橡胶减震垫的刚度

橡胶减震垫的刚度

1前言
在噪声治理与隔振工程上经常选用橡胶型减震器和橡胶减震垫进行设备隔振，其大优点是稳定性好于金属弹簧减震器，且适于高频隔振。橡胶型减震器结构紧凑，能有效利用空间，安装拆卸方便等特点。因此橡胶型减震器在减震降噪工程中得到广泛应用,并取得良好效果。橡胶减震器的种类和形式很多，在资料中可以查到通用形状的橡胶减震器（垫）的刚度和计算方法，对于特殊形式的也可以通过实验或检测的方法得到。本文主要针对wj型橡胶减震器（垫），进行刚度计算，以供参考。
2 橡胶减震器的刚度计算
橡胶减震器的动态刚度如下式计算：
Ki= EdALmx/H (1)
Ed=dλtmiEs (2)
式中,Ed、Es-分别为橡胶减震器的动、静态弹性模量,kg/m2;d-动态系数，与橡胶的邵氏硬度有关，对于天然橡胶邵氏硬度Hs=40-60°时，d=1.2-1.5；对于丁晴橡胶Hs=55-70°时，d=1.5-2.5.
mi-为i方向形状系数，与橡胶减震器的具体结构有关。λt-温度影响系数。
3 wj型橡胶减震器的刚度计算
wj型橡胶减震器是由wj型橡胶减震垫组合而成，是减震工程中常用的一种结构。
单层wj型橡胶减震器也称减震垫，它是在10mm厚橡胶基板的双面均匀分布着橡胶小园柱体，园柱体直径分别为Ф5×5（高）mm和Ф6×4（高）mm两种，相间分布。
这种减震器在载荷作用下，小园柱体受压变形，而基板几乎不变形，因此只考察小园柱体的形状系数即可。
计算图2所示的橡胶减震器刚度，橡胶垫尺寸为75×80mm，每面各有不同直径的橡胶圆柱体56个，因此单面刚度应是K1x=56Kx1，Kx1为每个橡胶圆柱的刚度。我们只计算轴向的刚度，且为了简化取平均直径和高度为Ф5.5×4.5 mm 计算。
由于三层橡胶垫有6个单面串联，因此总刚度为:
Kx=56Kx1/2N (3)
式中，N为减震器层数，这里N=3 将已知数据代入（3）式得mx=1.154；查机械设计手册，丁腈橡胶静态弹性模量Es=3.66×1.19e0.034HS（HS为橡胶邵氏硬度），取HS=55°，由（2）式得Ed=dλtmiEs=42.40（kg/cm2) ，其中，d=1.3，λt=1。由此，计算单个橡胶圆柱体的刚度Kx1：
Kx1= EdALmx/H =25.819（kg/cm）=25819（N/m）
由(3)式，得总刚度：
Kx=56Kx1/2N=56×25819/6=240975( N/m)
用同样方法可以计算其它尺寸的橡胶减震器刚度，如表1所示。表1中数据都是采用邵氏硬度为55°的三层丁晴橡胶块制作的减震器的刚度。环境温度15-20℃时，温度系数取为1，如果环境温度变化，可采用图1的温度系数曲线进行修正。

表1 橡胶减震器刚度
橡胶块尺寸/mm 小圆柱体数/个 减震器刚度/N/m

75×80 56 240975
80×100 80 344249
100×100 100 430312
120×100 120 516374

工程实践中，一般采用如图2所示的4块或更多块减震器，共同起隔振和减震作用。因此总刚度应当是每块减震器的刚度之和。对于其它结构形式的橡胶减震器，可以查阅有关资料，计算形状系数mi再根据（1）、（2）式计算弹性刚度。
4 结束语
橡胶减震器的弹性刚度是隔振和减震工程非常重要的参数，然而在一般技术资料上却很难查到这些参数。橡胶减震器的弹性刚度除实验或检测的方法得到外，通过计算方法也可以得到各种结构形式的橡胶减震器的弹性刚度。