減震器的研究現(xiàn)狀

王婉瑩，張金萍

（沈陽化工大學(xué) 機械工程學(xué)院，沈陽110142）

0 引 言

減震器是指在工作過程中通過往返運動使振動系統(tǒng)內(nèi)部能量得到衰減，從而達(dá)到減震的目的。國內(nèi)外的學(xué)者對減震器都有了較為深入的研究，取得了較好的成績，但仍沒有解決液壓式減震器密封不實的漏油問題、橡膠減震器環(huán)境適應(yīng)性差及磁流變減震器控制較為復(fù)雜等問題，因此，以現(xiàn)有研究成果為基礎(chǔ)，研究新型適用范圍更廣的減震器具有重要意義。

1 減震器的分類

減震器的形式主要包括機械式減震器、液壓式減震器、磁流變阻尼減震器等。機械式又包括彈簧減震器、橡膠減震器。

1.1 機械式減震器

1.1.1 彈簧減震器

彈簧減震器是最常用的一種鋼制減震器，主要有螺旋形、碟形、環(huán)形和板形等形式，具有靜態(tài)壓縮量大、低頻減震性能好、不易受環(huán)境影響等優(yōu)點。但其本身阻尼很小，易產(chǎn)生搖擺運動，減震性能不夠穩(wěn)定，一般可填充些橡膠或毛氈等軟材料以改善減震性能。光板彈簧-質(zhì)量阻尼系統(tǒng)和葉子彈簧-質(zhì)量組成的減震器阻尼系統(tǒng)多應(yīng)用于重型車輛[1]。其他類型彈簧減震器多用于小型車輛。W.H. Tan[2]通過數(shù)學(xué)模型和仿真結(jié)合的方法深入分析了彈簧減震器的內(nèi)部參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)懸架系統(tǒng)暴露在諧振的環(huán)境中，會產(chǎn)生過大的撓度，減震系統(tǒng)將會很快失效。

1.1.2 橡膠減震器

橡膠減震器是用橡膠制成的減震器，主要分為壓剪型、剪切型和壓縮剪切型。它的最大優(yōu)點是具有足夠的內(nèi)阻尼，適用于靜態(tài)位移小而動態(tài)位移雖短暫但很大的情況，主要用于隔離高頻振動。其形狀和尺寸調(diào)整靈活，以適應(yīng)空間的要求。但其對工作環(huán)境條件適應(yīng)性較差，易老化，產(chǎn)生蠕變。王貴一[3]研究了橡膠減震器不同膠種、不同的結(jié)構(gòu)和形狀對減震器減震性能的影響得出，橡膠減震器的沖擊變形和動態(tài)變形量在高負(fù)載作用下要小得多。Y. Ping[4]根據(jù)硅油和橡膠材料的性質(zhì)研制了一種新型硅油耦合減震器彈簧，分析闡述了振幅和頻率激勵等因素對減震器性能的影響。Yu Lianjiang[5]制備了一種新型的耦合型硅橡膠減震器，通過建立減震器的力學(xué)模型和試驗仿真對比的方法，研究了減震器的工作原理。表明剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)是影響振動控制效果的重要因素。

1.2 液壓式減震器

液體在一定條件下可以被壓縮，并且在壓縮時液體會吸收外在能量，流動時還會將吸收的能量進(jìn)行消耗，這樣就達(dá)到了減少甚至消除振動的目標(biāo)，這就是液壓式減震器的工作原理。

魏文鵬[6]建立減震器熱力學(xué)研究模型，得出外部環(huán)境的溫差對減震器減震穩(wěn)定性的影響和減震器穩(wěn)定工作的阻尼隨溫度改變的變化趨勢。汪通悅[7]通過仿真和理論計算發(fā)現(xiàn)減震器容性的大小隨油液可壓縮能力的增大而增大。從柔和程度、耐用程度和性能方面來說，液壓式減震器比較優(yōu)越，但是易發(fā)生密封不實、漏油等現(xiàn)象，所以在減震穩(wěn)定性和性價比方面，機械式減震器更具有優(yōu)勢。

1.3 磁流變阻尼減震器

磁流變減震器是利用磁流變液在磁場下快速可逆的流變特性制造的一種新型減震器，較之傳統(tǒng)的減震器，磁流變減震器具有阻尼大、體積小、響應(yīng)快、阻尼力連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點。閆占輝[8]介紹了一種新型磁流變液減震器的工作原理及結(jié)構(gòu)，建立了磁流變液減震器阻尼力特性方程，仿真分析該減震器的阻尼力-位移、阻尼力-速度變化規(guī)律，驗證了所建立磁流變液減震器阻尼力數(shù)學(xué)模型的正確性，為磁流變液減震器的深入研究提供了理論依據(jù)。但長時間使用后磁流變液易沉降，影響減震效果。

2 減震器的研究及應(yīng)用

2.1 汽車減震器

汽車行駛路中難免會產(chǎn)生顛簸，為改進(jìn)乘客的乘坐體驗，實現(xiàn)振動能量的回收再利用，饋能減震器的研究體現(xiàn)出了較好的使用價值。趙立軍等[9]設(shè)計一種實用新型液壓式饋能減震器的原理及結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)在車輛行駛的振動過程中，將油液壓入高壓蓄能器，將懸架的振動能量回收，對節(jié)能減排有借鑒價值。杜巧連等[10]采用機電液耦合系統(tǒng)，設(shè)計了一種新型液電饋能式汽車減震器，將直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，推動發(fā)電機產(chǎn)生電能，實現(xiàn)能量回收。A. Casavola等[11]提出了一種增益調(diào)度控制策略，用于地面車輛電磁再生減震器的主動控制，以獲取由路面不平度引起的機械能，實現(xiàn)能量再利用。但是液壓減震器難免會產(chǎn)生漏油狀況，在后續(xù)研究中應(yīng)注意如何解決液壓式饋能減震器的漏油問題。

2.2 船用減震器

對于船用減震器來說，如何避免高頻時段的共振，是一個很重要的問題，李健等[12]通過無諧振原理，研究出一種新型減震器結(jié)構(gòu)，將其用在艦載上，并計算其結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)艦載環(huán)境下的振動特性對其進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)計的減震器固有頻率低，達(dá)到避免高頻時段共振的效果，滿足艦載環(huán)境要求，并且能夠為以后優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計新的結(jié)構(gòu)，打下了良好的基礎(chǔ)。劉亞龍[13]基于現(xiàn)代主動控制振動技術(shù)，采用主動控制技術(shù)與傳統(tǒng)減震方式相結(jié)合的方法設(shè)計了一種新型管道減震器，實現(xiàn)對管道更為智能的減震功能，具有低頻效果好、自適應(yīng)能力強、能夠有效降低管道振動和管道被夾持部位的應(yīng)力、延長管道的使用壽命等優(yōu)點。

2.3 其他類型減震器

雷先華[14]基于電流變彈性體的剛度和阻尼可電控調(diào)節(jié)的特性及壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，研制一種基于D33擠壓模式的壓電自供能電流變彈性體減震器，相比無場強條件下，在壓電供電和1000 V恒壓的條件下能有效增大電流變彈性體結(jié)構(gòu)阻尼，改變減震器振動響應(yīng)譜峰值的頻率和幅值，提高系統(tǒng)的減震效果。高浩文[15]設(shè)計出硅油-橡膠復(fù)合式曲軸扭轉(zhuǎn)減震器的機械結(jié)構(gòu)，研究出曲軸振幅與激振頻率關(guān)系圖，設(shè)計了完整的硅油-橡膠復(fù)合式減震器的加工工藝及相關(guān)參數(shù)，在最佳阻尼值時達(dá)到最佳減震效果。

R. A. Oprea[16]研制了一種新穎的實驗裝置。通過有限元分析，得到了器件的最佳尺寸和結(jié)構(gòu)。該裝置具有通用的結(jié)構(gòu)，它允許研究各種機器拓?fù)?。M. A. Rahman[17]對采用非線性彈簧和阻尼器的兩自由度非諧減震系統(tǒng)的非線性邊值問題進(jìn)行了數(shù)值研究。分析表明，初始穩(wěn)定的吸收體可能隨時間而變得不穩(wěn)定，較高的非線性項使系統(tǒng)更加不穩(wěn)定。對聽骨鏈仿生減震系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析具有一定的參考意義。

3 新型減震器的研究

學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)聽骨鏈系統(tǒng)在力的傳輸過程中具有減弱力的作用強度和減震的作用[18]，聽小骨系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快、自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力強、易于引入控制、對低頻信號感應(yīng)強且高頻振動的能量容易衰減、傳音功能幾乎不隨年齡不同而變化的特點，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)有了較成熟的應(yīng)用。根據(jù)聽骨鏈仿生設(shè)計的減震器可以繼承其已有優(yōu)點，并且具有良好的減震效果，可深入研究進(jìn)一步提高其減震性能，并將其應(yīng)用于減震等領(lǐng)域。

4 結(jié) 語

通過分析當(dāng)前傳統(tǒng)減震方式的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)整體應(yīng)用效果較好，為機械設(shè)備提供較好的減震效果，并且為接下來減震方式的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。針對現(xiàn)有減震器適用場合與頻率適用范圍窄等不足，研究一種減震能力強、適用范圍廣的減震器尤為重要，使減震系統(tǒng)能夠更好地為機械服務(wù)。