橡胶阻尼式扭转减振器固有频率计算和测试方法,此文是一篇固有频率论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
固有频率论文参考文献：
摘 要：设计了橡胶试片静动态剪切特性实验夹具,测试得到了橡胶试片在不同压缩比下的静动态剪切特性.建立了表征橡胶试片静动态剪切特性的Kelvin-Voigt本构模型、Maxwell本构模型和分数导数本构模型,提出了由实验测得的橡胶试片剪切特性曲线来识别各模型参数的方法.给出了基于这3种本构模型计算橡胶阻尼式扭转减振器固有频率的方法,计算了一扭转减振器固有频率,并和测试值进行对比.结果表明：基于Kelvin-Voigt模型计算得到的固有频率不随激振振幅的变化而变化,不能表征振幅相关性,而Maxwcll模型和分数导数模型计算固有频率能表征振幅相关性.大振幅激励时,利用Maxwell模型计算的固有频率和实测值的误差较大；在各种激励振幅下,利用分数导数模型可较准确计算出减振器的固有频率.
关键词：扭转减振器；橡胶；模型参数测试和辨识；固有频率测试
中图分类号：U464.133+3
文献标志码：A
文章编号：1004-4523（2015）04-550-10
引 言
减少发动机曲轴扭转振动的常用方法是在曲轴前端安装减振器.橡胶阻尼式扭转减振器因为结构简单、成本较低,而广泛应用于乘用车发动机的曲轴减振.橡胶阻尼式扭转减振器的固有频率是其最重要的性能参数之一,在扭转减振器惯量环的惯量一定的情况下,其固有频率和橡胶圈扭转刚度、阻尼等有关.而橡胶圈扭转刚度、阻尼跟橡胶圈压缩比、激振频率、激振振幅密切相关.由于橡胶阻尼式扭转减振器固有频率受多种因素影响,以往的橡胶阻尼式扭转减振器的设计开发是一个不断试验、修正的复杂过程.目前关于橡胶阻尼式扭转减振器固有频率计算方面的研究工作较少.因此,研究橡胶阻尼式扭转减振器固有频率计算方法具有较重要意义.
在橡胶动态黏弹性力学特性的研究中,广泛应用Kelvin-Voigt,Maxwell、分数导数等力学模型.Berg等将Maxwell力学模型应用于轨道车辆橡胶隔振器动态特性计算,并取得了良好的效果.Ostberg等使用分数导数模型对一橡胶隔振器进行建模,提出一种计算空心圆柱形橡胶隔振器动刚度的方法.
本文测试了用于扭转减振器橡胶圈的橡胶试片在不同压缩比下,静态力和位移关系特性,测试了橡胶试片动态剪切特性和激振频率的关系.进行了在不同角位移激励下,橡胶阻尼式扭转减振器固有频率的测试.分别用Kelvin-Voigt,Maxwell,分数导数模型描述橡胶材料的黏弹性特性,通过测试得到的橡胶试片的静动态特性,经计算分析,得到了Kelvin-Voigt,Maxwell,分数导数本构模型中的参数.利用这3种模型计算橡胶扭转减振器的固有频率,并和实验值进行了对比.
1 扭转减振器固有频率和橡胶试片静动态特性实验
1.1 固有频率测试实验
橡胶阻尼式扭转减振器结构和固有频率测试实验分别见图l和2.
固有频率测试时,扭转减振器的惯量环处于自由状态,轮毂和实验台的激振轴紧固联接.试验台激振轴对轮毂产生恒定振幅角位移激励.在激振轴和惯量环外缘安装两个加速度传感器,测量其切向方向加速度.对惯量环上的加速度和激振轴上的加速度相除,可得到一传递函数,其幅值的峰值所对应的频率为减振器固有频率.图3某减振器固有频率测试曲线,由图可见,在频响函数达到峰值时,滞后角为-90°,测试得到的固有频率为357Hz.
1.2橡胶试片剪切试验
扭转减振器工作时,联接轮毂和惯量环的橡胶圈每一小段微元均处于剪切状态.为了表征其受力情况,得到橡胶阻尼式扭转减振器中橡胶圈的静、动态特性参数,本文设计了橡胶试片剪切实验工装,进行了和扭转减振器相同材料的橡胶试片静动态特性实验.
橡胶试片剪切实验工装见图4.实验工装包括运动块（1）、锁紧块（4,7）、转接块（5）、夹板（2,10）、橡胶试片（8）、垫片（9）和紧固螺栓.在MTS831弹性体实验台上进行橡胶试片静态剪切及动态剪切实验.运动块（1）和MTS弹性体实验台运动端联接,锁紧块（4,7）通过转接块（5）和MTS弹性体实验台固定端联接.在运动块（1）和两个锁紧块（4,7）中间放人两个橡胶试片.两个橡胶试片对称布置.在两个锁紧块外部套上两个夹板（2,10）.橡胶试片压缩量和压缩前的厚度之比定义为压缩比.在两个夹板中间可安装垫片,通过不同厚度垫片的组合可以实现不同的压缩比.
试验橡胶试片的材料和尺寸参数见表1.其中Ao和do为橡胶试片压缩前的面积和厚度.
在橡胶试片准静态试验时,对橡胶试片的运动块施加低频稳态简谐位移激励,测试工装固定端力随位移激励的变化关系曲线.为了尽量减少黏性力影响,应采用较低激振频率和较大激振振幅.本实验采用激振频率为0.2Hz,振幅为5mm的稳态简谐位移激励,分别进行压缩比从20%到50%的准静态剪切实验,记录橡胶试片的力和位移关系如图5所示.
在橡胶试片动态剪切试验时,为了尽量减小橡胶块内部摩擦力的影响,应采用较小激振振幅.本实验的激振振幅为0.1mm,激振频率范围为5～500Hz.动态剪切实验时,记录橡胶试片剪切动刚度随激振频率的变化关系曲线,如图6所示.橡胶试片静动态特性的实验方法和数据处理方法可参考文献.
2 橡胶阻尼式扭转减振器力学模型
将扭转减振器的轮毂和惯量环简化为转动惯量为Jh和Ji的惯量盘,其扭振角分别为θh和θi,如图7所示.将橡胶圈简化为具有刚度和阻尼的黏弹性元件,采用不同方法表征黏性特性时,就得到不同力学模型.
2.1 Kelvin-Voigt模型
将橡胶圈等效为弹簧和阻尼单元并联,得到扭转减振器Kelvin-Voigt力学模型,如图7（a）所示.图中,KKV为扭转刚度,CKV为阻尼.基于Kelvin-Voigt力学模型,扭转减振器惯量环的振动方程为
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