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1、 硕士学位论文硕士学位论文 环形金属橡胶隔振器的疲劳寿命及其 试验研究 FATIGUE LIFE AND EXPERIMENT STUDY ON CIRCULAR METAL RUBBER VIBRATION ISOLATOR 陈陈 亮亮 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 2012 年年 7 月月 国内图书分类号：TH113.1 学校代码：10213 国际图书分类号：621 密级：公开 工学工学硕士学位论文硕士学位论文 环形金属橡胶隔振器的疲劳寿命及其 试验研究 （全日制工程硕士） 硕 士 研 究 生 ： 陈 亮 导师 ： 夏宇宏 副教授 申请学位 ： 工程硕士 学 科 、 专 业 ： 机械工程
2、所在单位 ： 机电工程学院 答辩日期 ： 2012 年 7 月 授予学位单位 ： 哈尔滨工业大学 Classified Index: TH113.1 U.D.C:621 Dissertation for the Master Degree in Engineering FATIGUE LIFE AND EXPERIMENT STUDY ON CIRCULAR METAL RUBBER VIBRATION ISOLATOR Candidate: Chen Liang Supervisor: Associate Prof. Xia Yuhong Academic Degree Applied fo
3、r: Master of Mechanical Engineering Speciality: Mechanical Engineering Affiliation: School of Mechatronics Engineering Date of Defence: July, 2012 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - I - 摘 要 金属橡胶因其耐高温、耐低温、耐腐蚀，且具有橡胶的特性，所以在军工 和民用的一些苛刻环境中取代了普通橡胶，用于实现阻尼减振、密封、节
4、流、 过滤等功能，其中阻尼减振是其主要用途。本文研究的是环形金属橡胶隔振器 的疲劳寿命及其试验，可以为分析金属橡胶在实际应用中的可靠性提供一定依 据。 研究了金属橡胶隔振器力与位移的关系，发现其力与位移迟滞环可以由金 属橡胶元件的力与变形迟滞环叠加而得。这为疲劳寿命试验提供了基础。 采用控制应力的方法对金属橡胶隔振器进行疲劳寿命试验，发现随着振动 次数的增加，与隔振器相关的一些参数会衰减，如共振频率、共振传递率、能 量耗散系数、金属橡胶元件的高度和质量等。其中隔振器的共振频率和共振传 递率在超过最大值后呈线性衰减的特点可以用来作为估算其疲劳寿命的依据。 在规定隔振器的共振频率衰减到最大值的 9
5、0%所对应的振动次数为其疲 劳寿命的情况下，利用试验数据得到了隔振器的疲劳寿命与工作应力、预应 力、相对密度和金属丝直径的关系，即疲劳寿命经验公式。 虽然疲劳寿命试验中金属橡胶元件只是在成型方向承受最大值不变的循环 载荷，但是试验本身及其相关结论不仅为金属橡胶疲劳寿命的研究，也为估算 金属橡胶在实际应用中的使用寿命提供了参考价值。 关键词：隔振器；金属橡胶；疲劳寿命；共振频率；经验公式 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - II - Abstract Metal rubber has characteristics of resistance to high and low temperatur
6、e, corrosion, and behaving like rubber, so it has replaced traditional rubber in some severe environment of military and civilian. Metal rubber can be used in fields of vibration reduction, sealing, throttling and filtering, of which vibration reduction is the main one. The study on fatigue life and
7、 its experiment of circular metal rubber vibration isolator can provide some base for metal rubbers practical application. The relationship of force and displacement of MR vibration isolator is studied. Its found that hysteresis loop of force and displacement of MR vibration isolator is the superpos
8、ition of MR components ones, which provides the basis for the fatigue life experiment. The fatigue life experiment is conducted with controlled-stress method, and its found that with the cyclic loading time increasing some parameters of vibration isolator will attenuate, like resonant frequency, res
9、onance transmission rate, energy dissipation coefficient, height and quality of MR component. Resonant frequency and transmission rate will attenuate linearly after exceeding the maximum value, which can be used to estimate the fatigue life of MR vibration isolation. When the cyclic loading time of
10、resonance frequency attenuating to the maximum 90% is considered the fatigue life of MR vibration isolation, the fatigue life experimental formula is got from the test data. The experimental formula describes the relationship between the fatigue life of MR vibration isolation and working stress, pre
11、stress, relative density and metal wires diameter. Although in forming direction MR components are only subjected to the cycle load whichs maximum value not changing, the experiment itself and its relevant conclusions not only provide reference value for the research of metal rubbers fatigue life, b
12、ut also for estimation of its service life in the actual application. Keywords: vibration isolator, metal rubber, fatigue life, resonant frequency, experimental formula 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - III - 目目 录录 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题研究的目的和意义 1 1.2 疲劳寿命研究发展史 . 2 1.3 金属橡胶技术的发展概况 3 1.3.1 国外金属橡胶
13、技术的发展概况 3 1.3.2 国内金属橡胶技术的发展概况 4 1.4 金属橡胶寿命的研究现状 5 1.5 本课题研究的主要内容 6 第 2 章 金属橡胶隔振器的力学特性 7 2.1 金属橡胶力学特性的描述 7 2.2 金属橡胶隔振器力和位移关系的描述 . 12 2.2.1 用金属橡胶的迟滞环描述隔振器的迟滞环 . 12 2.2.2 金属橡胶隔振器的刚度分析 16 2.2.3 金属橡胶隔振器的能量耗散系数分析 . 17 2.3 本章小结 19 第 3 章 金属橡胶隔振器的疲劳寿命试验及其现象 . 20 3.1 金属橡胶隔振器的失效分析及其疲劳寿命的影响因素 . 20 3.1.1 金属橡胶隔振器
14、的失效分析 20 3.1.2 金属橡胶隔振器疲劳寿命的影响因素 . 21 3.2 金属橡胶隔振器疲劳寿命试验 . 22 3.2.1 疲劳寿命试验原理 . 22 3.2.2 疲劳寿命试验的制定 . 24 3.3 金属橡胶隔振器疲劳寿命试验中的现象 27 3.3.1 疲劳寿命试验中的跳跃现象 27 3.3.2 共振频率和共振传递率随振动次数的变化 . 28 3.3.3 寿命试验前后静态性能的变化 32 3.3.4 寿命试验前后金属橡胶元件质量的变化 . 39 3.4 本章小结 40 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - IV - 第 4 章 金属橡胶隔振器疲劳寿命的经验公式 . 41 4.1 金属橡
15、胶隔振器的失效判定准则及对应的疲劳寿命 . 41 4.1.1 金属橡胶隔振器的失效判定准则 41 4.1.2 金属橡胶隔振器的疲劳寿命 41 4.2 金属橡胶隔振器疲劳寿命经验公式的推导 42 4.2.1 疲劳寿命 N 和工作应力、预应力的关系 . 42 4.2.2 疲劳寿命 N 和相对密度的关系 . 43 4.2.3 疲劳寿命 N 和金属丝直径的关系 44 4.2.4 疲劳寿命经验公式 . 45 4.3 寿命经验公式与寿命试验数据的对比 . 46 4.4 金属橡胶隔振器寿命经验公式的推论 . 48 4.5 金属橡胶隔振器疲劳寿命经验公式的适用条件 . 50 4.6 本章小结 51 结 论 5
16、2 参考文献 53 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 53 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 58 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 59 致 谢 60 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第1章 绪绪 论 1.1 课题研究的目的和意义 本论文研究内容是国家自然科学基金项目（项目号：50705016）的一部 分。 在实际应用中经常会发生由于零部件失效而造成人员伤亡和财产损失的事 故。例如 1986 年美国“挑战者”号航天飞机升空 73 秒后就发生了爆炸，造成 7 名宇航员遇难。事后美国国家航天局经过大量的调查研究发现造成事故的原 因是由于结构密封元件的失效1-3。由此可见可靠性的重要性，没有可靠性的 产品随时都会威胁人们的生命，造成巨大的经济损失。为了防止零部件的失效 就必须提高其可靠性。可靠性是产品在规定的条件下正常工作，不发生失效的 保证，可靠性越高，产品发生失效的概率越低。而产品的可靠性又受到零部件 可靠性的影响，零部件的可靠性越高，产品的可靠性一般也就越高4。为了提 高产品的
