屈曲板型准零刚度隔振器的设计和特性分析.docx

屈曲板型准零刚度隔振器的设计和特性分析收稿日期：20131103基金项目：国家自然科学基金资助项目（11072075，11102026）；湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主课题资助项目（71075004）作者简介：徐道临（1958-），男，浙江宁波人，湖南大学教授，博士生导师通讯联系人，Email：摘要：设计一款屈曲板型准零刚度隔振器，该隔振器由竖直的橡胶垫和屈曲的弹簧钢板组合而成.为便于分析该隔振器的刚度特性，基于Abaqus软件分析和Matlab拟合给出力与位移的近似表达式.通过理论分析，给出该系统出现准零刚度时，竖直橡胶垫需满足的刚度条件.依据谐波平衡法研究了阻尼对系统动力学特性的影响，得到了系统的力传递率，并对其隔振性能进行了评估.结果表明，屈曲板型准零刚度隔振器能够显著提高低频段的隔振效率；在适当的阻尼情况下，该准零刚度隔振系统没有共振问题.关键词：准零刚度；屈曲板；振动分析；低频隔振中图分类号：O322；O328文献标识码：ADesignandCharacteristicAnalysisofaBucklingPlateVibrationIsolatorwithQuasizerostiffnessXUDaolin，CHENGChuanwang，ZHOUJiaxi（StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingforVehicleBody，HunanUniv，Changsha，Hunan410082，China）Abstract：Thispaperpresentedtheprototypeofabucklingplatevibrationisolatorwiththepropitiouscharacteristicofquasizerostiffness（QZS）.Theisolatorwasdevisedbycombiningarubberpadwithabucklingsteelplate.TofacilitatetheanalysisofthecharacteristicsoftheQZSisolator，anapproximateexpressionofforceanddisplacementwasformulatedonthebasisofAbaqusanalysisandMatlabtool.AnalyticalresultrevealsthestiffnesscriterionofthesupportingrubberfortheQZSsystem.Theforcetransmissibilityofthevibrationisolationsystemswasderivedintheharmonicbalancemethod（HB），andtheeffectsofthedampingwereinvestigatedfortheperformanceevaluationofthesystems.TheresultsshowthattheQZSisolatorcanoutperformthelinearsysteminlowfrequencydomain，andthereisnoinvolvementofresonancewhendampingissetproperly.Keywords：quasizerostiffness（QZS）；bucklingoftheplate；vibrationanalysis；lowfrequencyvibrationisolation众所周知，大多工程应用上的产品都受到了振动的破坏和影响[1].使用被动的减振器是我们常采用的减振方法[2].减振系统发挥作用的前提条件是，外界的激扰频率必须大于系统2倍固有频率[1-2].由于隔振系统的固有频率与弹簧的刚度成正比，所以弹簧的刚度越小，隔振系统的固有频率也就越小，隔振频带被拓宽，但同时会带来很大的静位移，使得隔振系统容易不稳定[3-4].近几十年来，人们尝试用一种QZS隔振系统来解决这个弊端[5].QZS系统具有较低的动态刚度和较高的静态刚度的特性，在静平衡位置处的动刚度为零[1-2，6]，满足系统低的静位移和低的固有频率的特性.实现QZS特性通常是并联正刚度与负刚度机构.准零刚度隔振系统的经典设计形式是用两根对称倾斜的弹簧和竖直线性弹簧组合来实现[1-2，6].其他的形式包括周加喜等[7]利用4根斜弹簧和一根竖直弹簧组合.徐道临等[8]采用气动式可调弹簧来设计QZS系统.Platus等[9]利用弹簧和受轴压的梁进行组合设计.使用正倒摆并联[10]；利用具有软弹簧特性的高度变形的挤压环[11-12].Carrella等[13-15]使用磁力弹簧的特性来设计QZS系统