侯曙光

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江門 529000）

為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，滿足客戶需求，企業(yè)迫切需要提高生產(chǎn)效率。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要，針對(duì)特定產(chǎn)品的使用性能和加工過(guò)程，提出了橡膠彈簧的開發(fā)設(shè)計(jì)方案。從生產(chǎn)實(shí)踐看，該方案滿足了客戶的使用要求，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的利潤(rùn)空間。

1 問(wèn)題描述

通過(guò)動(dòng)力源帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)單向閥的開啟和閉合，進(jìn)而完成吸取和壓出工作介質(zhì)的目的，結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。通過(guò)結(jié)構(gòu)圖可以看出，閥體的安裝面需要和其他部件配合，閥座和支架在軸向上的尺寸要滿足和閥體孔的配合需要。在實(shí)際的加工過(guò)程中，由于三個(gè)零件尺寸公差的累積，通過(guò)尺寸鏈（圖1）的計(jì)算，公差累積在0.15mm，而且閥體孔的軸向尺寸、閥座的厚度及支架的高度尺寸公差要求非常嚴(yán)格，加工效率低下，成本高。人們可以通過(guò)選配法、分組法、修配法等來(lái)提高裝配精度，但是產(chǎn)品的互換性難易保障，尤其是給后期的售后維護(hù)帶來(lái)更高的成本投入，進(jìn)一步降低產(chǎn)品利潤(rùn)。

各個(gè)閥孔的累積值是不同的，如果累積的是負(fù)值，那么在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，就會(huì)出現(xiàn)閥座和支架沿軸向竄動(dòng)，使密封圈快速磨損，讓竄動(dòng)加劇，產(chǎn)生噪音、泄露和組件的損壞，影響設(shè)備的使用壽命；如果累積的是正值，就會(huì)引起泄露。

2 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)，要提高產(chǎn)品的性能，首先要解決公差累積給產(chǎn)品帶來(lái)的負(fù)面影響。由于一臺(tái)設(shè)備由多個(gè)吸取和壓出的單向閥，尺寸很難控制一致，因此產(chǎn)品的使用壽命很容易受到該部件的影響，尤其是高頻運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)品的性能將會(huì)受到更大的考驗(yàn)。

為了延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，提高產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)效率，有必要針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于設(shè)備涉及多個(gè)裝配體的配合，常規(guī)的鎖緊或緊定很難滿足尺寸鏈累計(jì)的公差，需要借助某種方式來(lái)消除或者自動(dòng)補(bǔ)償尺寸來(lái)滿足要求?？紤]實(shí)際的運(yùn)行工況，筆者決定利用橡膠彈簧的優(yōu)點(diǎn)來(lái)解決公差累積的問(wèn)題。

橡膠彈簧是一種高彈性體，彈性模量小，受載后有較大的彈性變形，具有較高的內(nèi)阻，對(duì)沖擊和高頻振動(dòng)的吸收以及隔音具有良好的效果。同時(shí)，其減振效果好、共振領(lǐng)域小、使用壽命長(zhǎng)、成本低，具有優(yōu)良的氣密性、防水性，是減振的最佳選擇。

具體的改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過(guò)添加橡膠彈簧來(lái)補(bǔ)償公差累積，同時(shí)降低產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)的噪音，使產(chǎn)品滿頻運(yùn)行時(shí)的噪音由原來(lái)的80Hz降低到55Hz；閥體孔的磨損也大大減弱，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命。生產(chǎn)實(shí)踐表明效果良好。

圖1 結(jié)構(gòu)原理及尺寸鏈

圖2 改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)

3 橡膠彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算

通過(guò)橡膠彈簧對(duì)軸向間隙進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)合具體產(chǎn)品，采用圓環(huán)型橡膠彈簧，材料為丁腈橡膠，肖氏硬度60HS，預(yù)緊力20N，預(yù)壓0.15～0.25mm，確保預(yù)壓面足夠大。結(jié)構(gòu)如圖3所示，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品（閥體孔的內(nèi)徑、閥座內(nèi)孔的孔徑、閥彈簧的自由高、并圈量以及對(duì)應(yīng)壓縮量的壓力值）設(shè)計(jì)外徑D1、內(nèi)徑D2、厚度H、彈簧的強(qiáng)度等約束條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖3 橡膠彈簧結(jié)構(gòu)圖

橡膠材料的彈性模量E和切變模量G的關(guān)系為：

在該結(jié)構(gòu)中，環(huán)槽起到關(guān)鍵作用，環(huán)槽的深度H1設(shè)置為0.4mm，考慮到閥體孔、閥座、支架的公差累計(jì)，安裝時(shí)確保橡膠彈簧的預(yù)壓縮量保持在0.15～0.25mm。在設(shè)備開始運(yùn)行時(shí)，橡膠彈簧的厚度尺寸補(bǔ)償了裝配體的軸向公差累積，運(yùn)行過(guò)程中工作介質(zhì)會(huì)進(jìn)入環(huán)槽增加橡膠彈簧的剛度，滿足強(qiáng)度要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)樣機(jī)調(diào)試，將試制的產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)協(xié)調(diào)改善橡膠彈簧的質(zhì)量，已經(jīng)可以滿足使用要求。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，閥體孔的軸向尺寸公差可以放寬到0.1mm，讓孔的加工很容易達(dá)到，同時(shí)閥座厚度尺寸公差和支架高度尺寸公差也適當(dāng)放寬，以提高加工效率、降低成本。目前，已經(jīng)批量生產(chǎn)，實(shí)踐表明，設(shè)備振動(dòng)噪音降低超過(guò)30%，同時(shí)產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)效率提升，生產(chǎn)成本得到降低。

[1]楊善國(guó)，黃炎.振動(dòng)篩圓柱形橡膠彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].選煤技術(shù)，2005，（3）：12-13.

[2]鮑玉新，李永志，王淑軍，等.振動(dòng)篩用橡膠彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].煤礦機(jī)械，2008，29（2）：6-8.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：23-25.

[4]林松，張?chǎng)H，孫磊，等.橡膠隔振器動(dòng)態(tài)特性的本構(gòu)研究[J].振動(dòng)與沖擊，2011，30（3）：177-179.

[5]劉忠偉，周全申，胡繼云.慣性往復(fù)振動(dòng)機(jī)械橡膠支承彈簧剛度特性分析[J].糧食加工，2012，（4）：64-65.