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原文传递惯容-橡胶复合隔振器优化设计与隔振性能研究

论文题名：	惯容-橡胶复合隔振器优化设计与隔振性能研究
关键词：	惯容橡胶复合隔振器;优化设计;隔振性能;海工动力机械
摘要：	隔振器是船舶及海工动力机械设备必不可少的辅助部件，为了保证动力机械工作安全，这类机械设备大多数采用橡胶隔振器隔离基础与设备之间的振动传递，然而橡胶隔振器存在着对低频振动隔振效果较差的缺点，所以引入新方法重新研发新型橡胶隔振器非常有必要。2001年，剑桥学者Smith发明了惯容器，为隔离低频振动提供了新思路，本文利用惯容器具有较好低频隔振性能的特点，将惯容器引入橡胶隔振器的设计中去，并且进行了校核优化与实验研究，为惯容-橡胶复合隔振器的进一步设计和完善提供了理论基础和实际参考，本文的主要研究内容如下：　　(1)提出了一种考虑了非线性因素的滚珠丝杠式惯容器惯质系数计算方法。基于弗莱纳标架理论和赫兹接触理论，推导了滚珠丝杠式惯容器中滚珠与滚道之间的差动速度，推出滚珠与滚道之间的摩擦效率，得到非线性惯质系数的计算方法。开展了对滚珠丝杠式惯容器惯质系数的实验研究。实验表明，非线性惯质系数更加接近实验值，证明了该计算方法的准确性。此外，分析了滚珠丝杠副的一些参数对惯质系数的影响。分析表明，导程越小、公称半径越小、滚珠半径越大、滚珠数量越小、接触角越小，惯质系数越大。这些研究结果有利于滚珠丝杠式惯容器的精准化设计及其在工程减振系统中的应用。　　(2)设计了一种惯容器与橡胶金属复合件并联的复合隔振器产品——惯容-橡胶复合隔振器。基于振动理论，分析了Ⅱ型ISD隔振系统，得到了较佳的惯质比和阻尼比；选取了5DK-20型柴油发电机组为设计对象；根据相关手册，详细设计了惯容器中的滚珠丝杠副，包括滚珠丝杠副的具体尺寸及力学性能参数；此外还详细设计了飞轮、顶盖、底座、橡胶金属复合件及贯穿螺栓的外形尺寸及性能参数，绘制了附录所示的惯容-橡胶复合隔振器装配图。此外，建模分析了惯容-橡胶复合隔振器的力学性能，包括固有频率分析、强度、刚度及稳定性校核分析；从力学角度探讨了滚珠的最佳数量。为工程设计人员提供了具体的惯容-橡胶复合隔振器设计方法，具有实际工程意义。　　(3)优化了惯容-橡胶复合隔振器的相关参数。从隔振效果和使用寿命两个角度，建立了惯容-橡胶复合隔振器数学模型，包括设计变量（导程p、公称半径r0、滚珠半径rb、滚珠数量 Z、滚珠与滚道之间的接触角β）、几何约束条件和力学约束条件、目标函数（传递率、稳定传递率、有效频率比、使用寿命）；基于遗传算法，分析了最适合本文数学模型的交叉概率和变异概率；根据隔振效果和使用寿命之间的区别，对总目标函数设置了不同的权重，对不同权重进行了综合分析，得到了总目标函数值最小的方案。为惯容-橡胶复合隔振器的优化设计提供了方法指导与理论支撑。　　(4)实验分析了惯容-橡胶复合隔振器的静动态性能。设计了惯容-橡胶复合隔振器的静态和动态实验方案；分析了惯容-橡胶复合隔振器的静刚度、动刚度、以及惯质系数对惯容-橡胶复合隔振器隔振效果的影响。此外，基于实验结果，定义了复质量的概念，重新建立惯容-橡胶复合隔振器的动力学微分方程，推导了振动传递率，结果表明：针对于惯容器与橡胶复合并联的隔振器，本文推导的振动传递率比经典的ISD隔振系统传递率更加精确。研究结果提供了隔振效果相关理论的指导，有利于惯容-橡胶复合隔振器的设计。　　综上所述，本文较为系统地研究了滚珠丝杠式惯容器非线性惯质系数的计算方法、惯容-橡胶复合隔振器的设计方法、三维建模与有限元建模方法、力学性能分析与校核方法、相关参数优化设计方法以及静动态性能实验研究方法。研究结果对于指导和惯容-橡胶复合隔振器设计与应用具有重要的理论与工程价值。
作者：	郭俊华
专业：	轮机工程
导师：	温华兵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文