[科普中国]-橡胶隔振器

简介

橡胶隔振器采用橡胶为主体的隔振器。其特点是承载能力低、刚度大、有蠕变效应。阻尼系数为0．15～0．30。可制成各种形式．以便自由选取三个方向的刚度。多用于机器隔振。荷载较大时，做成承压式；较小时做成剪切状。应避免日晒及油和水的侵蚀。1

橡胶橡胶是一种非线性弹性材料，只有在变形较小时，才可以近似地看作为线性弹性材料。橡胶加工方便，可根据需要，制成各种形状和各种不同硬度的隔振器件。

橡胶一般分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶主要由橡胶树割取的橡胶浆经加工而成。天然橡胶的强度、延伸性、耐磨性和耐寒性等物理、机械性能较好，与金属材料能够牢固粘合，其缺点是在光、热、氧、有汽油作用下易老化，耐油性和耐热性较差。常用温度应20%厚度时，其质变硬。

橡胶有“弹性后效”现象，即橡胶在受压缩后约20min内变形很快，以后变形很慢，约到12天后，变形才增大到50%。可见在安装橡胶减振器件后，要过一段时间它的形状、尺寸才能最终确定。

振动频率对橡胶的变形也有影响，在一定温度下，频率越高，变形越小。高频振动易使橡胶失去弹性。

温度对橡胶的弹性也有一定影响，当工作温度低于-30℃时，橡胶的弹性显著降低，因此不宜在严寒条件下工作。同时橡胶也不耐高温，工作温度不应超过70～80℃。

主要参数**(1)橡胶的硬度**

硬度反映的是橡胶的机械性能。材料抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力用硬度表示。材料硬度的测定应根据不同材料采用不同的测定方法。橡胶的硬度常用回跳法测定，由此测定的硬度称为肖氏(或旭尔)硬度。橡胶的硬度低时，强度低，弹性好，阻尼小；硬度高时，强度高，弹性变差，阻尼增大，耐久性降低。橡胶的硬度一般在30～80度。作为隔振材料使用时，宜选取肖氏硬度在40～70度的橡胶为宜。

(2)橡胶的弹性模量

弹性模量是材料在弹性极限内应力同应变的比值，是衡量材料在弹性范围内受力时变形大小的参数之一。当一块橡胶块受到一个轴向压力W时，其压缩量为X，则其弹性模量层为

式中，W——轴向压力，N；

H——橡胶块原高，cm；

S——橡胶块横截面积，cm2；

x一橡胶块被压缩量，又称静位移，cm。

根据橡胶所受压力的变动情况，又将其弹性模量分为静态弹性模量和动态弹性模量。橡胶在静荷载作用下的弹性模量称为静态弹性模量，常用Es表示，它与橡胶硬度的关系如图所示。橡胶的静态弹性模量还与橡胶块的形状和温度有关。

动态弹性模量是橡胶在振动荷载作用下的弹性模量，常用Ed表示。动态弹性模量常用实验的办法取得。由于橡胶在动态变形时，一方面要使分子变形；另一方面又要克服分子间的摩擦力，所以动态弹性模量大于静态弹性模量。橡胶的动、静态弹性模量的比值又称动态系数，在一般情况下，d=Ed/Es为1.2～2.8左右，如天然橡胶d约为1.2～1.6；氯丁橡胶d约为1.4～2.8；丁腈橡胶d约为1.5～2.5；与橡胶类似的弹性材料，如乳胶海绵d值约为2.4～3.1；矿渣棉为1.5，玻璃纤维板为1.2～2.9；软木为1.8～2.2；毛毡一般大于2。

(3)橡胶的刚度

刚度也叫“劲度”，是材料在受到荷载时抵抗变形的能力，刚度大则变形小。刚度的大小取决于材料的种类和形状、尺寸等。刚度常用K表示，单位为N/cm。刚度与弹性模量的关系是：

式中，E——橡胶弹性模量，N/cm2；

S——橡胶块横截面积，cm2；

H——橡胶块原高，cm。

根据材料荷载情况，刚度分为静刚度和动刚度，分别用Ks和Kd表示。静刚度为

材料的动刚度常用实验方法求得，最常用的方法是自振法。

(4)橡胶隔振块的变形量和容许应力

橡胶隔振块在受到压力时，沿压力方向被压缩，一般要求相对变形应控制在原高度H的15%一25%范围内，设其静态压缩量为x，则

实验表明，相对变形控制在这个范围内时，弹性模量的变化较小，约为5%。

橡胶隔振块的承压面积应尽量采用方形或圆形，其边长或直径应控制在4H≥D≥H范围内。式中D可为圆形承压面的直径，也可表示为方形承压面的边长或矩形承压面短边的边长。

橡胶在不同工作状态下的容许应力如图。由于橡胶隔振块的相对变形控制在15%一25%莅围内，因此在设计时实际应力应小于容许应力。当选用橡胶的肖氏硬度在40度以上时，实际应力约为容许应力的10%左右，即取30-50 N/cm2。当硬度在40度以下时，实际应力应取10-30N/cm2。2

分类

橡胶隔振器按受力方式可分为压缩型、剪切型和压缩剪切型。

(1)压缩型橡胶隔振器

此型隔振器一般能承载大载荷，多使用于载荷大或安装部位空间尺寸小的场所。压缩型在形状结构上还可做成多种样式，以适应各工况要求，诸如为圆形、方形及其他形状，外凸或内凹，中间还可有开孔或夹层等。

(2)剪切型橡胶隔振器

这类隔振器多用于主作用方向刚度要求低的场合，或用于轻负荷低转速的机械隔振上，其隔振效果好，但稳定性稍差。形状结构也可多样化。

(3)压剪型橡胶隔振器

此类隔振器从截断面上看，是一种斜向放置的压缩橡胶隔振器。其结构形状多变，内外形各别。受力角度主要是压与剪。常用于隔振与稳定都要求高的场合，有时工作场合需要三向等刚度隔振器，则大多通过组合结构形状来解决。3

应用及特点橡胶隔振器是以金属件为骨架，橡胶为弹性元件，用硫化粘结在一起的隔振元件，故有时也称其为金属橡胶隔振器，是目前应用最多的一类隔振器，主要用于通用机械设备(通风机、压缩机、水泵、空调机组等)和各种发动机隔振；汽车、火车、城市轨道交通、飞机、船舶等交通设备更是离不开橡胶隔振器；有些冲压和锻压设备也采用橡胶隔振器隔离振动。

橡胶隔振器主要特点是：

(1)可自由地选取形状和尺寸，制造比较方便，硬度变化调整容易，可根据需要任意选择三个相互垂直方向上的刚度，改变橡胶形状及内、外部构造，可以适应大幅度改变刚度和强度需要。

(2)橡胶材料具有适量的阻尼，可以吸收振动能量，对高频振动能量的吸收尤为见效，通常在30Hz以上已相当明显，安装有橡胶隔振器的振动机械在通过共振区时，甚至在接近共振区时也能安全地使用，不会产生过大的振动，不需另外配置阻尼器。

(3)橡胶隔振器能使高频的结构噪声显著降低(通常能使100～3200Hz频段中的结构噪声降低达20dB左右)，这对控制噪声极为有利。

(4)抗冲击性能也较佳。

(5)橡胶隔振器的缺点是受日照、温度、臭氧等环境因素影响，易产生性能变化与老化，在长时间静载作用下，有蠕变现象，对工作环境条件适应性也较差，因此要定期检查，以便及时更换，一般橡胶隔振器可使用3～5年。

选用与安装橡胶隔振器件安装的基本原则是必须尽力使每个隔振器件的静态压缩量保持一致，防油污、避高温、尽力减少各处温差。

橡胶隔振器可直接置于地坪上，也可在隔振器与地坪之间放一块2～5mm厚的橡胶垫。如果机械设备运行时，使隔振器受到较大的动态力，则应将隔振器锚固在地坪上，如用地脚螺栓与地坪连接。锚固时须防止振动短路。隔振器安装好后，应校正机器水平，必要时，可用垫铁调整。

橡胶隔振垫一般均垫放在机座下，并尽量均匀地分布在机座的四周。每块垫的大小应相同。有筋的橡胶隔振垫在安放时，应按筋的方向交错排放。4