橡胶减震器的性能测试
2013-03-18 19:56:11 来源：刘斌
橡胶减震器性能测试
橡胶减震器的主要性能测试项目是刚度和阻尼。就刚度而言，又按载荷速度的不同分为静刚度、动刚度和冲击刚度。对于有特殊要求的还有强度、耐疲劳性能、蠕变（即在载荷保持不变的情况下，变形量在一段时间内仍继续增加的现象）以及其它专门要求的试验。
当载荷缓慢地加于减震器时，其变形速度大约在1cm/min左右，甚至更低，而且橡胶的变形量不超过橡胶受试方向厚度的20%时所测得的力与变形的关系称之为静刚度，以Ks表示。
减震器在以一定振幅（不超过橡胶厚度的5%）和一定频率（一般为5~6Hz）交变的载荷作用下，测得的振动刚度称为动刚度，以Kd表示。
载荷以2~6m/s的速度使减震器变形时，测得的刚度称为冲击刚度，以Ksh表示。试验研究表明，橡胶减震器的三种刚度在一般情况下存在这样的关系；
Kd=（1.3~2.2）Ks
Ksh=（1.5~2.0）Kd
在测试橡胶减震器的动态和冲击参数时，应使组成的弹性系统尽可能地接近单自由度振动系统。也就是说负载的质量中心，动载荷和冲击载荷的作用力线与减震器受试方向的刚度中心线尽可能一致，并且要求试验场地、试验机架牢固坚实。
环境温度对上述试验的结果有显著影响。在有条件的地方*好能在恒温下进行试验。
下面就*常用的静刚度、动刚度和阻尼的测试方法作一简单介绍。
（一） 静刚度测试
一般都是在万能材料试验机上进行的。试样应预压三次，再测定其数值。加载要缓慢而均匀。刚度大的减震器加载速度可适当加快；刚度小的减震器加载速度应慢些，以使减震器的变形速度大致相同。
橡胶减震器在加载和卸载时所得到的载荷与变形曲线是不重合的，形成一滞后回线，如图2-1-8所示。这给计算刚度带来了一定困难。我们可以用加载与卸载的平均曲线来计算减震器的静刚度。计算式如下： Ks= 2（P2- P1）
δ2,- δ1,+ δ2-δ1
式中P1和P2应和减震器的额定负荷P大致保持如下的关系；
P1=（0.5~0.75）P
P2=（1.25~1.5）P
δ1和δ1,为负荷P1下减震器在加载和卸载时的变形；
δ2和δ2,为负荷P2下减震器在加载和卸载时的变形。
一般来说，减震器的静刚度仅仅用于确定安装了减震器的机器设备的静平衡位置，或舰船、车辆斜倾摇摆时计算机器设备四周所留下的空间是否足够。实际上卸载的意义是不大的。因此可以只做出减震器的加载刚度曲线，并用它计算减震器的静刚度。这样做不仅简化了试验，而且得出的数据在一些场合下也更确切。此时计算Ks式可简化为： Ks= P2- P1
δ2-δ1
（二） 动刚度和阻尼系数的测试
1．共振法
将橡胶减震器和质量为M的物体按单自由度振动系统安装在振动台上（见图2-1-9）。启动振动台，调节振动台的频率进行连续扫描，找出系统的共振点，测量在共振时物体的振幅x
0、振动台台面振幅x0s及共振频率wn。根据振动理论可求得动刚度为
Kd=wn2.M
式中wn为角频率（rad/s），与振动频率f的关系为wn=2∏f。
阻尼
阻尼比
注意：①上述公式只有在共振状态下才能成立；
②调节振动台的激.振力，使振动台台面振幅大致在0.2~0.5mm范围内，使质量为M物体的共振振幅与减震器在静载荷作用下的总变形量不超过原橡胶高度的15±5%；
③在共振区测量应迅速而准确，以免减震器内部激剧生热而引起减震器温度升高，刚度减小，甚至损坏。
2．半功率点宽法
将激震器安装在由质量为M1、刚度为Kd、阻尼为C的橡胶减震器所构成的单自由度弹性系统上面或下面，如图2-1-10所示。M2为激震器中参加与M1一起振动的质量。系统中参加振动的总质量为M= M1+ M2。由减震原理可知，只要测量出系统共振频率wn，质量为M的共振振幅x0和共振振幅下降至
的二个频率w1和 w2，（见图2-1-11）即可计算出动刚度、阻尼比，其计算式如下：
动刚度 Kd=wn2.M
阻尼比
w1 — w1称为半功率点带宽。
常用的用激震法测减震器动刚度的装置见图2-1-12
3．时域信号衰减法
使安装在减震器上的质量块共振（如敲击质量块或激震质量块），停止扰动后，它便产生一个衰减的自由振动。用记录器和测振仪配合记录其衰减波，如图2-1-13所示。
常用光线示波器记录这类信号，同时也记录下已知频率的讯号波，作为标准时间标记（例如50Hz的市电讯号）。将振动信号与标准时间标记作比较，就可以求得系统的自振频率wn，并由此计算出动刚度。
根据振幅的对数衰减关系可求出阻尼比：
式中xk和xk+1为衰减波上相邻两个振幅。
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