某惯性平台用阻尼减振器的设计.docx

某惯性平台用阻尼减振器的设计

陈平 李诗成 王建月 陈风波

摘 要：本文采用阻尼减振技术对惯性平台进行减振缓冲处理，根据其安装空间和连接方式，选用高性能硅橡胶阻尼材料，设计了一种橡胶-金属减振器结构形式，经试验验证表明减振器具有良好的减振缓冲效果，有效改善了惯性平台的载荷环境。
关键词：惯性平台;动载荷;阻尼;减振;缓冲
1 绪论
随着对导弹制导精度要求的不断提高，在恶劣的振动和冲击环境下，需要实施必要的减振措施以保证制导系统惯性平台的动力学环境和稳定性。以粘弹性阻尼材料为基础的阻尼减振技术得到了长足的发展，为解决多共振峰振动控制问题提供了一条经济而有效的途径。某惯性平台受空间和重量严格限制，在工作过程中承受非常恶劣的随机振动和冲击动态载荷，在一定宽频范围内结构振动响应放大，导致其精度和可靠性难以保证。本文采用阻尼减振技术对其进行减振缓冲处理，根据其安装空间和连接方式，设计了一种橡胶-金属减振器结构形式，选用高性能硅橡胶阻尼材料，并进行了试验验证，结果表明具有良好的减振缓冲效果，有效改善了惯性平台的载荷环境。
2 减振器的主要技术要求和研制难点
根据平台工作环境，在满足安装尺寸的前提下，惯性平台在安装减振器后需满足如下技术要求：（1）惯性平台在承受均方根加速度值为10.9g的振动载荷条件下，减振后设备三个方向的谐振频率30±3Hz，谐振点放大倍数不大于4，减振效率大于60%;（2）每套产品的任何两向谐振频率相差≤3Hz;（3）每套产品的四个减振器在相同方向上的谐振频率相差不大于2Hz;（4）常温下承受加速度峰值15g、持续时间为11ms的半正弦冲击载荷，处理后设备的响应放大倍数不大于2。
从上述技术指标可以看出，对减振器的减振效率和谐振放大倍数要求苛刻，需要合理进行减振器结构设计，兼顾减振和缓冲要求，并且选用阻尼性能優、耐温度环境性能好的阻尼材料。
3 阻尼减振设计
3.1 结构设计
橡胶-金属减振器结构简单、使用方便，已广泛应用于我国多种航天产品，其结构形式如下图所示。每件减振器由1件限位衬套、1件支撑板和1件法兰帽等金属件与阻尼材料整体硫化成型而成。金属法兰帽和限位衬套起到限位和安装连接的作用。
3.2 阻尼材料筛选
硅橡胶具有很好的耐温度性，航天材料及工艺研究所ZN系列硅橡胶已大量应用在型号减振器上，具有阻尼性能适中、温度适应性好、耐老化性能优异的特点。
表1为三种牌号阻尼材料、性能及制备成减振器样件后进行随机振动试验测试结果。可以看出，只有ZN-41牌号的减振器的谐振频率32.5Hz满足27～33Hz的技术指标要求。综合考虑所有性能参数指标，阻尼材料确定选取ZN-41。
4 减振器静态压缩试验
由于单个减振器进行振动试验难度较大，为保证每套产品的四个减振器在相同方向上的谐振频率相差不大于2Hz，对减振器进行了静态变形试验。减振器静态变形曲线相近，则它们的刚度也相近，谐振频率会比较一致。因此可以根据静态变形量来控制减振器谐振频率的一致性，从而保证平台的角位移，达到平台使用精度要求。减振器静变形测试完后，按照静变形值由小到大的顺序进行排序编号，相近的4个减振器组成一组，每套平台的4个减振器变形值差别不大于0.05mm，为一套平台使用。
5 减振器试验考核
根据减振器结构设计和材料筛选结果，制备相应减振器样件，并按设计要求进行随机振动、冲击试验验证。
5.1 正弦扫描振动试验
为考核减振器固有谐振频率和谐振点放大倍数的固有特性，进行频率范围为10-2000Hz、加速度为3g的正弦扫描振动试验。表2试验结果显示，三个方向频率约为30Hz，满足27～33Hz的技术指标要求，满足三个方向并且比较一致，满足任意两个方向谐振频率不超过3Hz的技术要求，表明结构设计比较合理。
5.2 随机振动试验
为考核减振器的减振效率，进行了总均方跟加速度值为109g的随机振动试验。表2试验结果显示，三个方向的减振效率均大于60%，表明减振器具有非常优异的振动能量衰减特性。
5.3 冲击试验
按加速度为15g、持续时间为11ms的半正弦冲击条件进行试验，表2试验结果看出，经阻尼减振处理后，三个方向的冲击放大倍数均较小，满足不大于2的技术指标设计要求，平台的性能满足使用要求。
6 结论
通过合理设计减振器结构和选用阻尼材料，设计的橡胶-金属减振器性能良好，具有近三向等频率、谐振放大倍数低和宽频内减振效率高等特点。试验结果表明减振效果达到了技术指标，减振器可以用于改善惯性平台的动态载荷环境，提高制导精度。
参考文献：
[1]王曼霞.阻尼材料和技术及其在航天工业上的应用[J].中国航天，1992（6）：37-40.
[2]潘坚，雷治大.阻尼减振技术在航天领域中的实践[J].宇航材料工艺，1991（4）：87-90.
[3]赵云峰.ZN系列粘弹性阻尼材料的性能及应用[J].宇航材料工艺，2001（2）：19-23.

-全文完-