新型钢丝绳隔振器设计及其特性研究

【摘要】：本课题来源于重庆市科技攻关计划资助项目，合同编号为CSTC，2007AC3015。 钢丝绳隔振器是利用钢丝绳股与股、丝与丝之间的摩擦、滑移实现隔振功能的部件，最早由美国在70年代末研制成功。钢丝绳隔振器的渐软非线性刚度特性及其迟滞阻尼效应很大程度上影响着系统的动力学特性；同时，由于钢丝绳隔振器具有不同于其它隔振器的优异特性，比如承载能力强，工作温度范围大，耐腐蚀等等优点，被广泛应用于航空航天、机载、车载、舰载、各类精密电子仪器、仪表、计算机、通讯器材、重点基础工程设施与建筑物的隔振抗震以及工程机械的隔振、缓冲。 钢丝绳隔振器的性能与所夹持的钢丝绳密切相关，不同材料的钢丝，不同形式的股线捻制结构，不同的夹持结构等因素都会影响钢丝绳隔振器的整体性能。钢丝绳被夹板夹持以后，在受到外力作用时，其内部各股绳和股绳中各丝的不同变形将引起钢丝绳股间和钢丝间摩擦力、相对位置的不同变化，最终表现为钢丝绳隔振器的刚度特性和阻尼特性的差异。但是，由于钢丝绕制结构十分复杂，受力情况更加复杂，因此，若要从钢丝绳结构来分析隔振器的性能，难度非常大。以往对隔振器的研究主要是通过实验进行宏观分析，从而确定钢丝绳隔振器的刚度、阻尼特性。 近十年来，许多学者开始采用微分几何方法建立钢丝绳中各钢丝的空间曲线方程，采用有限元方法对钢丝进行单元网格划分。从有限元角度来研究钢丝绳的结构和捻制工艺对钢丝绳受力变形的影响，但其研究对象均是直绳。 为了对钢丝绳隔振器的正向设计进行探索研究，即确定各结构参数与钢丝绳隔振器刚度、阻尼特性之间的关系，本文根据隔振器的安装、使用情况，设计了钢丝绳绳圈。此种设计可以方便隔振器的安装、维护以及更换。本文的主要研究内容如下： ①阅读大量的文献，总结钢丝绳隔振器的研究现状。对目前市场上的钢丝绳隔振器结构及其隔振原理进行分析，指出其在应用中的出现的缺点，对钢丝绳隔振器刚度数学模型进行介绍； ②改进钢丝绳隔振器的结构，重新对隔振器装夹结构进行设计，完成新型钢丝绳隔振器的设计并申请发明专利。完成隔振器加工试制、相关夹具的设计及加工； ③进行钢丝绳绳圈的空间微分几何研究：为了更深层次研究钢丝绳隔振器的隔振机理，利用空间几何知识对钢丝绳绳圈进行空间几何数学建模。使用Matlab软件得到各钢丝中心线的空间曲线数学表达式，在Pro/E中完成钢丝绳绳圈实体建模； ④测试不同结构参数的新型钢丝绳隔振器，采集并记录其在不同激励机制下的力和位移实时变化信号； ⑤使用Matlab软件，对采集到的信号进行分析、处理，研究其变化规律，得到相应的迟滞曲线。 ⑥根据得到的迟滞曲线，探索研究不同的激励参数及不同的结构参数对钢丝绳隔振器刚度、阻尼的影响规律；