橡膠減震器的特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)

 

    橡膠的特點(diǎn)是既有高彈態(tài)又有高黏態(tài)，橡膠的彈性是由其卷曲分子構(gòu)象愛(ài)你過(guò)的變化產(chǎn)生的，橡膠分子間互相作用會(huì)妨礙分子鏈的運(yùn)動(dòng)，有表現(xiàn)出黏性特點(diǎn)，以致應(yīng)力與應(yīng)變往往處于不平衡狀態(tài)。橡膠的這種卷曲的長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)及分子間存在的較弱的次級(jí)力，使得橡膠材料呈現(xiàn)出獨(dú)特的黏彈性能，因而具有良好的減震、隔音和緩沖性能。橡膠部件廣泛用于隔離震動(dòng)和吸收沖擊，就是因?yàn)槠渚哂袦�后、阻尼及能進(jìn)行可逆大變形的特點(diǎn)。除此外，橡膠還具有滯后和內(nèi)摩擦特性，他們通常用損耗因子表示，損耗因子越大，橡膠的阻尼和生熱就越明顯，減震效果越明顯。綜上所述，用橡膠制成的橡膠減震器也具有良好的減震效果。

 

    橡膠減震器的優(yōu)點(diǎn)：

 

    （1）可以自由確定形狀，通過(guò)調(diào)整橡膠配方組分來(lái)控制硬度，可滿足對(duì)各個(gè)方向剛度和強(qiáng)度的要求；

 

    （2）內(nèi)部摩擦大，減震效果好，有利于越過(guò)共振區(qū)，衰減高頻振動(dòng)和噪聲；

 

    （3）彈性模量比金屬小得多，可產(chǎn)生較大彈性形變；

 

    （4）沒(méi)有滑動(dòng)部分，易于保養(yǎng)；

 

    （5）質(zhì)量小，安裝和拆卸方便。

 

    （6）沖擊剛度高于靜剛度和動(dòng)剛度,有利于沖擊變形。

 

    2．2 橡膠減震器主要種類介紹

 

    橡膠減震器按其功能分類大致如下：

 

    (1)支承各種裝置的狹義的橡膠減震器；

 

    (2)以吸收沖擊為目的的橡膠緩沖器；

 

    (3)作為機(jī)械作動(dòng)部件使用的橡膠彈簧；

 

    (4)消除特定振動(dòng)頻率振動(dòng)的動(dòng)減震器；

 

    (5)橡膠聯(lián)軸節(jié)也包括于橡膠減震器范疇。

 

    橡膠減震器按形狀狹義分類如下：

 

    (1)壓縮型  此類為主要用于壓縮方向的橡膠減震器。其優(yōu)點(diǎn)是負(fù)荷承受力大，但壓縮方向的彈性系數(shù)不可選擇太低。

 

    (2)剪切型  此類是主要用于剪切方向的橡膠減震器。其負(fù)荷承受力較小，但具有彈性系數(shù)可選擇得很小這一優(yōu)點(diǎn)。

 

    (3)復(fù)合型  是用于壓縮與剪切組合方向的橡膠減震器，具有壓縮型和剪切型的中間特征。

 

    (4)圓筒型  該型橡膠減震器可用于軸垂直向、軸向、扭曲、撬曲等各向的減振。用于軸垂直向的與壓縮型橡膠堿振器相似，其負(fù)荷承受力一般較大，但彈性系數(shù)不可選擇得太小。

 

    橡膠減震器按其應(yīng)用場(chǎng)合分類如下：

 

    （1）YLJ型橡膠減震器：YLJ-type rubber mounting 為壓路機(jī)專用橡膠制品。按其負(fù)荷及外形尺寸可分為多種不同型號(hào)，分別用于不同型號(hào)的壓路機(jī)；

 

    （2）WJ型橡膠減震器：WJ‐type rubber mounting 是通用性較強(qiáng)的橡膠減震器。亦稱“萬(wàn)能墊”，具有4種不同直徑、不同高度的圓柱凸臺(tái)，上下兩面交叉配置。可承受任意方向的載荷，吸收任意方向的振動(dòng)。受橫向壓力時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。因而不必采取措施防止機(jī)器水平移動(dòng)，省去龐大基礎(chǔ)費(fèi)用。此產(chǎn)品耐熱、耐油，使用方便；

 

    （3）JP型平板式橡膠減震器：JP-type plate shaped rubber pad 橡膠減震器的一種，系外形為平板狀的橡膠金屬制品。其結(jié)構(gòu)為內(nèi)外金屬板（環(huán)），中間夾橡膠，以模壓法生產(chǎn)。可分JP-1，JP-2和JP-3型三種型號(hào)。用于無(wú)線電、儀器和儀表設(shè)備，以保護(hù)其整機(jī)免受震動(dòng)和沖擊的影響；

 

    （4）J G 型用于風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、冷凍機(jī)、水泵、精密儀器、儀表、機(jī)床設(shè)備；

 

    （5）6JX型用于船舶、車輛等隨機(jī)振動(dòng)和沖擊隔離要求較高的動(dòng)力機(jī)械及電子等設(shè)備；

 

    （6）6WN型、31型、SH型、E、EA型用于內(nèi)燃機(jī)車船主機(jī)、機(jī)械、儀表設(shè)備隔板、緩沖、防沖擊、降噪之用；

 

    （7）XL系列、高彈性橡膠聯(lián)軸器,是我國(guó)用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化觀點(diǎn)設(shè)計(jì)研制的第一個(gè)高彈性聯(lián)軸器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2496  81)系列產(chǎn)品,特別是具有很高的彈性 (低剛度、大柔度) ,可降低軸系固有振動(dòng)頻率,改變軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng),使柴油機(jī)不出現(xiàn)危險(xiǎn)的共振轉(zhuǎn)速,具有較好的減震特點(diǎn),吸收部分振動(dòng)能量;可吸收和降低柴油機(jī)輸出扭矩的波動(dòng);提高功率傳遞品質(zhì)、彌補(bǔ)軸系安裝誤差；

 

    （8）YXN、XN橡膠扭振減震器是一種新型曲軸減震元件、能克服車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸系統(tǒng)的扭振、齒輪撞擊、機(jī)件磨損、噪音增大、振動(dòng)加劇,甚至共振時(shí)曲軸斷裂等嚴(yán)重問(wèn)題。橡膠接管廣泛用于艦船的機(jī)械和設(shè)備減震隔音。還有粘彈性阻尼材料,是一種高分子聚合物。 隨溫度和頻率的 變化、 它的彈性模量值和損耗因子值有較大的變化。它是國(guó)內(nèi)外當(dāng)前發(fā)展的一種隔震降噪新材料,廣泛應(yīng)用于航空、航天、造船、汽車、鐵路、建筑、紡織等行業(yè)。

 

    2．3 橡膠減震器主要應(yīng)用領(lǐng)域

 

    2.3.1汽車用橡膠減震器

 

    隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外汽車的改型換代相當(dāng)頻繁，汽車工業(yè)正面臨一個(gè)迅速變革的時(shí)期，發(fā)展的特點(diǎn)是在保證駕駛安全性、乘坐舒適性、行駛高速性以及豪華性的前提下，進(jìn)一步提高汽車的使用壽命。減震制品用于控制汽車的震動(dòng)和噪聲及改善其操縱穩(wěn)定性，一般置于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架、壓桿裝置、懸掛軸襯、中心軸承托架、顛簸限制器和扭振減震器等部位，以改善汽車的安全性和舒適性。減震制品可分為支架類、軸襯類、緩沖類和阻尼類四大類，主要要求減震性、耐熱性和耐疲勞性好。汽車減震橡膠制品包括發(fā)動(dòng)機(jī)支座、懸掛構(gòu)件、橡膠彈簧、橡膠空氣彈簧和碰撞橡膠防護(hù)件等。近年來(lái),為提高汽車的安全性、舒適性和操作性，汽車用減震橡膠制品的品種和數(shù)量不斷增多，如一輛轎車上減震橡膠制品的數(shù)量已達(dá) 50～60件。

 

    發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)操作系統(tǒng)用橡膠減震器用來(lái)隔絕震源的震動(dòng)。傳動(dòng)部分的減震采用多邊聯(lián)軸節(jié)、阻尼離合器。前、后懸掛裝置上使用的減震器不僅要承擔(dān)車體重量，還要使車體不致傳遞車輪的上下振動(dòng)，抑制簧下質(zhì)量的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，傳遞動(dòng)力和制動(dòng)力。橡膠緩沖器是車體的重要減震器之一，其結(jié)構(gòu)形式是2塊金屬板之間夾有橡膠層，利用橡膠的剪切變形達(dá)到緩沖的目的。近期又開(kāi)發(fā)出充氮?dú)狻⑴c減震器油共存的筒式緩沖器，特點(diǎn)是提高緩沖器的載荷能力(最高達(dá)20MPa)，減震效果好，且延長(zhǎng)其使用壽命。汽車用橡膠減震器采用的橡膠材料以NR和SBR為主。為改進(jìn)減震制品的耐熱性,已開(kāi)始用IR ,IIR,CR ,EPDM等作主體材料。熱塑性彈性體也將用于部分減震制品，如車身與底盤的減震器等。如浙江海門橡膠廠采NR /CR并用研制出了轎車底盤彈簧座減震器，效果良好。

 

    2.3.2鐵路機(jī)車及鐵路軌枕墊用橡膠減震制品

 

    據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)鐵路和機(jī)車使用的各種橡膠材料和部件約有 1萬(wàn)多種，消耗橡膠約 10 kt/a。隨著鐵路機(jī)車車速的提高，對(duì)線路的動(dòng)力作用急劇增加，引起線路、輪箍及機(jī)車行走部分的元件產(chǎn)生劇烈的磨損，鐵路機(jī)車各部位對(duì)抗震性的要求越來(lái)越高，橡膠減震器應(yīng)用越來(lái)越普及，因而減震橡膠制品在機(jī)車上的應(yīng)用品種和數(shù)量越來(lái)越多。鐵路機(jī)車上的減震橡膠制品主要有中央支承橡膠堆體、軸箱拉桿橡膠彈簧體、旁承橡膠堆、電機(jī)懸掛橡膠墊、彈性車輪、彈性齒輪、橡膠空氣彈簧、傳動(dòng)裝置的弓形橡膠塊和橡膠球鉸、車鉤橡膠緩沖器等。應(yīng)用于機(jī)車上的橡膠減震器，其主要作用是承受壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)力矩，以及同時(shí)承受 2種或 2種以上的應(yīng)力復(fù)合作用。

 

    隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展 ，鐵路軌枕也由枕木逐漸改換為混凝土軌枕。改換后雖然軌枕的使用壽命延長(zhǎng)，軌道框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高，但軌道的彈性顯著下降，造成了軌道對(duì)輪軌沖擊的緩沖性變劣。為提高混凝土軌枕的緩沖性能 ,減少軌枕對(duì)道床的沖擊力，增加絕緣性，目前國(guó)內(nèi)外均采用彈性高聚物來(lái)解決混凝土軌枕軌道的彈性問(wèn)題。橡膠軌枕墊就是用于鋼軌和混凝土軌枕之間或枕下的彈性墊(此外還有軟土橡膠軌枕墊、層壓木軌和塑料軌枕墊等)，橡膠軌枕墊以其獨(dú)特的彈性和良好的絕緣性能而被廣泛地應(yīng)用于鐵路線上。

 

    根據(jù)用途不同，混凝土軌枕橡膠墊板一般分為枕上(鋼軌下)墊板和枕下墊2種類型。橡膠軌枕墊由于長(zhǎng)期裸露在大氣中和置于枕底下使用，不斷經(jīng)受機(jī)車經(jīng)過(guò)時(shí)的震動(dòng)和沖擊,因此要求具有良好的耐自然老化、耐熱、耐寒以及良好的彈性和緩沖、吸震性能，此外還要具有較好的耐磨、電絕緣、抗壓及抗剪切等性能。在配方設(shè)計(jì)時(shí)最重要的是要考慮材料的耐久性和成本的低廉。常用的主體材料有 NR, SBR,BR,CR, EPDM等。

 

    2.3.3橋梁用橡膠減震器

 

    在橋梁工程中，梁式橋橋跨的兩端需設(shè)置支座。支座的主要作用是把橋跨結(jié)構(gòu)上的全部載荷（包括恒載和活載 )可靠地傳遞到橋墩上，并承受橋跨結(jié)構(gòu)因載荷作用所發(fā)生的端部水平變位、轉(zhuǎn)角變形；其次是適應(yīng)因溫度和濕度的變化而引起的脹縮。橋梁支座有固定與活動(dòng)支座2種，前者是為了固定橋梁結(jié)構(gòu)在橋墩上的位置，可使橋跨結(jié)構(gòu)的端點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)而不能移動(dòng)；后者不僅使端部支點(diǎn)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)而且要求能自用移動(dòng)，承受橋跨結(jié)構(gòu)引溫度、混凝土收縮及載荷等因素引起的伸縮變位。

 

    國(guó)外20世紀(jì) 50年代末開(kāi)始使用橡膠支座，至 60年代世界上已有許多國(guó)家應(yīng)用。橋梁橡膠支座與其他剛性支座相比，不僅工作性能可靠，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料來(lái)源充足、加工制造容易等優(yōu)點(diǎn)。由于橡膠支座能適應(yīng)寬橋、曲線橋和斜交橋的上部結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向的變形，故目前不僅在中小跨徑公路橋梁、城市橋梁及鐵路橋梁上得到廣泛應(yīng)用 ,而且在大跨徑的橋梁上也大量使用。目前在橋梁工程上廣泛使用的是普通板式、聚四氟乙烯板式和盒式橡膠支座 3種類型。橋梁橡膠支座對(duì)橡膠主體材料的選擇原則，是在滿足工程性能要求的前提下，結(jié)合使用環(huán)境條件的要求，基本上選用 NR、CR、EPDM、IIR和氯化IIR等。橋梁橡膠支座制造工藝多用模壓。生產(chǎn)過(guò)程是橡膠經(jīng)塑煉后與配合劑按配方制成混煉膠，經(jīng)停放、回?zé)捄蛪貉映銎�，剪成一定�?guī)格的半成品膠片。半成品裝模后在平板硫化機(jī)上加壓硫化，硫化過(guò)程要注意避免成品厚薄不均及鋼板的移動(dòng)。

 

    在橋梁橡膠支座中，鉛芯橡膠支座是在普通減震阻尼橡膠支座中部豎直地灌鉛制成。灌鉛的目的一是提高支座的吸能效果，確保支座有適度的阻尼；二是增加支座的早期剛度，對(duì)控制風(fēng)反應(yīng)和抵抗地基的微震動(dòng)有利。由這種橡膠支座組成的隔震系統(tǒng)作為主導(dǎo)產(chǎn)品 ,已廣泛應(yīng)用于國(guó)外的大中型橋梁，并取得了良好的效果。高阻尼橡膠支座是采用高阻尼橡膠材料制造的。高阻尼橡膠可以通過(guò)在 NR或合成橡膠中摻入石墨得到，根據(jù)石墨的摻入量可調(diào)節(jié)材料的阻尼特性。和鉛芯減震阻尼橡膠支座一樣，高阻尼減震橡膠支座同時(shí)具備隔震器和阻尼器兩方面的功能，可在隔震系統(tǒng)中獨(dú)立使用。

 

    2.3.4建筑工程用橡膠減震器

 

    由于地震等無(wú)法避免的自然災(zāi)害，建造抗強(qiáng)烈地震的建筑物和構(gòu)筑物是建筑工程領(lǐng)域的重要課題。同時(shí)，日益增長(zhǎng)的交通密度導(dǎo)致更大的震動(dòng)傳遞和噪音污染，土木建筑的震動(dòng)和噪音的隔離也成為亟待解決的問(wèn)題。

 

    自1966年美國(guó)率先在阿巴尼大廈中使用隔，日本、法國(guó)、新西蘭和我國(guó)也相繼者是為固定橋跨結(jié)構(gòu)在橋墩上的位置，可使橋跨在一些重要建筑物中使用隔震橡膠支座。在目前結(jié)構(gòu)的端點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)而不能移動(dòng)；后者不僅使端建成的基礎(chǔ)隔震建筑物中，80%以上的建筑物采用疊層橡膠隔震支座系統(tǒng)抗震。疊層橡膠支座不僅在橋梁建設(shè)工程中廣泛應(yīng)用，而且已用于建筑物的底座，用來(lái)隔絕震源、地震防護(hù)和水域建筑物的隔震。實(shí)踐證明，這些使用隔震橡膠支座的建筑物能經(jīng)受強(qiáng)烈的地震考驗(yàn)，如在1994年1月的美國(guó)洛杉磯大地震和1995年1月的日本神戶大地震中，采用疊層隔震橡膠支座系統(tǒng)的建筑物都顯示出優(yōu)異的抗震效果，不僅建筑物未倒，而且內(nèi)部的設(shè)施也未被破壞。因此，近年來(lái)疊層隔震橡膠支座在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用更為廣泛。目前，我國(guó)已有數(shù)百棟建筑物使用疊層隔震橡膠支座。許多試驗(yàn)結(jié)果表明，采用隔震橡膠支座隔震的工程，不僅可以降低對(duì)上部結(jié)構(gòu)的破壞程度，而且樓房的高度限值和安全距離均可適當(dāng)放寬。由于隔震橡膠支座外表面是較厚的橡膠層，使鋼板和黏合橡膠層不因環(huán)境的影響而性能下降，其使用壽命可達(dá)95a以上。橡膠支座的耐久性和耐燃性已為許多試驗(yàn)和實(shí)例證實(shí)完全能夠滿足建筑物設(shè)計(jì)壽命的要求。此外，隔震橡膠支座在公路、鐵路、地鐵等沿線建筑物及水域建筑物的隔震方面也有廣泛應(yīng)用。

 

    海軍東海工程設(shè)計(jì)院牛金龍等研究了房屋建筑中采用橡膠支座的頂層消能減震的基本方法及基本原理，從理論上分析了這種消能減震方法的減震效果，通過(guò)模型試驗(yàn)和工程實(shí)例說(shuō)明這種減震方法在房屋建筑中取得的良好減震效果。它的減震效果一般在10%～40%，消能減震不僅可用于舊房的抗震設(shè)防，也可用于新建房屋的減震；不僅可用于多層 ,也可用于高層，特別是利用隔熱層減震，可作為房屋抗震的多道防線之一，且不會(huì)影響房屋的使用功能，是一種較理想的減震方法。鄭文博等研究了減震橡膠支座的發(fā)展趨勢(shì)及其在樓房建筑減震方面的應(yīng)用，指出減震橡膠支座在結(jié)構(gòu)方面更趨于多類型減震支座的兼容設(shè)置，橡膠選擇上向多膠種并用發(fā)展，黏合劑選擇上更強(qiáng)調(diào)特殊性和針對(duì)性，使產(chǎn)品成為一種新型的疊層橡膠結(jié)構(gòu)件 ,它與空氣彈簧組成的三維系統(tǒng)減震件有更好的防震效果。