弹性元件的机械阻抗理论研究

枣庄科技职业学院 刘力瑗

弹性元件的机械阻抗理论研究

枣庄科技职业学院 刘力瑗

本文通过对圆柱型减振器这一典型弹性元件阻抗理论的探究，进一步分析了弹性元件的工作频率及其他因素对机械阻抗特性的影响情况，结果发现加强对弹性元件机械阻抗理论的深入研究是提高隔振系统隔振效果的必要条件。

参数识别技术；弹性元件；机械阻抗；理论分析

近些年来，机械阻抗及其参数识别技术在诸多工程技术领域中扮演着越来越重要的角色。它的应用不仅为机械设备的设计与开发提供了有利的科学依据，同时为弹性设备的研制提供了有利的技术保障。本文首先对圆柱型减振器这一典型弹性元件进行了理论分析,随后对实际弹性元件及理想弹性元件的阻抗与传递率分别进行了分析。其结果表明：通过分析理想弹性元件的阻抗，对隔振系统低频特性进行分析，是十分必要的，而通过测量实际弹性元件的阻抗，对由其构成的隔振系统特性进行全面分析是十分有效的。

1 机械阻抗及其参数识别技术

目前，机械阻抗及其参数识别技术不仅在国外取得了快速的发展，而且在国内也得到了广泛的应用。机械阻抗及其参数识别技术是多学科的综合体，这种新型技术的产生不仅以理论研究为基础，同时还涉及了试验研究等诸多方面。近些年来，机械阻抗及其参数识别技术已经在我国诸多工程技术领域，如机械设备的设计与开发、弹性设备的研制等领域，占据了重要的地位。这种新技术的广泛应用引起了人们对机器与结构动力学问题的深入分析及研究，为工程技术的进一步发展提供了可靠的信息和有利的时机。

2 橡胶弹性元件

低频段及高频段是橡胶弹性元件较为常见的两种工作频率。低频段具体指弹性元件的工作频率处于0～100Hz之间，此时的弹性元件可被看作一个集中参数元件，而这个集中参数元件则是由刚度和阻尼构成的。高频段具体是指弹性元件的工作频率处于100～1000Hz之间，此时刚度对弹性元件作用的发挥起主要的作用。对于橡胶体而言，其低频特性与高频特性不同，弹性元件工作频率的改变可以导致其机械阻抗特性的变化，换言之，即弹性元件的机械阻抗特性可以随着工作频率的改变而改变，最终整个隔振系统的振动传递特性也可能因此发生改变。

3 弹性元件机械阻抗理论研究

3.1 传递率的比较

选取某型圆柱橡胶减振器进行理论分析，通过对比理想弹性元件及实际弹性元件阻抗及传递率发现：处于低频段时，实际弹性元件与理想弹性元件的相差并不明显，但处于高频段时，理想弹性元件与实际弹性元件的相差较为显著，尤其在隔振效果方面，理想元件较实际元件要好。另外，一般来讲有诸多高频波峰出现在弹性元件的传递率曲线上，这一现象又被称为高频波动效应。该系列的高频波峰并不是随意出现的，其波峰出现的频率是有规律的，并且与传递阻抗的高频波峰频率相互对应。对于高频波动效应产生原理，一般可以认为是：传递阻抗会在该一系列峰值处迅速增加，等同于弹性元件所维持局部状态有所改变，且开始向“钢化”状态转变，从而使传递率相对增加。

3.2 传递阻抗的对比

处于低频段时，理想元件传递阻抗与实际弹性元件基本一致。而处于高频段时，由于橡胶体具有一定的质量和刚度，这一固有特性造成了该频段上翘波峰的形成。从研究结果可以看出，结构特性是影响传递阻抗的主要因素，而两端金属体质量对传递阻抗的作用并不是很大。

3.3 端点输入点阻抗的对比

从端点输入点阻抗这一方面分析发现，无论处于低频段还是高频段，理想弹性元件的阻抗值与实际弹性元件的基本一致。另外，由于输入端质量与橡胶体产生的固有频率改变，使得输入力在共振频率处大大下降，造成阻抗谷底的产生，从而形成阻抗曲线中的第一波谷。而橡胶体固有特性的耦合结果造成了高频段小峰谷的出现。橡胶体质量明显小于端部金属体质量，因此耦合度较低。如果橡胶体质量与端部金属体质量基本一致时，其耦合度就会相对增高，从而加大了理想弹性元件及实际弹性元件在高频段的压力，这样就会使理想弹性元件与实际弹性元件的输入点阻抗出现差异。

4 结束语

从上述研究发现，通过分析理想弹性元件的阻抗，对隔振系统低频特性进行分析，是十分必要的，而通过测量实际弹性元件的阻抗，对由其构成的隔振系统特性进行全面分析十分有效。

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刘力瑗，女，1987年出生，本科，助教，研究方向：机械工程。