橡膠隔振器橡膠

橡膠是一種非線性彈性材料，只有在變形較小時(shí)，才可以近似地看作為線性彈性材料。橡膠加工方便，可根據(jù)需要，制成各種形狀和各種不同硬度的隔振器件。

橡膠一般分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。天然橡膠主要由橡膠樹(shù)割取的橡膠漿經(jīng)加工而成。天然橡膠的強(qiáng)度、延伸性、耐磨性和耐寒性等物理、機(jī)械性能較好，與金屬材料能夠牢固粘合，其缺點(diǎn)是在光、熱、氧、有汽油作用下易老化，耐油性和耐熱性較差。常用溫度應(yīng)<60℃；低于-10℃時(shí)硬度提高快。

合成橡膠是由各種單體經(jīng)聚合反應(yīng)而生成的。目前常見(jiàn)的合成橡膠有丁腈膠、丁基膠、氯丁膠等。它們的性能各有優(yōu)劣，丁腈膠耐油性、耐熱性較好；丁基膠耐寒性、耐酸性較好；氯丁膠耐候性能較好，常用于對(duì)防老化要求較高的地方。丁腈膠與氯丁膠能夠與金屬牢固粘合。

橡膠的共同特點(diǎn)是阻尼較大，固有頻率較低，能有效的抑制共振時(shí)的振幅。受壓時(shí)容積壓縮量很小，30°硬度時(shí)為6%，80°硬度時(shí)為4.7%。受壓變形量>20%厚度時(shí)，其質(zhì)變硬。

橡膠有“彈性后效”現(xiàn)象，即橡膠在受壓縮后約20min內(nèi)變形很快，以后變形很慢，約到12天后，變形才增大到50%?？梢?jiàn)在安裝橡膠減振器件后，要過(guò)一段時(shí)間它的形狀、尺寸才能最終確定。

振動(dòng)頻率對(duì)橡膠的變形也有影響，在一定溫度下，頻率越高，變形越小。高頻振動(dòng)易使橡膠失去彈性。

溫度對(duì)橡膠的彈性也有一定影響，當(dāng)工作溫度低于-30℃時(shí)，橡膠的彈性顯著降低，因此不宜在嚴(yán)寒條件下工作。同時(shí)橡膠也不耐高溫，工作溫度不應(yīng)超過(guò)70～80℃。

橡膠隔振器采用橡膠為主體的隔振器。其特點(diǎn)是承載能力低、剛度大、有蠕變效應(yīng)。阻尼系數(shù)為0．15～0．30?？芍瞥筛鞣N形式．以便自由選取三個(gè)方向的剛度。多用于機(jī)器隔振。荷載較大時(shí)，做成承壓式；較小時(shí)做成剪切狀。應(yīng)避免日曬及油和水的侵蝕。

(1)橡膠的硬度

硬度反映的是橡膠的機(jī)械性能。材料抵抗其他物體刻劃或壓入其表面的能力用硬度表示。材料硬度的測(cè)定應(yīng)根據(jù)不同材料采用不同的測(cè)定方法。橡膠的硬度常用回跳法測(cè)定，由此測(cè)定的硬度稱為肖氏(或旭爾)硬度。橡膠的硬度低時(shí)，強(qiáng)度低，彈性好，阻尼?。挥捕雀邥r(shí)，強(qiáng)度高，彈性變差，阻尼增大，耐久性降低。橡膠的硬度一般在30～80度。作為隔振材料使用時(shí)，宜選取肖氏硬度在40～70度的橡膠為宜。

(2)橡膠的彈性模量

彈性模量是材料在彈性極限內(nèi)應(yīng)力同應(yīng)變的比值，是衡量材料在彈性范圍內(nèi)受力時(shí)變形大小的參數(shù)之一。當(dāng)一塊橡膠塊受到一個(gè)軸向壓力W時(shí)，其壓縮量為X，則其彈性模量層為

式中，W——軸向壓力，N；

H——橡膠塊原高，cm；

S——橡膠塊橫截面積，cm²；

x一橡膠塊被壓縮量，又稱靜位移，cm。

根據(jù)橡膠所受壓力的變動(dòng)情況，又將其彈性模量分為靜態(tài)彈性模量和動(dòng)態(tài)彈性模量。橡膠在靜荷載作用下的彈性模量稱為靜態(tài)彈性模量，常用Es表示，它與橡膠硬度的關(guān)系如圖1所示。橡膠的靜態(tài)彈性模量還與橡膠塊的形狀和溫度有關(guān)。

動(dòng)態(tài)彈性模量是橡膠在振動(dòng)荷載作用下的彈性模量，常用Ed表示。動(dòng)態(tài)彈性模量常用實(shí)驗(yàn)的辦法取得。由于橡膠在動(dòng)態(tài)變形時(shí)，一方面要使分子變形；另一方面又要克服分子間的摩擦力，所以動(dòng)態(tài)彈性模量大于靜態(tài)彈性模量。橡膠的動(dòng)、靜態(tài)彈性模量的比值又稱動(dòng)態(tài)系數(shù)，在一般情況下，d=Ed/Es為1.2～2.8左右，如天然橡膠d約為1.2～1.6；氯丁橡膠d約為1.4～2.8；丁腈橡膠d約為1.5～2.5；與橡膠類似的彈性材料，如乳膠海綿d值約為2.4～3.1；礦渣棉為1.5，玻璃纖維板為1.2～2.9；軟木為1.8～2.2；毛氈一般大于2。

(3)橡膠的剛度

剛度也叫“勁度”，是材料在受到荷載時(shí)抵抗變形的能力，剛度大則變形小。剛度的大小取決于材料的種類和形狀、尺寸等。剛度常用K表示，單位為N/cm。剛度與彈性模量的關(guān)系是：

式中，E——橡膠彈性模量，N/cm²；

S——橡膠塊橫截面積，cm²；

H——橡膠塊原高，cm。

根據(jù)材料荷載情況，剛度分為靜剛度和動(dòng)剛度，分別用Ks和Kd表示。靜剛度為

材料的動(dòng)剛度常用實(shí)驗(yàn)方法求得，最常用的方法是自振法。

(4)橡膠隔振塊的變形量和容許應(yīng)力

橡膠隔振塊在受到壓力時(shí)，沿壓力方向被壓縮，一般要求相對(duì)變形應(yīng)控制在原高度H的15%一25%范圍內(nèi)，設(shè)其靜態(tài)壓縮量為x，則

實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)變形控制在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，彈性模量的變化較小，約為5%。

橡膠隔振塊的承壓面積應(yīng)盡量采用方形或圓形，其邊長(zhǎng)或直徑應(yīng)控制在4H≥D≥H范圍內(nèi)。式中D可為圓形承壓面的直徑，也可表示為方形承壓面的邊長(zhǎng)或矩形承壓面短邊的邊長(zhǎng)。

橡膠在不同工作狀態(tài)下的容許應(yīng)力如圖2。由于橡膠隔振塊的相對(duì)變形控制在15%一25%蒞圍內(nèi)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際應(yīng)力應(yīng)小于容許應(yīng)力。當(dāng)選用橡膠的肖氏硬度在40度以上時(shí)，實(shí)際應(yīng)力約為容許應(yīng)力的10%左右，即取30-50 N/cm²。當(dāng)硬度在40度以下時(shí)，實(shí)際應(yīng)力應(yīng)取10-30N/cm²。

橡膠隔振器按受力方式可分為壓縮型、剪切型和壓縮剪切型。

(1)壓縮型橡膠隔振器

此型隔振器一般能承載大載荷，多使用于載荷大或安裝部位空間尺寸小的場(chǎng)所。壓縮型在形狀結(jié)構(gòu)上還可做成多種樣式，以適應(yīng)各工況要求，諸如為圓形、方形及其他形狀，外凸或內(nèi)凹，中間還可有開(kāi)孔或夾層等。

(2)剪切型橡膠隔振器

這類隔振器多用于主作用方向剛度要求低的場(chǎng)合，或用于輕負(fù)荷低轉(zhuǎn)速的機(jī)械隔振上，其隔振效果好，但穩(wěn)定性稍差。形狀結(jié)構(gòu)也可多樣化。

(3)壓剪型橡膠隔振器

此類隔振器從截?cái)嗝嫔峡?，是一種斜向放置的壓縮橡膠隔振器。其結(jié)構(gòu)形狀多變，內(nèi)外形各別。受力角度主要是壓與剪。常用于隔振與穩(wěn)定都要求高的場(chǎng)合，有時(shí)工作場(chǎng)合需要三向等剛度隔振器，則大多通過(guò)組合結(jié)構(gòu)形狀來(lái)解決。

橡膠隔振器是以金屬件為骨架，橡膠為彈性元件，用硫化粘結(jié)在一起的隔振元件，故有時(shí)也稱其為金屬橡膠隔振器，是目前應(yīng)用最多的一類隔振器，主要用于通用機(jī)械設(shè)備(通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、水泵、空調(diào)機(jī)組等)和各種發(fā)動(dòng)機(jī)隔振；汽車、火車、城市軌道交通、飛機(jī)、船舶等交通設(shè)備更是離不開(kāi)橡膠隔振器；有些沖壓和鍛壓設(shè)備也采用橡膠隔振器隔離振動(dòng)。

橡膠隔振器主要特點(diǎn)是：

(1)可自由地選取形狀和尺寸，制造比較方便，硬度變化調(diào)整容易，可根據(jù)需要任意選擇三個(gè)相互垂直方向上的剛度，改變橡膠形狀及內(nèi)、外部構(gòu)造，可以適應(yīng)大幅度改變剛度和強(qiáng)度需要。

(2)橡膠材料具有適量的阻尼，可以吸收振動(dòng)能量，對(duì)高頻振動(dòng)能量的吸收尤為見(jiàn)效，通常在30Hz以上已相當(dāng)明顯，安裝有橡膠隔振器的振動(dòng)機(jī)械在通過(guò)共振區(qū)時(shí)，甚至在接近共振區(qū)時(shí)也能安全地使用，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)，不需另外配置阻尼器。

(3)橡膠隔振器能使高頻的結(jié)構(gòu)噪聲顯著降低(通常能使100～3200Hz頻段中的結(jié)構(gòu)噪聲降低達(dá)20dB左右)，這對(duì)控制噪聲極為有利。

(4)抗沖擊性能也較佳。

(5)橡膠隔振器的缺點(diǎn)是受日照、溫度、臭氧等環(huán)境因素影響，易產(chǎn)生性能變化與老化，在長(zhǎng)時(shí)間靜載作用下，有蠕變現(xiàn)象，對(duì)工作環(huán)境條件適應(yīng)性也較差，因此要定期檢查，以便及時(shí)更換，一般橡膠隔振器可使用3～5年。

橡膠隔振器件安裝的基本原則是必須盡力使每個(gè)隔振器件的靜態(tài)壓縮量保持一致，防油污、避高溫、盡力減少各處溫差。

橡膠隔振器可直接置于地坪上，也可在隔振器與地坪之間放一塊2～5mm厚的橡膠墊。如果機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)，使隔振器受到較大的動(dòng)態(tài)力，則應(yīng)將隔振器錨固在地坪上，如用地腳螺栓與地坪連接。錨固時(shí)須防止振動(dòng)短路。隔振器安裝好后，應(yīng)校正機(jī)器水平，必要時(shí)，可用墊鐵調(diào)整。

橡膠隔振墊一般均墊放在機(jī)座下，并盡量均勻地分布在機(jī)座的四周。每塊墊的大小應(yīng)相同。有筋的橡膠隔振墊在安放時(shí)，應(yīng)按筋的方向交錯(cuò)排放。 2100433B

橡膠隔振器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)用作隔振器的橡膠，要求有良好的隔振，緩沖和降噪能力，性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)，易于制成所需要的形狀，與金屬粘貼牢固，單位面積承載能力大等 ?？捎糜谑芮小⑹軌夯蚯袎旱那闆r，很少用于受拉的情況。其優(yōu)點(diǎn)是：可以做成各種形狀和不同勁度。其內(nèi)部阻尼作用比鋼彈簧大，并可隔低至10赫左右的激發(fā)頻率。缺點(diǎn)是：使用久了會(huì)老化，而且在重負(fù)載下會(huì)有較大蠕變（特別在高溫時(shí)），所以不應(yīng)受超過(guò)10～15%（受壓）或25～50%（切變）的持續(xù)變形。

天然橡膠的固有頻率略低于合成橡膠，其機(jī)械性能特點(diǎn)為：變化小，拉力大，受破壞時(shí)延伸率長(zhǎng)，而且價(jià)格較低，但不能用于與油類、碳?xì)浠衔?、臭氧接觸的設(shè)備和環(huán)境溫度較高處。氯丁橡膠和丁腈橡膠隔振器抗碳?xì)浠衔锖统粞醯男阅芰己茫‰嫦鹉z隔振器還可適應(yīng)高溫。硅酮橡膠隔振器可用于其他材料不能勝任的低溫或高溫(-75℃至 200℃)環(huán)境。中國(guó)制造的橡膠隔振器有JG型、Z型等多種型號(hào)。