2.5　隔振设计的几个问题

2.5.1　隔振设计步骤

（1）一级隔振动力参数初步设计

只考虑x（垂直）方向振动隔振效果，初步确定一级隔振弹簧总刚度K_1x，按照刚度分配原则，即预防出现摇摆振动的条件，初步确定单只弹簧刚度，再根据振动最大位移确定一级隔振弹簧的最小、工作、极限变形量及对应的弹性力，提供设计或选用一级隔振弹簧的原始数据。

（2）二级隔振动力参数初步设计

只考虑x（垂直）方向振动隔振效果，初步确定二级隔振架的参振质量m₂和二级隔振弹簧刚度K_2x，按照刚度分配原则，确定一只弹簧刚度，再根据振动最大位移B_xmax或δ_xmax确定二级隔振弹簧的最小、工作和极限变形量及对应的弹性力，提供设计二级隔振弹簧的原始设计参数。采用二级隔振安装的机械设备多数为大中型机械设备，从结构上允许安装较多数量的二级隔振弹簧，为了简化设计和方便生产中备件管理，二级隔振弹簧和一级隔振弹簧往往选用完全相同的弹簧，总刚度及刚度比通过采用弹簧的数量加以调整和匹配。确定质量比μ时，应对实际刚度比变化的影响留有余地。

（3）隔振弹簧设计

根据隔振器动力参数设计提供的各种规格弹簧的最小、工作和极限变形量及其对应的弹性力，分别设计选用各种规格弹簧。金属螺旋弹簧板弹簧等设计详见第3卷第12篇弹簧，橡胶弹簧设计详见本章2.7节。由于所设计的弹簧参数不可能与要求参数相同，因此，弹簧设计出来后，要重新协调各参数之间的关系，直至各参数匹配，隔振弹簧的参数才最终确定。

（4）隔振器参数的校核计算

首先校核计算隔振弹簧水平方向的刚度及运动稳定性，金属螺旋弹簧的水平刚度计算及稳定性校核详见本章2.5.3节，橡胶弹簧的设计及水平刚度的计算详见本章2.7节；其次根据动力参数的设计和最后确定的弹簧参数，校核计算隔振系统的稳定解振幅、传给基础的动载荷幅值以及绝对运动或相对运动的最大位移量，这包含有垂直和水平两个方向的参数校核计算。校核计算时，多数情况下对摇摆振动不做校核计算（但设计时必须考虑预防出现摇摆振动的条件），垂直和水平两个方向的各参数则必须进行校核计算，若计算结果不满足要求时，应重新设计。橡胶减振器的形式见本篇4.1节。

2.5.2　隔振设计要点

1）预防机体产生摇摆振动，设计中要注意激振力作用点尽量靠近机体质心，使围绕质心的激振力矩尽可能减小；还要使围绕质心的弹性力矩之和接近于零（变形量相同），并注意弹性支承稳定性。

2）以压缩弹簧支承隔振机械设备时，弹簧两端均采用凸台式或碗式弹簧座，在弹簧静变形量不够的情况下试运转时，可防止弹簧飞出伤人，又可为支承机械设备限制定位。

3）如果对称质心布置的弹簧数量较多时，每排弹簧数量尽量采用奇数，而且弹簧的总刚度可以稍高于要求的值，这样便于调试时在每排弹簧中增减1～2只，既可调节弹簧的静变形量和隔振系统的频率比，又不影响弹簧的对称质心分布。

4）振动输送，给料、振动筛等有物料作用的振动机隔振器设计，有时可在空载条件下，将频率比选择在2～4的范围内，当物料压在机体上时，其频率比自动变高，刚好在3～5的范围内，确保隔振器的隔振效果。

2.5.3　圆柱螺旋弹簧的刚度

圆柱螺旋弹簧同时受垂直载荷和水平载荷作用产生如图19-5-3所示的变形，其垂直方向刚度计算公式为：

　　 （19-5-1） 　　

式中　F_x——垂直方向载荷，N；

δ_x——由载荷F_x所引起的垂直方向变形量，m；

G——弹簧钢的切变模量，一般可取G＝8×10¹⁰N/m²；

d——弹簧的钢丝直径，m；

D——弹簧中径，m；

n——弹簧的有效圈数。

当弹簧钢的弹性模量E＝2.1×10¹¹N/m²、切变模量G＝8×10¹⁰N/m²时，弹簧的水平刚度为：

　　 （19-5-2） 　　

式中　F_y——水平方向载荷，N；

δ_y——由载荷F_y所引起的水平方向变形量，m；

C_s——考虑垂直方向载荷影响的修正系数，其值取决于和，可由图19-5-4选取；

H——弹簧的工作高度，m，H＝H₀－δ_s；

H₀——弹簧的自由高度，m；

δ_s——弹簧的静载变形量，m。

比较式（19-5-1）及式（19-5-2）得到刚度的比值关系为：

　　 （19-5-3） 　　

当G＝8×10⁴N/mm²时，

　　 （19-5-4） 　　

随及的变化关系，如图19-5-5所示。

为了使弹簧所支承的机械设备具有足够的稳定性，弹簧的水平刚度对垂直刚度的比值应满足下式：

　　 （19-5-5） 　　

2.5.4　隔振器的阻尼

如果单纯从隔振角度看，阻尼对隔离高频振动是不起大的作用的，但在生产实际中，常遇见外界冲击和扰动。为避免弹性支承物体产生大幅度自由振动，人为增加阻尼，抑制振幅，且使自由振动尽快消失。特别是当隔振对象在启动和停机过程中需经过共振区时，阻尼作用就更为重要。从隔振器设计角度出发，阻尼值大小似乎和隔振器设计无关，实际上系统阻尼大小，决定了系统减速的快慢，系统阻尼大，启动和停机时间就短，越过共振区的时间也短，共振振幅就小，否则相反。综合考虑，从隔振效果来看，实用最佳阻尼比为ζ＝0.05～0.2。在此范围内，共振振幅不会很大，隔振效果也不会降低很多。通常的隔振系统ζ＝0.05，无需加专门的阻尼器，当ζ＝0.1～0.2时，最简单的方法是用橡胶减振器，它既是弹性元件，又是黏弹性阻尼器。