振效果用設(shè)備減振后的振幅（或振動速度、加速度）與振源振幅（■聶振動速度、加速度）的比值T表示，也稱斌振系數(shù)，若振源為基礎(chǔ)的垂直簡諧振動月=月5的覘，求得的了計算式公式（2.12》完全相同；⑴當期］時，廠圖1即當減振系統(tǒng)的固有頻率遠大于激振頻率時，沒有減振效果；（2）當；1娼1時，7T即h減振系統(tǒng)的固有頻率與激振頻率相近時，不但沒有減振效果而且通過喊振器把振動放大，增大阻尼可以曬孔機湍啟動和停止過程中經(jīng)過這個共拆區(qū)時的最大加幅：（3）“1號2時一，無論阻尼大小都有喊振效果,而旦隨唾率比%的增加減熱效果增加，在實際應(yīng)用中?般取用=2.5-50從上述圖3的?真結(jié)果可端看出,系統(tǒng)的一階振型固有踴率為理032Hz,一組拽型沿乙軸線振動0—階振型固有順率為29.652Hz,慣組模型汨Y軸線振動］二階振型固有頻率為46J71HZ,憒組模型沿X軸角振動.四階振型固有頻率為86.31IHi,慣組模型沿Y軸的線振動。仿真的結(jié)果表明：在上述隔振模式下，Z軸的線振動與X軸的角振動是相互耦合的，而Y軸的線振動。并振動是獨立的.隔振器的種類很多，但是針對以上要求，應(yīng)用于像捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)這樣的精密儀器設(shè)備的隔振器是有限的。目前，市場上可供選理隔振器件有金屬彈簧隔振器、橡膠隔振器、橡皎隔振型、海綁乳膠、空氣彈簧隔振肄等