CN106441747B - 金属减振器轴向静刚度测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属减振器轴向静刚度测试装置，包括单垫压块、质子块和单垫底座，单垫压块大径M1等于单垫底座中径L2，质子块内径T2等于单垫底座小径L1，单垫压块小径M2在单垫底座小径L1和质子块外径T1之间，三者依次套装在一起，套装后：单垫压块的模装高度N2小于质子块的高度S1，单垫底座小径高度H1不超出单垫压块的上端面。本发明解决了轴向静刚度测量结果与实际工作状态不符的问题，解决了目前测试方法没有解决的轴、径向约束问题、轴向预压紧问题、径向膨胀问题，并用质子块模拟了金属减振器实际工作状态，操作简单。

Description

金属减振器轴向静刚度测试装置

技术领域

本发明属于动力学环境技术领域，具体涉及常用金属减振器的轴向静刚度测试装置。

背景技术

常用金属减振器，如金属橡胶、弹簧复合减振器等的工作原理都是通过自身变形吸收振动能量，再用自身阻尼消耗能量。以金属橡胶为例，其是通过特殊工艺制得具有疏松多孔特点的功能型阻尼材料，成型产品内的金属丝之间呈现相互啮合类似橡胶的大分子孔隙结构。振动过程中，金属橡胶弹性变形的同时金属丝之间相互摩擦起到阻尼减振作用。具有类似功能的金属减振垫在减振器中都属于核心元件，而准确获取该类元件的轴向静刚度参数对于设计具有重要意义。

一般金属减振器在一定的位移条件下都表现出近弹性，而让减振器工作在该范围可使其具有较好的减振效果。目前测量该区域的方法是轴向静刚度测试。金属减振器的轴向静刚度测试是用静态或者准静态的方法获取金属减振垫的力和位移曲线。通过曲线可以计算该结构的刚度，阻尼特性，进而得到核心元件的弹性模量，耗散能量等特性，在明确振动输入条件下，理论上还可以通过曲线计算减振效率，共振放大倍数等设计参数，因此轴向静刚度测量方法对于获取金属减振垫和减振器性能起着至关重要的作用。

目前金属减振器的轴向静刚度测试过程如下：

将较高平行度的专用金属垫片放在材料试验机台面中心处，将金属减振垫放在垫片中心处，再将另一专用垫片放在金属减振垫上，如图1所示，将材料试验机加载端脱离上专用垫片，开始加载到规定力值，读取金属减振垫的变形数据并记录，作为试验结果。

该测试方法一定程度上反应了金属减振垫的轴向静刚度，但与实际工作情况不符合，原因如下：

1.实际工作中，金属减振垫被钢套半包裹，常用金属减振器结构如图2所示。金属减振垫的变形过程中，钢套和金属减振垫之间存在摩擦，而用以上的轴向静刚度测量方法，则忽略了该摩擦的影响，与实际使用不符合。

2.减振器安装好后，金属减振垫在轴向有一定的预压紧。而原测量方法并没有考虑该因素。

3.金属减振器泊松比为正数，轴向受压变形，径向会有膨胀，但原测量方法没有钢套作为金属减振垫的外侧径向约束，测量与实际工作状态偏差较大。

发明内容

针对现有技术缺陷，本发明提供一种金属减振器轴向静刚度测试装置，利用该装置能够有效的避免现有方法的不足，并很好的模拟实际工作时金属减振器机械件之间的力学接触状态，建立精准的轴向静刚度测试曲线。

一种金属减振器轴向静刚度测试装置，包括单垫压块、质子块和单垫底座，单垫压块大径M1等于单垫底座中径L2，质子块内径T2等于单垫底座小径L1，单垫压块小径M2在单垫底座小径L1和质子块外径T1之间，三者依次套装在一起，套装后：单垫压块的模装高度N2小于质子块的高度S1，单垫底座小径高度H1不超出单垫压块的上端面。

所述金属减振器包括金属橡胶、弹簧复合金属减振器和碟簧减振器。

进一步的，所述质子块内径T2公差+0.03mm～+0.08mm，单垫底座小径L1公差-0.05mm～0mm。

进一步的，所述单垫压块大径M1公差+0.35mm～+0.40mm，质子块外径T1公差+0.23mm～+0.27mm。

本发明的有益效果如下：

本发明解决了轴向静刚度测量结果与实际工作状态不符的问题，解决了目前测试方法没有解决的轴、径向约束问题、轴向预压紧问题、径向膨胀问题，并用质子块模拟了金属减振器实际工作状态，操作简单，使得测试结果更具有指导意义，对金属减振垫和金属减振器的设计具有重要作用。

附图说明

图1是现有金属减振器轴向静刚度测量示意图；

1-垫片3-金属减振垫7-材料试验机台面

图2是现有金属减振器结构示意图；

1-垫片2-套筒3-金属减振垫4-钢套5-安装板6-螺母

图3是本发明单垫底座示意图；

L1-单垫底座小径L2-单垫底座中径L3-单垫底座大径H1-单垫底座小径高度H2-单垫底座中径高度H3-单垫底座大径高度

图4是本发明单垫压块示意图；

M1-单垫压块大径M2-单垫压块小径N1-单垫压块垫高N2-单垫压块模装高度

图5是本发明质子块示意图；

T1-质子块外径T2-质子块内径S1-质子块高度

图6是本发明测试装置结构示意图；

8-单垫压块9-质子块10-单垫底座7-材料试验机台面

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。

如图3、图4、图5、图6所示，金属减振器轴向静刚度测试装置包括单垫底座，该结构起到支撑和模拟减振器套筒的作用，与金属减振垫组合安装后可以给金属减振垫径向和轴向约束；单垫压块，该结构模拟减振器的钢套，可以给金属减振垫径向和轴向约束，与单垫底座配合后可以模拟金属减振垫工作受力状态；质子块，该结构模拟金属减振垫安装在减振器后与其他机械件之间的尺寸配合关系，并考虑到减振器的轴向预压紧。

质子块内径公差+0.03mm～+0.08mm，单垫底座小径L1公差-0.05mm～0mm，二者间隙配合；单垫压块大径M1公差+0.35mm～+0.40mm，质子块外径公差+0.23mm～+0.27mm，二者间隙配合；单垫底座小径高H1是质子块高度1.5倍，确保轴向静刚度测试时，质子块在材料试验机整个压缩过程，单垫底座小径H1可以与质子块全部接触，同时这样的高度比例，避免单垫底座小径L1平面在压缩工程中高于单垫压块上平面M2，防止材料试验机加载面直接加载在单垫底座上，造成刚度非线性突变增大，测试仪器出错。

单垫底座L2要与T1相等，真实的模拟金属减振器工作状态的接触关系，当L2大于T1时，质子块与单垫底座安装不便，L2小于T1又会造成质子块受力面积减小，与实际受力不符。尺寸设计先后顺序为T1、T2、S1、M2、L1、N2、M1、L3、L2、H3、H2、H1、N1。

工作原理：

轴向静刚度测试装置组合后，放置在试验机台面中心位置。在材料试验机压头距单垫压块上端面1mm时，降低加载速度并将力和位移数值清零，然后继续加载，当加载力为20N时停止加载，记录材料试验机位移数值。用20N的力可以减小单垫底座、质子块、单垫压块轴向之间的连接间隙，而材料试验机压头停止的位置就是金属减振垫安装在减振器内的实际高度。开始卸载，用金属减振垫替代质子块安装在单垫底座上，重复加载到记录位移处停止加载，将试验机加载力和位移同时清零再开始加载，此后得到的力和变形曲线就是金属减振垫的轴向静刚度测试曲线。

通过质子块、单垫压块、单垫底座给金属减振垫施加与实际应用相同的力学条件。单垫压块给金属减振垫外部结构施加径向和轴向约束的同时将材料试验机的加载力传递给金属减振垫。单垫底座给金属减振垫内部结构施加径向和轴向约束的同时让金属减振垫平稳的安放在材料试验机的中心位置。质子块是金属减振垫刚度测量方法的核心，其高度直接模拟金属减振垫实际安装的尺寸高度。在轴向静刚度测量过程中通过质子块并施加小接触力，去除机械间隙，找到压缩接触零位，即预压紧之后的位移A。再用金属减振垫置换质子块，压缩到A位，将材料试验机清零后继续施加载荷就是模拟了金属减振垫实际工作的振动位移。

以金属橡胶为例，开展轴向静刚度测试。

单垫底座、单垫压块、质子块尺寸关系见表1。其中T1、T2、S1、M2、L1、N2都是金属减振器的设计参数，根据表1中尺寸设计金属橡胶轴向静刚度测试装置的所有结构尺寸。

表1单垫底座、单垫压块、质子块尺寸关系

注：以上尺寸关系为倍数。例，H1＝N1

测试步骤如下：

步骤1：采用1吨级材料试验机，机器精度小于千分之四，台面直径尺寸大于10cm，加载压头直径4cm到10cm。轴向加载位移大于50cm。材料试验机有定期检验且使用日在效验日期内。

步骤2：根据金属减振器性能要求，设计金属橡胶结构参数，T1、T2、S1、M2、L1、N2。

步骤3：根据金属橡胶结构尺寸设计轴向加载静刚度装置，尺寸关系见表1。

步骤3.1：根据设计尺寸T1、T2、S1、M2、L1、N2，确定其他装置参数和公差，并分别加工生产单垫压块、质子块、单垫底座。

步骤3.2：将加工后的装置进行超声波清洗，去除表面油渍，并试装，确认三个件之间具有间隙配合。

步骤4：将轴向加载静刚度装置放在材料试验机台面中心。

步骤4.1：先将单垫底座放在材料试验机台面中心，确保单垫底座中心与材料试验机压头中心在一条直线上。

步骤4.2：将质子块放在单垫底座小径内，检查质子块下端面和底座中径上端面接触。

步骤4.3：将单垫压块放在质子块上，检查质子块上端面和单垫压块大径内表面接触。

步骤4.4：将安装好的轴向静刚度测量装置进行调中，确保三个机械件中心线与材料试验机加载头中心线重合(或偏差1mm以内)。

步骤5：运行材料试验机，用100mm/min速度向下移动横梁，直到压头下端面与单垫压块上端面相距离10cm，若初始距离小于10cm，直接跳转下一步骤。

步骤6：当压头下端面与单垫压块上端面相距离小于10cm，调整材料试验机加载速度为10mm/min，继续加载直到试验机压头与单垫压块上端面相距1mm。若初始距离小于1mm，则需要上升加载压头到相距10cm位置重复该步骤。

步骤7：降低压头速度为1mm/min，设置材料试验机用力控制控制仪，控制力为20N时停止。

步骤8：开始进行试验。

步骤9：材料试验机停止后，通过材料试验机用力控制控制仪将位移清零。

步骤10：开始卸载，控制材料试验机速度为50mm/min直到试验机压头与单垫压块上端面距离大于10cm，停止试验机。

步骤11：单手带胶皮手套，按住单垫底座不让其在材料试验机台面上有相对移动，另支手分别取下单垫压块和质子块，并将金属橡胶替换原质子块位置，再将单垫压块放在金属橡胶上面，整个过程保证单垫底座与材料试验机没有相对移动。

步骤12：安装好后检查单垫压块上端面是否与单垫底座底面L3平行。如果没有则做微调。

步骤13：重复步骤5和步骤6。

步骤14：再次降低压头速度为1mm/min，用位移控制，设置位移为0mm时，材料试验机停止。

步骤15：开始进行试验。

步骤16：材料试验机停止后，通过控制仪将加载力清零。

步骤17：保持加载速度为1mm/min，开始进行力和位移曲线测试。

步骤18：试验结束，得到力和位移曲线。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专利技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (4)

1.一种金属减振器轴向静刚度测试装置，其特征在于，包括单垫压块、质子块和单垫底座，单垫压块大径M1等于单垫底座中径L2，质子块内径T2等于单垫底座小径L1，单垫压块小径M2在单垫底座小径L1和质子块外径T1之间，三者依次套装在一起，套装后：单垫压块的模装高度N2小于质子块的高度S1，单垫底座小径高度H1不超出单垫压块的上端面。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述金属减振器包括金属橡胶、弹簧复合金属减振器和碟簧减振器。

3.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述质子块内径T2公差+0.03mm～+0.08mm，单垫底座小径L1公差-0.05mm～0mm。

4.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述单垫压块大径M1公差+0.35mm～+0.40mm，质子块外径T1公差+0.23mm～+0.27mm。