天然橡胶减震垫减震性能研究分析

Environmental Technology· 44June 2011 车用仪器仪表在实际工作中会因为强烈的振动冲击而造成 损坏，为了尽可能减少这种振动冲击带来的损坏，常常通过选 用各种减震垫来获得较好的减振隔震效果，达到保护仪器的目 的。橡胶是比较常见的减震，优越的减震性能和耐老化性 能使其被广泛选用。 在工作中针对某车用典型仪器仪表，选用了两种天然橡胶 材料，制作成相同结构的减震垫进行减震试验。通过对不同质 量的典型仪器仪表的一系列振动冲击试验，研究了不同环境条 件下减震材料硬度、产品质量对减震垫减震性能的影响规律， 并对减震垫的结构和尺寸提出了改进建议。 1 试验样品 1.1 试验样品组成 试验样品由减震垫和模拟仪器仪表样件组成。 1.2 减震垫 所用减震垫的外形结构呈碗状（见图 1），采用模具制作 成型。两种橡胶减震垫材料的性能参数见表 1。 1.3 模拟仪器仪表样件 根据对某车用各种仪器仪表的统计。选择了两种不同 摘要：采用相同结构的两种天然橡胶减震垫，进行了三种条件下的冲击试验和一种条件的振动试验，研究了减震材料硬度、 产品质量对减震性能的影响。承受 60g 以上冲击时，使用该减震垫的产品经受的冲击能量可衰减 50% 以上，谐振频率在 20Hz ～ 40Hz 的产品不宜使用该减震垫。 Abstract：Tow kinds of caoutchouc cushions of same construction were tested with shock in three conditions, and vibration in one condition. The influence of material rigidity and product quality on cushion damping performance was discussed. When this product undertakes more than 60 g impact, shock energy may be reduced by more than 50 percent by using this shock-absorbing cushion. Products whose resonance frequency ranges from 20 Hz to 40 Hz should not use this shock-absorbing cushion. 关键词：天然橡胶；减震垫；冲击；振动 Key words：caoutchouc；cushion；shock；vibration 天然橡胶减震垫减震性能研究分析 Study on Damping Performance of Caoutchouc Shock-absorbing Cushion 文 | 中国兵器工业第五九研究所 国防科技工业自然环境试验研究中心 罗 兰 王一临 王津梅 质量的典型仪器仪表作为试验对象，一种是质量较小的 1.8kg 的 仪器仪表，另一种是质量较大的 18kg 的仪器仪表。将这两种仪 器仪表用加工好的模拟配重样件 ( 以下简称样件 ) 替代，加工设 计主要考虑仪器仪表的重量及长宽尺寸的影响，忽略了高度对 试验的影响。 2 试验准备 2.1 试验样品的安装 按仪器仪表的实际安装状态，将 1# 和 2# 减震垫分别安装 在加工好的样件的四个角上，再把试验样品按实际安装状态用 螺栓固定在专用金属夹具上，为提高振动的传递性能，最后将 金属夹具的底板用螺栓连接在冲击台面或振动台面中部。 2.2 传感器的安装 为了真实地监测在冲击振动过程中仪器仪表上的响应，试 验时，在减震垫附近的样件上安装一个加速度传感器，该传感 器安装位置与实测位置一致。 3 冲击试验 3.1 试验条件 echnical ColumnT 技术专栏 45 ·环境技术2011 年 06 月 图 1 减震垫的结构 减震材料种类 减震垫编号 邵氏硬度，ShoreA 拉伸强度，MPa 天然橡胶 1 1# 62 16.7 天然橡胶 2 2# 70 16.9 表 1 两种橡胶材料的性能参数 表 2 冲击试验参数 表 3 1# 减震垫冲击试验数据 波形 条件一 条件二 条件三峰值加速度 g 脉冲持续时间 ms 峰值加速度 g 脉冲持续时间 ms 峰值加速度 g 脉冲持续时间 ms 半正弦波 30 11 60 6 100 3 试验条件 1.8kg 样件 18kg 样件冲击台的加速度值 ,g 减震垫附近测试的样件响应值 ,g 冲击台的加速度值 ,g 减震垫附近测试的样件响应值 ,g 30g，11ms 29.7 26.1 30.0 23.9 60g，6ms 60.0 60.7 59.9 26.1 100g，3ms 99.9 96.5 100.0 32.9 图 2 1# 减震垫 1.8kg 样件垂向 30g 冲击曲线 图 5 1# 减震垫 18kg 样件垂向 60g 冲击曲线 图 3 1# 减震垫 18kg 样件垂向 30g 冲击曲线 图 6 1# 减震垫 1.8kg 样件垂向 100g 冲击曲线 图 7 1# 减震垫 18kg 样件垂向 100g 冲击曲线 图 4 1# 减震垫 1.8kg 样件垂向 60g 冲击曲线 echnical ColumnT 技术专栏 Environmental Technology· 46June 2011 表 4 2# 减震垫冲击试验数据 试验条件 1.8kg 样件 18kg 样件冲击台的加速度值 ,g 减震垫附近测试的样件响应值 ,g 冲击台的加速度值 ,g 减震垫附近测试的样件响应值 ,g 30g，11ms 29.7 25.9 29.7 26.4 60g，6ms 60.7 62.0 60.7 35.1 100g，3ms 97.8 103.2 98.5 47.2 图 8 2# 减震垫 1.8kg 样件垂向 30g 冲击曲线 图 11 2# 减震垫 18kg 样件垂向 60g 冲击曲线 图 9 2# 减震垫 18kg 样件垂向 30g 冲击曲线 图 12 2# 减震垫 1.8kg 样件垂向 100g 冲击曲线 图 13 2# 减震垫 18kg 样件垂向 100g 冲击曲线 图 10 2# 减震垫 1.8kg 样件垂向 60g 冲击曲线 根据实测数据，为了全面反映各种冲击条件下减震垫的减 振隔震效果，试验选择半正弦波脉冲冲击波形，分别进行三种 条件的垂直方向的冲击试验。冲击试验参数见表 2。 3.2 试验和试验结果 用 1# 减震垫安装在加工好的两种样件上，分别在三种条件 下对两种试验样品进行垂直方向的冲击试验。试验数据见表 3。 冲击试验曲线见图 2～ 7( 图中上面一条曲线为冲击台的加速度 曲线，下面一条曲线为减震垫附近测试的样件的响应曲线 )。 用 2# 减震垫安装在加工好的两种样件上，在三种条件下对 两种试验样品进行垂直方向的冲击试验。试验数据见表 4。冲 击试验曲线见图 8～图 13( 图中上面一条曲线为冲击台的加速 度曲线，下面一条曲线为减震垫附近测试的样件的响应曲线。 3.3 结果分析 通过对该结构和尺寸的两种天然橡胶材料减震垫在两种典 型样件上的冲击试验数据比较，可以看出： 3.3.1 硬度较小的 1# 减震垫的隔震性能好于硬度较大的 2# 减震垫； 3.3.2 对于相同材料的橡胶减震垫来说，用于质量大的样 件 (18kg) 其隔震性能好于质量小的样件 (1.8kg)，质量小的样件 (1.8kg) 在承受 60g 以上冲击时，冲击加速度响应呈放大趋势。 3.3.3 承受的加速度相同时，样件质量越大，橡胶减震垫减 震效果越好，当承受 60g 以上冲击时，质量大的样件冲击能量 衰减可大于 50%，且随冲击加速度增大，减震效果越好。 4 振动试验 4.1 试验条件 echnical ColumnT 技术专栏 47 ·环境技术2011 年 06 月 图 14 1# 减震垫 1.8kg 样件垂向振动曲线 (Input2 为响应曲线 ) 图 16 2# 减震垫 1.8kg 样件垂向振动曲线 (Input2 为响应曲线 ) 图 15 1# 减震垫 18kg 样件垂向振动曲线 (Input 2 为响应曲线 ) 图 17 2# 减震垫 18kg 样件垂向振动曲线 (Input2 为响应曲线 ) 根据实际运行的环境条件，按 GJB150.16-1986《军用设备 环境试验方法 振动试验》图 A8 的曲线W进行正弦扫描试验， 扫描频率 5Hz ～ 500 Hz ～ 5Hz，一次扫描 15 分钟。 4.2 试验和试验结果 在上述试验条件下对两种样品进行了垂直方向的振动试验。 用 1# 减震垫进行振动试验，振动控制及减震垫附近样件上测试 的振动响应曲线见图 14 ～ 15。用 2# 减震垫进行振动试验，振 动控制及减震垫附近样件上测试的振动响应曲线见图16～ 17。 4.3 结果分析 从图 14 ～ 15 中可以看出，在 1# 减震垫附近样件上的响应 曲线在 20Hz ～ 40Hz 处有放大现象，即通过对橡胶 1# 减震垫 在 1.8kg 和 18 kg 产品上的振动后，在低频处 (20Hz ～ 40Hz) 处 振动响应有一定放大现象，在高频段减震效果比较好。 从图 16 ～ 17 中可以看出，在 2# 减震垫附近样件上的响应 曲线在 30Hz ～ 40Hz 处有放大现象，即通过对橡胶 2# 减震垫 在 1.8kg 和 18 kg 产品上的振动后，在低频处 (30Hz ～ 40Hz) 处 振动响应有一定放大现象，在高频段减震效果比较好。 5 结论及建议 5.1 这种结构和尺寸的橡胶减震垫用于质量大，且谐振频 率不在 20Hz ～ 40Hz 之间的仪器仪表，隔震效果明显；其隔震 效果好于用于质量小的仪器仪表。 5.2 由于试验用的减震垫是同一规格，故造成对不同质量 的仪器仪表减震效果各不相同。建议对不同质量的仪器仪表， 采用的减震垫结构或尺寸应有所区别，这样隔震效果会更好。 [1] GJB 150.16-1986，军用设备环境试验方法 振动试验 [S]. [2] GJB 150.18-1986，军用设备环境试验方法 冲击试验 [S]. 罗兰：女，41 岁，中国兵器工业第五九研究所环境试验中心（国防科 技工业自然环境试验研究中心），高级工程师，长期从事运输包装与环境试 验技术工作，以及实验室质量管理工作，任环境试验室负责人。 参考文献 作者简介 echnical ColumnT 技术专栏