面向传动轴系的橡胶－硅油组合式粘弹性减振器设计方法研究

This paper has proposed a combined rubber - silicone oil viscoelastic damper, which uses the rubber as the elastic and sealed element to make the viscosity of the silicone oil have an excellent vibration damping effect. If the supporting of the drive shafts has installed the combined rubber-silicone oil viscoelastic damper, the drive shafts can reduce the lateral vibration displacement amplitude by the combined stiffness and damping effect of the combined rubber-silicone oil viscoelastic damper. The combined rubber-silicone oil viscoelastic damper can improve the safety margin of the operating speed region for the drive shafts. In view of the stiffness and damping characteristics of the combined rubber-silicone oil viscoelastic damper, this paper established a design method system for the combined rubber-silicone oil viscoelastic damper. Main Innovation:This paper has proposed a calculation method for the damping performance parameters of the silicone oil. This paper has proposed a calculation method of the contact damping characteristics for the rubber ring with the metal and the rubber ring with the silicone oil ring. This paper has proposed a design method for the parameters matching design of the combined rubber―silicone oil viscoelastic damping ring. This paper has proposed a design method of the configuration scheme for the location and number of the combined rubber-silicone oil viscoelastic damper in the drive shafts system.

提出了一种环状的橡胶－硅油组合式粘弹性减振器，使用橡胶作为弹性和密封元件，硅油的粘度能起到很好的振动阻尼作用，具有橡胶－硅油组合式粘弹性减振支承的传动轴系能以刚度和阻尼的组合形式抑制传动轴系的横向振动幅值，从而达到减小振动的目的，提高了轴系工作转速区的安全裕度。针对减振器刚度及阻尼特性，通过理论与试验分析，建立了一套橡胶－硅油组合式粘弹性减振的设计方法。 主要创新：提出硅油环的阻尼性能参数计算方法；提出橡胶环与金属、硅油的接触阻尼特性计算方法；提出橡胶－硅油组合式粘弹性减振环的参数匹配设计方法；提出橡胶－硅油粘弹性减振支承配置方案的设计方法。

开展传动轴系的减振技术研究，对提高相应机械产品的使用寿命、工作性能，降低能源消耗和噪声污染等方面具有重要的意义。在轴承和基座中间安装环形橡胶-硅油组合式减振器，可降低传动轴系高速运转时的弯曲振动。项目开展了面向传动轴系的橡胶－硅油组合式粘弹性减振器设计方法研究。.首先，开展了橡胶环的刚度与阻尼特性研究。进行了橡胶材料样件的单轴拉伸和动态拉伸试验，建立了橡胶材料超弹性本构模型和粘弹性本构模型；完成了橡胶环的刚度与阻尼特性仿真分析和试验。.其次，开展了橡胶-硅油组合式粘弹性减振器内硅油的流动特性研究。从减振器受载后的变形出发，结合流体动压润滑理论，建立了环内硅油的流动的速度、压力和剪力特性模型；通过分析揭示了过流截面上的流场特性分布规律，同时获得了减振器内硅油的刚度和阻尼。.第三，开展了橡胶-硅油组合式粘弹性减振器的性能研究。进行了橡胶-硅油组合式粘弹性减振器的流固耦合静态仿真和静态刚度试验，建立了Neo-Hookean超弹性本构模型，分析了橡胶外径、橡胶内径和硅油粘度对刚度的影响；基于Neo-Hookean超弹性本构模型和粘弹性本构模型，进行了环形橡胶-硅油组合式减振器的流固耦合动态仿真以及动态刚度与阻尼试验研究，获得了频率、振幅和硅油粘度对环形橡胶-硅油组合式减振器动态刚度和阻尼系数的影响规律。.最后，开展了具有橡胶-硅油组合式粘弹性减振支承的传动轴系动力学特性研究。基于传递矩阵法建立了多跨轴系的模态动力学模型，分析了多跨轴系模态振型和临界转速的影响因素；基于拉格朗日方法建立了多跨轴系的瞬态动力学模型，通过分析获得了支承阻尼对弹性支承多跨轴系动态响应的影响规律；建立了具有阻尼环支撑的传动轴系的有限元模型，分别对其进行稳态分析和瞬态响应分析，揭示了不同阻尼的组合式减振器对转子系统动态响应特性的影响规律。