隔振器

金属橡胶是天然橡胶的模拟制品，金属橡胶构件以金属丝为原材料，不含有任何天然橡胶，但却具有天然橡胶一样的弹性和多孔性，特别适合于解决高低温、大温差、高压、高真空、强辐射、剧烈振动及腐蚀等环境下的阻尼减振。其内部呈网状，类似天然橡胶的大分子结构，在交变的应力应变的作用下能耗散大量的振动能量，在共振区内阻尼显著增大，能有效抑制共振峰值，在隔振区内阻尼迅速减小，因而具有优良的阻尼减振特性，阻尼比达0.2～0.3。

其刚度特性也随振幅增加呈现线性——软特性——硬特性变化的非线性特性。即出现刚度渐软效果，会降低系统空间方向的“固有频率”。使本品随外激励量级的增加，“固有频率”减小，因此具有良好的隔振效果；可以说金属橡胶是一种具有高弹性和良好阻尼特性的疏松结构材料，其密度仅为金属的0.3左右。

由于金属橡胶材料可以耐高温、高压、高真空、超低温，在空间环境下不蒸发，不怕空间辐射和粒子的撞击，金属橡胶构件具有储存和使用寿命长，没有老化现象等特点。例如桥梁减振支座由于减振材料是天然橡胶制作，老化造成失效后带来的更换工程量及经济损失是可想而知的。还有天然橡胶的工作适应温度为-40°C～ 60°C而金属橡胶的工作适应温度为-150°C～ 360°C，其优势是显而易见的。

因此，由其制成的各种元件不仅可以工作在上述苛刻的环境下，并且在该环境下仍然保持十分优良的性质，能够满足国防用空间飞行器上的特殊需要及某些在特殊工作环境中对构件材料提出的特殊要求。

用金属橡胶制成的减振、隔振元件，特点是体积小、重量轻，可做成用于多种隔振器，适用于各类电子仪器、动力设备和管路的减振隔振，尤其适用于航空、航天、航海、化工等恶略环境。

开发研制了多种结构形式的隔振器。部分产品性能达到到了国外同类产品的水平已经实现替代进口产品，并批量为型号配套 。

从重达数百吨的设备到轻巧的精密仪器都可以应用钢弹簧隔振器，通常用在静态压缩量大于 5厘米的地方或者用在温度和其他环境条件不容许采用橡胶等材料的地方。这种隔振器的优点是：①静态压缩量大，固有频率低，低频隔振良好；②耐受油、水和溶剂等侵蚀，不受温度变化的影响；③不会老化或蠕变；④大量生产时特性变化很小。其缺点是：①本身阻尼极小（阻尼比约0.005），以致共振时传递率非常大；②高频时容易沿钢丝传递振动；③容易产生摇摆运动，因而常须加上外阻尼（如金属丝、橡胶、毛毡等）和惰性块。

钢弹簧有螺旋形、碟形、环形和板形等，螺旋形弹簧应用最广。给定其固有频率后，由计算单个弹簧的垂向劲度K（N/m即牛顿每米）。中国制造的TJ1型螺旋形钢弹簧隔振器,每个负载为17～1020公斤，固有频率3.5～2.2赫，静态压缩量20～52毫米。

橡胶隔振器的主要设计参数用作隔振器的橡胶，要求有良好的隔振，缓冲和降噪能力，性能稳定、使用寿命长，易于制成所需要的形状，与金属粘贴牢固，单位面积承载能力大等 。可用于受切、受压或切压的情况，很少用于受拉的情况。其优点是：可以做成各种形状和不同劲度。其内部阻尼作用比钢弹簧大，并可隔低至10赫左右的激发频率。缺点是：使用久了会老化，而且在重负载下会有较大蠕变（特别在高温时），所以不应受超过10～15%（受压）或25～50%（切变）的持续变形。

天然橡胶的固有频率略低于合成橡胶，其机械性能特点为：变化小，拉力大，受破坏时延伸率长，而且价格较低，但不能用于与油类、碳氢化合物、臭氧接触的设备和环境温度较高处。氯丁橡胶和丁腈橡胶隔振器抗碳氢化合物和臭氧的性能良好，丁腈橡胶隔振器还可适应高温。硅酮橡胶隔振器可用于其他材料不能胜任的低温或高温(-75℃至 200℃)环境。中国制造的橡胶隔振器有JG型、Z型等多种型号。

隔振垫有软木、毛毡、橡胶垫和玻璃纤维板等，优点是：价格低廉，安装方便，并可裁成所需大小和重叠起来使用，以获得不同程度的隔振效果。

①软木：用作隔振材料的历史最为悠久，通常在承受压力时，静态压缩量达到30%，也不会横向凸出。常用总厚度为5～15厘米，承受负载为每平方厘米0.5～2.0公斤，阻尼比约0.06。软木对腐蚀和溶剂的抵抗力强，对温度变化不甚灵敏。在室温下，使用寿命可达几十年之久。软木由于低频隔振较差，通常适用于扰动频率大于20～30赫的隔振。中国制造的经过碳化的保温软木，其固有频率约11～33赫。

②橡胶垫：特性和橡胶隔振器相似，但由于橡胶在受压时的容积压缩量极小，仅在能横向凸出时才能压缩，故通常做成异形板以容许横凸出和受挠曲，以增加静态压缩量。海绵橡胶垫的静态压缩量较大，但负载能力较小。

③玻璃纤维板：有各种密度和纤维直径的品种。这种隔振材料的劲度通常是随着密度、纤维直径和静态压缩量的增加而递增。中国采用保温用的酚醛树脂玻璃纤维板, 在未加负载时总厚度约 5～15厘米，常用负载为0.1～0.2千克力/厘米²，阻尼比0.04～0.07，固有频率5～10赫。玻璃纤维板对工业溶剂的抵抗力强，但会吸收潮气等。这种隔振材料由于承载面积较大和静态压缩量大，通常用混凝土机座，在施工和使用时要防止水、砂浆等渗入。它主要用于播音室、录音室、声学实验室和设备的隔振以及一些机器的隔振。

④毛毡：在厚度大，柔软和不致受到过度静负载时，其隔振效果最好。由于阻尼系数较高，在共振时只放大四倍，加之阻抗大，且与大多数工程材料不匹配，故对减少声频范围内的振动传递特别有效。通常采用的厚度为10～25毫米，当承受0.2～7千克力/厘米²压力时，其固有频率约20～40赫，系由毛毡厚度而不是由其面积和静负载决定。

⑤金属橡胶隔振垫：以金属丝为原材料，不含有任何普通橡胶，但却具有橡胶一样的弹性和多孔性，特别适合于解决高低温、大温差、高压、高真空、强辐射、剧烈振动及腐蚀等环境下的阻尼减振、过滤、密封、节流及吸音降噪等疑难问题，可以根据不同工况需要制备出各种结构形状。而且具有储存和使用寿命长，没有老化现象等特点，是航空航天、国防武器装备及民品特殊工况下普通橡胶的最佳替代品。

金属橡胶隔振垫的优点：

1、以金属丝为原材料，不含有任何普通橡胶，但却具有橡胶一样的弹性和多孔性。

2、耐高低温、大温差、高真空、强辐射及腐蚀环境。

3、承载能力高，耐疲劳，无老化现象，使用寿命和储存时间长。

4、可满足阻尼、减振、密封、过滤、节流及吸声降噪等需求，是特殊工矿下普通橡胶产品和其它多孔材料制品的最佳替代品。

5、其性能指标具有可设计性，改变不同的工艺参数和方法，可以制备出具有不同结构尺寸和性能特点的金属橡胶产品。

6、适用于航空航天、弹船星舰、国防武器装备、石油化工及汽车工业等各种领域，具有军民两用的鲜明特征 。

机器有时安装在隔振机座上，机座通常由混凝土或钢构成。采用沉重而刚性好的混凝土惰性块可以增加承载机器的有效重量，其作用是：

①减少振动，减小机器不平衡力的作用；

②提高力阻抗，使机器安装牢固；

③降低重心,增加稳定性；

④降低固有频率。

惰性块的重量至少应等于机器的重量，最好是机器重量的两倍。往复式发动机和压缩机等通常需要3～5倍重量的机座，而轻型机器有时需要重达10倍于机器重量的机座 。

气垫隔振器又称气体弹簧隔振器，是一种高效隔振器，由橡胶制作充气而成，振动频率很低，隔振效果比钢弹簧更好 。一般由橡胶制件充气而成，振动的频率特别低时，它的隔振效果比钢弹簧更佳。固有频率可低至0.1～5赫。它在共振时阻尼高，而在高频时则阻尼小。缺点是：价格昂贵，负载有限，并须经常检查。气垫隔振器分单向作用和双向作用两种。

1）隔振器应标明载荷的适用范围、额定荷载、最大载荷和额定载荷的轴向动刚度。

2）隔振器在额定荷载下产生的变形量应在设计值的±10%之内。

3）隔振器的轴向静刚度应在设计值的±10%之内。

4）隔振器的动态特性：

a.在额定载荷下，隔振器的固有频率应在设计值的±15%之内。

b.隔振器的阻尼比应不小于0.03。

5）隔振器应有最大允许变形标记。

分为支承式阻尼弹簧隔振器和悬挂式阻尼弹簧隔振器。

橡胶隔振器是以金属件为骨架，橡胶为弹性元件，用硫化粘结在一起的隔振元件，故有时也称其为金属橡胶隔振器，是目前应用最多的一类隔振器，主要用于通用机械设备(通风机、压缩机、水泵、空调机组等)和各种发动机隔振；汽车、火车、城市轨道交通、飞机、船舶等交通设备更是离不开橡胶隔振器；有些冲压和锻压设备也采用橡胶隔振器隔离振动。

橡胶隔振器主要特点是：

(1)可自由地选取形状和尺寸，制造比较方便，硬度变化调整容易，可根据需要任意选择三个相互垂直方向上的刚度，改变橡胶形状及内、外部构造，可以适应大幅度改变刚度和强度需要。

(2)橡胶材料具有适量的阻尼，可以吸收振动能量，对高频振动能量的吸收尤为见效，通常在30Hz以上已相当明显，安装有橡胶隔振器的振动机械在通过共振区时，甚至在接近共振区时也能安全地使用，不会产生过大的振动，不需另外配置阻尼器。

(3)橡胶隔振器能使高频的结构噪声显著降低(通常能使100～3200Hz频段中的结构噪声降低达20dB左右)，这对控制噪声极为有利。

(4)抗冲击性能也较佳。

(5)橡胶隔振器的缺点是受日照、温度、臭氧等环境因素影响，易产生性能变化与老化，在长时间静载作用下，有蠕变现象，对工作环境条件适应性也较差，因此要定期检查，以便及时更换，一般橡胶隔振器可使用3～5年。