王婉瑩，張金萍

（沈陽化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，沈陽110142）

0 引 言

減震器是指在工作過程中通過往返運(yùn)動(dòng)使振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部能量得到衰減，從而達(dá)到減震的目的。國內(nèi)外的學(xué)者對(duì)減震器都有了較為深入的研究，取得了較好的成績，但仍沒有解決液壓式減震器密封不實(shí)的漏油問題、橡膠減震器環(huán)境適應(yīng)性差及磁流變減震器控制較為復(fù)雜等問題，因此，以現(xiàn)有研究成果為基礎(chǔ)，研究新型適用范圍更廣的減震器具有重要意義。

1 減震器的分類

減震器的形式主要包括機(jī)械式減震器、液壓式減震器、磁流變阻尼減震器等。機(jī)械式又包括彈簧減震器、橡膠減震器。

1.1 機(jī)械式減震器

1.1.1 彈簧減震器

彈簧減震器是最常用的一種鋼制減震器，主要有螺旋形、碟形、環(huán)形和板形等形式，具有靜態(tài)壓縮量大、低頻減震性能好、不易受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。但其本身阻尼很小，易產(chǎn)生搖擺運(yùn)動(dòng)，減震性能不夠穩(wěn)定，一般可填充些橡膠或毛氈等軟材料以改善減震性能。光板彈簧-質(zhì)量阻尼系統(tǒng)和葉子彈簧-質(zhì)量組成的減震器阻尼系統(tǒng)多應(yīng)用于重型車輛[1]。其他類型彈簧減震器多用于小型車輛。W.H. Tan[2]通過數(shù)學(xué)模型和仿真結(jié)合的方法深入分析了彈簧減震器的內(nèi)部參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)懸架系統(tǒng)暴露在諧振的環(huán)境中，會(huì)產(chǎn)生過大的撓度，減震系統(tǒng)將會(huì)很快失效。

1.1.2 橡膠減震器

橡膠減震器是用橡膠制成的減震器，主要分為壓剪型、剪切型和壓縮剪切型。它的最大優(yōu)點(diǎn)是具有足夠的內(nèi)阻尼，適用于靜態(tài)位移小而動(dòng)態(tài)位移雖短暫但很大的情況，主要用于隔離高頻振動(dòng)。其形狀和尺寸調(diào)整靈活，以適應(yīng)空間的要求。但其對(duì)工作環(huán)境條件適應(yīng)性較差，易老化，產(chǎn)生蠕變。王貴一[3]研究了橡膠減震器不同膠種、不同的結(jié)構(gòu)和形狀對(duì)減震器減震性能的影響得出，橡膠減震器的沖擊變形和動(dòng)態(tài)變形量在高負(fù)載作用下要小得多。Y. Ping[4]根據(jù)硅油和橡膠材料的性質(zhì)研制了一種新型硅油耦合減震器彈簧，分析闡述了振幅和頻率激勵(lì)等因素對(duì)減震器性能的影響。Yu Lianjiang[5]制備了一種新型的耦合型硅橡膠減震器，通過建立減震器的力學(xué)模型和試驗(yàn)仿真對(duì)比的方法，研究了減震器的工作原理。表明剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)是影響振動(dòng)控制效果的重要因素。

1.2 液壓式減震器

液體在一定條件下可以被壓縮，并且在壓縮時(shí)液體會(huì)吸收外在能量，流動(dòng)時(shí)還會(huì)將吸收的能量進(jìn)行消耗，這樣就達(dá)到了減少甚至消除振動(dòng)的目標(biāo)，這就是液壓式減震器的工作原理。

魏文鵬[6]建立減震器熱力學(xué)研究模型，得出外部環(huán)境的溫差對(duì)減震器減震穩(wěn)定性的影響和減震器穩(wěn)定工作的阻尼隨溫度改變的變化趨勢(shì)。汪通悅[7]通過仿真和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)減震器容性的大小隨油液可壓縮能力的增大而增大。從柔和程度、耐用程度和性能方面來說，液壓式減震器比較優(yōu)越，但是易發(fā)生密封不實(shí)、漏油等現(xiàn)象，所以在減震穩(wěn)定性和性價(jià)比方面，機(jī)械式減震器更具有優(yōu)勢(shì)。

1.3 磁流變阻尼減震器

磁流變減震器是利用磁流變液在磁場(chǎng)下快速可逆的流變特性制造的一種新型減震器，較之傳統(tǒng)的減震器，磁流變減震器具有阻尼大、體積小、響應(yīng)快、阻尼力連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。閆占輝[8]介紹了一種新型磁流變液減震器的工作原理及結(jié)構(gòu)，建立了磁流變液減震器阻尼力特性方程，仿真分析該減震器的阻尼力-位移、阻尼力-速度變化規(guī)律，驗(yàn)證了所建立磁流變液減震器阻尼力數(shù)學(xué)模型的正確性，為磁流變液減震器的深入研究提供了理論依據(jù)。但長時(shí)間使用后磁流變液易沉降，影響減震效果。

2 減震器的研究及應(yīng)用

2.1 汽車減震器

汽車行駛路中難免會(huì)產(chǎn)生顛簸，為改進(jìn)乘客的乘坐體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量的回收再利用，饋能減震器的研究體現(xiàn)出了較好的使用價(jià)值。趙立軍等[9]設(shè)計(jì)一種實(shí)用新型液壓式饋能減震器的原理及結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在車輛行駛的振動(dòng)過程中，將油液壓入高壓蓄能器，將懸架的振動(dòng)能量回收，對(duì)節(jié)能減排有借鑒價(jià)值。杜巧連等[10]采用機(jī)電液耦合系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種新型液電饋能式汽車減震器，將直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)能量回收。A. Casavola等[11]提出了一種增益調(diào)度控制策略，用于地面車輛電磁再生減震器的主動(dòng)控制，以獲取由路面不平度引起的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)能量再利用。但是液壓減震器難免會(huì)產(chǎn)生漏油狀況，在后續(xù)研究中應(yīng)注意如何解決液壓式饋能減震器的漏油問題。

2.2 船用減震器

對(duì)于船用減震器來說，如何避免高頻時(shí)段的共振，是一個(gè)很重要的問題，李健等[12]通過無諧振原理，研究出一種新型減震器結(jié)構(gòu)，將其用在艦載上，并計(jì)算其結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)艦載環(huán)境下的振動(dòng)特性對(duì)其進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的減震器固有頻率低，達(dá)到避免高頻時(shí)段共振的效果，滿足艦載環(huán)境要求，并且能夠?yàn)橐院髢?yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)，打下了良好的基礎(chǔ)。劉亞龍[13]基于現(xiàn)代主動(dòng)控制振動(dòng)技術(shù)，采用主動(dòng)控制技術(shù)與傳統(tǒng)減震方式相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)了一種新型管道減震器，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道更為智能的減震功能，具有低頻效果好、自適應(yīng)能力強(qiáng)、能夠有效降低管道振動(dòng)和管道被夾持部位的應(yīng)力、延長管道的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 其他類型減震器

雷先華[14]基于電流變彈性體的剛度和阻尼可電控調(diào)節(jié)的特性及壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，研制一種基于D33擠壓模式的壓電自供能電流變彈性體減震器，相比無場(chǎng)強(qiáng)條件下，在壓電供電和1000 V恒壓的條件下能有效增大電流變彈性體結(jié)構(gòu)阻尼，改變減震器振動(dòng)響應(yīng)譜峰值的頻率和幅值，提高系統(tǒng)的減震效果。高浩文[15]設(shè)計(jì)出硅油-橡膠復(fù)合式曲軸扭轉(zhuǎn)減震器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，研究出曲軸振幅與激振頻率關(guān)系圖，設(shè)計(jì)了完整的硅油-橡膠復(fù)合式減震器的加工工藝及相關(guān)參數(shù)，在最佳阻尼值時(shí)達(dá)到最佳減震效果。

R. A. Oprea[16]研制了一種新穎的實(shí)驗(yàn)裝置。通過有限元分析，得到了器件的最佳尺寸和結(jié)構(gòu)。該裝置具有通用的結(jié)構(gòu)，它允許研究各種機(jī)器拓?fù)?。M. A. Rahman[17]對(duì)采用非線性彈簧和阻尼器的兩自由度非諧減震系統(tǒng)的非線性邊值問題進(jìn)行了數(shù)值研究。分析表明，初始穩(wěn)定的吸收體可能隨時(shí)間而變得不穩(wěn)定，較高的非線性項(xiàng)使系統(tǒng)更加不穩(wěn)定。對(duì)聽骨鏈仿生減震系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析具有一定的參考意義。

3 新型減震器的研究

學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)聽骨鏈系統(tǒng)在力的傳輸過程中具有減弱力的作用強(qiáng)度和減震的作用[18]，聽小骨系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快、自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、易于引入控制、對(duì)低頻信號(hào)感應(yīng)強(qiáng)且高頻振動(dòng)的能量容易衰減、傳音功能幾乎不隨年齡不同而變化的特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)有了較成熟的應(yīng)用。根據(jù)聽骨鏈仿生設(shè)計(jì)的減震器可以繼承其已有優(yōu)點(diǎn)，并且具有良好的減震效果，可深入研究進(jìn)一步提高其減震性能，并將其應(yīng)用于減震等領(lǐng)域。

4 結(jié) 語

通過分析當(dāng)前傳統(tǒng)減震方式的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)整體應(yīng)用效果較好，為機(jī)械設(shè)備提供較好的減震效果，并且為接下來減震方式的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。針對(duì)現(xiàn)有減震器適用場(chǎng)合與頻率適用范圍窄等不足，研究一種減震能力強(qiáng)、適用范圍廣的減震器尤為重要，使減震系統(tǒng)能夠更好地為機(jī)械服務(wù)。