收稿日期：２００８—１１—２４
万方数据
Ｍａｃｈｉｎｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ留Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ。Ａｕｇ ２００９，３８（４）：２２一刀
。２３・
・机械制造研究・
陶晓・钢丝绳隔振器性能研究
钢丝绳隔手辰器性能研究
陶晓１’２
（１．江南大学机械工程学院。江苏无锡２１４０６３；２．江阴职业技术学院机电工程系。江苏江阴２１４４００） 摘要：通过建立隔振系统数学模型研究了钢丝绳隔振系统的固有频率、阻尼、传递函数与外 激励均为非线性函数关系。并通过隔振器静态特性实验，绘出三个方向的载荷一变形曲线。证 明钢丝绳隔振器非线性特性的优点。 关键词：钢丝绳隔振器；简化模型；静态特性；非线性特性 中图分类号：ＴＨ７０３．６３；０３２７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１５２７６（２００９）０４－００２２－０２
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ ２１４４００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ
ｔｏ
ｍｏｄｅｌ
ｏｆ
ａ
ｗｉｒｅ－ｒｏｐｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ｎｏｎ・ｌｉｎｅａｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｔｏ
ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｄａｍｐｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｖｅ
ｃｕｒｖｅｓ
ｔｈｅ ｏｕｔｓｉｄｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ，ｇａｉｎｓ ｔｈｅ ｌｏａｄ・ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ
击，２００７（９）：５５－５９．
这使得它具有高的承载能力和低的隔振频率。另外，其非 线性刚度特性曲线表现出了很强的迟滞曲线特性，作为隔 振元件，较线性元件能够更多地吸收能量。
参考文献：
［２］刘广璞．王福明。樊文欣．钢丝绳隔振器动态特性试验研究
［Ｊ］．华北工学院测试技术学报，１９９９（３）：１８０・１８４．
［３］周强．钢丝绳隔振器的非线性特性及应用［Ｊ］．噪声与震动控
制．１９９４（８）：８－１１．
３结论
钢丝绳隔振器是一种具有多向承载的非线性特性的 隔振器（非线性刚度和非线性阻尼）。静态特性测试结果 表明，在Ｙ方向上，承载与变形的关系是一种软弹性关系，
［４］严东晋，李宣霖．丁娜娜，等．钢丝绳隔振器刚度特性静力试 验研究［Ｊ］．震动与冲击，２００７（５）：１４５．１４７．
图２隔振系统数学模型 ａ）隔振系统运动微分方程的建立
［肘］｛ｉ｝＋［ｃ］｛主｝＋［Ｋ］｛ｘ｝＝｛，｝
其中，｛一＝［０Ｃ２以＋尼：以］７
尼，数值很小，对高频段的次峰值响应有一定的影响。 １
引耻血翌互兰＃生业
０
求解运动微分方程得隔振系统稳态响应为；
ｍ。＋ｉＣｌ ｒｅ）
隔振系统数学模型建立
钢丝绳隔振系统可简化为图２所示力学模型。ｍ。为
则系统响应为：
ｘ２（Ｉｖ）＝ａ２幽积ｒ７Ｆ可虿而
其中：曰＝［（ａ■一＇ｙ２／ｚ）（１一ｙ２）一’，２］２＋４（２ｙ２（ａ２一
ｙ２／ｚ一，ｙ２）２。 ｂ）隔振系统参数的非线性
Ｘｌ（肜）＝ａ饥￣／（１＋（２打）２）／Ｂ
等效阻尼比：厶＝糕
３）振动传递率
当ｋ２》．ｉ｝，时，恐＝以则：墨＝以一Ｘ・
当ｎ职。时：
作者简介：陶晓（１９７２一），男，江苏江阴人，江南大学机械工程学院硕士研究生，江阴职业技术学院机电工程系讲师，研究方向为机械工程。
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万方数据
ｈｕｐ：ｆｆＺＺＨＤ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ
・机械制造研究・
陶晓・钢丝绳隔振器性能研究
令：ｉｘ＝ｍ２／ｍｌ，睨Ｉ＝毛／ｍｌ，晓＝如／啦，ａ＝％／取ｌ， Ｙ＝肜畋ｌ，ｆ＝ＣＩ／２，，ｈ％
Ｌ（彤）＝ａ２ｐ￣／（１＋（暂。Ｙ）２／Ｂ）
Ｌ＝ｃｔ２１Ｊ，以ｉ巧可可ｊ孤瓦ｉｉ可瓦
１）垂向固有频率以。
钢丝绳隔振器的刚度是非线性的，静压缩刚度与静变 形有如下关系：
当％／％》埘：乙：掣；
当形一％时ＩＬ呻。
由以上分析可知：钢丝绳隔振系统的固有频率、阻尼、
后。（Ｘｓ）＝磷
式中ｉＯｌ，卢为常数；以为静变形。
传递相对位移的变化关系为： 职Ｉ（ｘ，）＝ａ（Ｘｓ＋墨），／ｍＩ
式中：以为相对激励振幅。 ２）干摩擦等效粘性阻尼 ｃ。（ｘ，）＝４Ｌ／１ｒＷ（以）
２
钢丝绳隔振器性能试验研究
ａ）三向载荷一变形曲线
为便于试验特设计一钢丝绳隔振器，尺寸Ａ×Ｂ
Ｘ
Ｈ
＝２００
Ｘ
１００
Ｘ９０，利用拉压试验机，对隔振器分别进行垂
Ｘ２（ｖ／）＝二——————了—旦—。——。
ｈ—ｍ一酽＋喝形０ ，Ｉ一（１｜｝－＋ｉＣ－形）‰僵啊ｌ
隔振器承载质量，％为隔振器等效质量，ｋ。为环状钢丝绳
的弯曲刚度，后：为夹板的弯曲等效刚度，ｃ。为钢丝间的等 效摩擦阻尼，ｃ：为夹板的结构等效阻尼。
鼽卟五编甲”。：善州ｉＣ，¨ＩＶ）伽ｌ
当结构阻尼很小时：Ｃ２—＿’ｏ Ｅ－ｍａｉｌ：ＺＺＨＤ＠ｃｈａｉｎａｊｏｕｍａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ《机械制造与自动化＞
ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
钢丝绳隔振器是一种具有非线性特性和干摩擦阻尼 的新型隔振器，采用多股钢丝按一定方向缠绕而成的钢丝
绳作为弹性元件，由上下两组刚性夹板夹紧，结构示意图
如图ｌ。
＝瓦ｓｉｎｗｔ
图１钢丝绳隔振器结构示意图 其刚度特性为：环状多股钢丝绞合线的弯曲刚度；固 定夹板的弯曲刚度。对于宽频域隔振系统，环状钢丝绳的 弯曲刚度主要影响系统的低频特性，而夹板的弯曲刚度主 要影响系统的高频特性。阻尼效应为：存在于多股绞合钢 丝间的干摩擦阻尼，这种阻尼所耗散的能量集中在低频部 分，有效地抑制主峰值响应水平；金属夹板内部的结构阻
ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｍｅｒｉｔｓ ｏｆ
ｒｏｐｅ
ｉｓｏｌａｔｏｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅ－ｒｏｐｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ；ｓｔａｔｉｃ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｏｉｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｆｏｒ
Ｗｉｒｅ—ｒｏｐｅ
Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ
ＴＡＯ Ｘｉａ０１，２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ
２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４０６３，Ｃｈｉｎａ；
式中以——干摩擦力； ｘ。——相对激励振幅。
向（Ｙ向）、横向（ｚ向）、纵向（ｚ向）进行单向加载实验，可 得三向载荷一变形曲线图如图３所示。
Ｚ 岂 ｋ
Ｚ ＿
记 稼 ｛Ｉ簿
稼
ｊ｝辞
变形量Ｄ／ｅｍ
（ａ）Ｙ向
变形量Ｄ／ｅｍ （ｂ）ｚ向
变形量Ｄ／ｅｍ （ｃ）Ｊ向
图３载荷一变形曲线 ｂ）静态特性分析 由三个方向的载荷一变形曲线可知： １）静载荷一变形曲线在压缩状态下，垂向（Ｙ向）呈 “软化”特性，是软非线性刚度，而在横向（：向）和纵向（茗 向）呈“硬化”特性，是硬非线性刚度； ２）在变形范围内，正交三轴的平均刚度Ｅ：恐：Ｋ＝ ｌ：１：２，因此不同的承载方式，将使系统具有不同的固有频 率，这对控制冲击振动非常有利； ３）钢丝绳隔振器进行极限变形实验（即压缩到底 后），实验证明无任何机械损伤，具有恢复到平衡位置的 能力，静态性能稳定。 ［１］周桐，刘青林．钢丝绳隔振系统简化模型分析［Ｊ］．震动与冲