程壽國(guó) 蘇春芳 劉毅 劉洪斌

摘要：針對(duì)橡膠材料構(gòu)件對(duì)機(jī)體的振動(dòng)力問(wèn)題，利用有限元方法構(gòu)建了含橡膠連桿的剛?cè)狁詈掀叫兴倪呅螜C(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)比分析了在曲柄勻轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)下機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)體振動(dòng)力的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，相對(duì)全剛體平行四邊形機(jī)構(gòu)而言，含橡膠材料連桿機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)體的振動(dòng)力變化劇烈，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件應(yīng)該采用合理的減震措施。

關(guān)鍵詞：橡膠材料;振動(dòng)力;剛?cè)狁詈?/p>

中圖分類號(hào)：TU399? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0051-02

0? 引言

橡膠材料往往應(yīng)用于機(jī)構(gòu)的減震層或者軸承減震環(huán)中。王超等研究了水潤(rùn)滑橡膠軸承的摩擦磨損性能[1]。趙敏提出了一種耐磨耐老化減震橡膠材料[2]。張曉林等研究對(duì)橡膠減震材料動(dòng)態(tài)阻尼性能與硫化體系的關(guān)系[3]。陳鋒等對(duì)橡膠軸承的靜態(tài)和沖擊剛度特性進(jìn)行了研究[4]。本文主要對(duì)含橡膠材料構(gòu)件的機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)體的振動(dòng)力進(jìn)行分析。

1? 含彈性連桿的平行四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介

圖1是含彈性連桿的平行四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中OA=BC=100mm，AB=OC=220mm，OA是驅(qū)動(dòng)曲柄。BC如果視機(jī)構(gòu)為全剛體模型，構(gòu)件OA、AB、BC、OC不論靜止還是運(yùn)動(dòng)，其長(zhǎng)度均不變，OA的轉(zhuǎn)速與BC的轉(zhuǎn)速始終相同。當(dāng)AB是橡膠材料時(shí)，就不可以簡(jiǎn)單認(rèn)為AB運(yùn)動(dòng)的時(shí)候長(zhǎng)度不變，因?yàn)橄鹉z材料變形大，當(dāng)受力以后AB會(huì)發(fā)生變形且變形量很大。只有在靜止時(shí)AB桿的長(zhǎng)度與OC桿的長(zhǎng)度是相等的。

平行四邊形機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)體的作用力可以用圖2等效表示。Fxo與Fyo是作用在鉸中心O點(diǎn)的X方向和Y方向的作用力。Fxc與Fyc是作用在鉸中心C點(diǎn)的X方向和Y方向的作用力。Fxo、Fyo、Fxc與Fyc可通過(guò)力與力矩的平衡方程組求解。對(duì)于全剛性構(gòu)件機(jī)構(gòu)在求解時(shí)相對(duì)容易，因?yàn)楦鱾€(gè)桿的角加速度比較容易計(jì)算。當(dāng)AB桿為橡膠材料時(shí)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到力的作用產(chǎn)生的變形比較大，也就使得列方程求解很困難。

2? 全剛體構(gòu)件平行四邊形機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)體的振動(dòng)力分析

圖3和圖4分別是曲柄旋轉(zhuǎn)三個(gè)周期鉸O處全剛體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體振動(dòng)力和鉸C處全剛體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體振動(dòng)力響應(yīng)圖。從圖3中可以看出轉(zhuǎn)速越高，振動(dòng)力越大。振動(dòng)力曲線形是“正弦”曲線。對(duì)比圖3（a）和圖4（a）、圖3（b）和圖4（b）可以看出，鉸O處與鉸C處的振動(dòng)力峰值相同，且峰值時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)位置相同。

3? 含彈性橡膠連桿的平行四邊形機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)體的振動(dòng)力分析

本文通過(guò)NASTRAN接口計(jì)算橡膠連桿的15階模態(tài)，并生成*.mnf文件，在動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)激活柔性體做剛?cè)狁詈戏治?。圖5和圖6分別是曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)三周時(shí)鉸O處剛?cè)狁詈蠙C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體振動(dòng)力和鉸C處剛?cè)狁詈蠙C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體振動(dòng)力響應(yīng)。從圖5和圖6中已經(jīng)不能看出像圖3和圖4那樣的周期曲線，不管是X方向振動(dòng)力還是Y方向振動(dòng)力都是時(shí)刻變化的，數(shù)值上比全剛體構(gòu)件大得多，對(duì)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)沖擊非常大。

4? 結(jié)論

本文通過(guò)有限元法分析了含橡膠連桿的平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)機(jī)體的振動(dòng)力響應(yīng)。對(duì)比全剛體情況下的振動(dòng)力響應(yīng)可以得知?jiǎng)側(cè)狁詈戏治龅恼駝?dòng)力沖擊力很大，看似無(wú)規(guī)律，當(dāng)曲柄分別以90rpm和120rpm旋轉(zhuǎn)時(shí)很多時(shí)間段內(nèi)前者的響應(yīng)甚至大于后者的響應(yīng)。在利用橡膠連桿作為機(jī)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)該采用合理的減震措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]王超，周新聰，況福明，黃健，王昊.不同維度碳納米材料對(duì)水潤(rùn)滑橡膠軸承摩擦磨損性能的影響[J].潤(rùn)滑與密封，2020，45（02）：35-39.

[2]趙敏.一種耐磨耐老化減震橡膠材料[J].橡膠工業(yè)，2018，65（12）：1438.

[3]張曉林，梁棟，趙樹高.硫化體系對(duì)橡膠減震材料動(dòng)態(tài)阻尼性能的影響[J].合成橡膠工業(yè)，2018，41（01）：45-50.

[4]陳鋒，諶勇，華宏星.橡膠軸承靜態(tài)和沖擊剛度特性研究[J].兵工學(xué)報(bào)，2015，36（S1）：189-194.