一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201310661253.9	申请日：	2013.12.09
公开号：	CN103699721A	公开日：	2014.04.02
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20131209授权公告日:20160511终止日期:20161209\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20131209\|\|\|公开
IPC分类号：	G06F17/50	主分类号：	G06F17/50
申请人：	中国农业大学
发明人：	江发潮; 张倩; 石红; 宋森楠
地址：	100193 北京市海淀区圆明园西路2号
优先权：
专利代理机构：	北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246	代理人：	张文宝
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内容摘要

本发明公开了属于橡胶减振垫优化选用技术领域的一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法。该方法基于噪声频谱图分析研究结果表明，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化的动态特性；该动态特性是评价减振效果的主要参数；总的技术路线采用实际试验数据验证与综合品质评价模型相结合，进行统计分析，得到一个评测结果汇总表，进行综合的优选评价。本发明通过橡胶减振垫工作情况建立的力学模型，将橡胶减振垫简化为具有单自由度振动减振系统计算减振系数，方法简单；为采用橡胶减振垫的设备减振系统计算减振系数提供依据，减少因减振系数考虑不周引起的设备事故发生率。

权利要求书

权利要求书
1. 一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法，其特征在于，基于噪声频谱图分析研究结果表明，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性；该动态特性是评价减振效果的主要参数；该优选评价方法是以橡胶减振垫的不同方向的不同频率衰减率为综合评价指标，总的技术路线采用实际试验数据验证与综合品质评价模型相结合，进行统计分析，得到一个评测结果汇总表，进行综合的优选评价，具体包括：
1）隔振的基本原理
①根据橡胶减振垫工作情况建立相应的力学模型，该模型组成是一个质量模块M1通过并联的橡胶减振垫JD和阻尼器ZN放置在基础上；即将橡胶减振垫简化为具有一个自由度的振动系统，采用单自由度振动系统计算减振系数，方法简单；如此在基础上作用一个外力FO；则整个系统在这个交变的外力作用下产生振动，其振幅为A的振动加速度幅值为a，基础振动的振幅A和加速度幅值a传递到质量M1上时，已不再是A和a，变为Al和al，如果以η表示A1与A之比或al与a之比，则η即为该振动系统的相对传递率。
在被动减振系统中，相对传递率定义为上车振幅与下车振幅的比值，相对传递率越小说明振动压路机的下车对上车传递的振动越少，减振的效果就越好，其值越大表现为下车传递给上车的能量越大，减振的效果就越差。
另外，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性。动态特性包括动刚度k和阻尼损耗因子ξ，都是激励频率的函数，这两个特性也是隔振效果评价的主要参数。
②计算振动系统的相对传递率η，由机械动力学可知η用下式表达：
η=A1/A=a1/a=1+ξ2/(1-λ2)2+ξ2---(1)]]>
其中：
ξ—阻尼损耗因子，与材料的选取有关，取值范围0～1；
λ=ω/ω′——频率比（2）
ω=2πf,f为噪声频率；
K为橡胶动刚度，m为橡胶减振垫的质量；
由式（1）可得到不同阻尼损耗因子下传递率随频率比的变化；λ在大于时才有减振效果，当λ大于5后η值的变化并不明显，为计算方便，在后面的计算过程中，采用低阻尼橡胶材料，即取ξ=0，，因此式（1）可简化为：
η=11-λ2---(3)]]>
结合式（2）推导，将式（3）化简为：
η=11-4π2f2mK---(4)]]>
因此影响相对传递率的关键参数取决于噪声频率f及橡胶动刚度K。
③橡胶动刚度K的确定
对于低阻尼橡胶材料，可假设其减振垫的极限静态应力σ为0.069Mpa，通过其静载荷可求得受载面积：
S=G/σ(5)
式中：S—减振垫的最小受载面积，mm2
G—减振垫静载荷，N
从式（5）得到，减振垫几何形状对模量的影响很大，Ec与形状因素的关系式为：
Ec=Eo(1+2k1C2)(6)
式中：Ec—减振垫的有效压缩模量，Mpa;
Eo—橡胶材料的杨氏模量，Mpa；
C—减振垫的形状因素，减振垫受载面积与不受载面积的比；
k1—材料特性校正因素，取0.5～1；
如果橡胶减振垫永久形变较小，可将其应力-应变关系假设为线性关系，从而用有效压缩模量来评价减振垫特性。
Ka=SEc/h(7)
式中：Ka—减振垫的静刚度，N·mm-1;
Ec—减振垫的有效压缩模量，Mpa;
h—减振垫的高度；
橡胶减振垫的Ka比K小，其差异随着橡胶材料阻尼值的增大而增大，Ka/K为1.2～2，当Ka/K取1.4时，综合公式（5）～（7）可知：
K=GEo(1+2k1C2)1.4σh---(8)]]>
结合式（4）可知，根据噪声频谱图分析出主频率后，橡胶减振垫的减振效果随橡胶材料的几何形状，质量及模量变化，在形状相同，质量相等的情况下，减振效果同橡胶材料的模量成反比。
2）实际试验获取橡胶减振垫不同方向的频谱及衰减率数据；
对于橡胶减振垫的参数优选采用了噪声频谱图分析方法来确定噪声频率f。
根据频谱图可得到主要噪声频率为f1、f2、f3、…、fn，同时，通过实际需要的橡胶垫参数可以代入式（8）中计算得到K，然后代入式（4）中依次得到各噪声频率对应的传递率η1、η2、η3、…、ηn；
根据试验得到的数据，定义一个衰减函数：
f(x)=Σi=1nωiηi---(9)]]>
其中：
Σi=1nωi=1]]>
而权重系数可以根据不同频率的峰值和重要程度确定。其中，重要程度根据人体敏感频率确定，目前ISO对于振动评价标准主要集中于1～80Hz，因此对于此频带的频率为最重要，随着频率增高重要程度依次递减，即可得到该噪声处的衰减值；
3)综合评价模型
橡胶材料一般为各向异性材料，所以还需要针对不同方向测试噪声值分别得到噪声频谱图因此，定义一个总的函数：
F(x)=ωxfx(x)+ωyfy(y)+ωzfz(z)
其中fx(x)、fy(y)、fz(z)的计算方法参见步骤2）中f(x)的计算方法。ωx、ωy、ωz为系数，且ωx+ωy+ωz=1，权重的确定考虑不同方向的敏感频率范围，根据ISO振动评价标准可知，人体舒适性在z轴方向的界限值要高于x轴及y轴，因此重要程度为x轴和y轴同等重要且高于z轴，因此，可取为ωx=0.4、ωy=0.4、ωz=0.2。
对于不同的橡胶垫选用，衰减的越快减振效果越好，因此针对多位置的噪声频率分析，取
min(F1(x)、F1(x)、F1(x)、…、F1(x))

2. 根据权利要求1所述一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法，其特征在于，λ的实际取值范围在2.5～4.5之间。

说明书

说明书一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法
技术领域
本发明属于橡胶减振垫优化选用技术，特别涉及一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法。
背景技术
随着现代工业和建设事业的发展，我国城市噪声逐年提高。噪声不仅干扰了人们的生活、学习和工作，而且危害着人们的身心健康，引起各种疾病，严重的会造成永久性的听力损失乃至耳聋。同时，噪声也直接影响了产品本身的质量和使用效果，增加了能耗，缩短了产品的使用寿命。因此，需要对噪声进行控制。
根据噪声产生和传播的机理，可以将噪声控制技术分为以下三类：一是对噪声源的控制，二是对传播途径的控制，三是对接受者的保护。其中对噪声源的控制是最根本、最直接的措施，包括降低噪声的激振力及降低发动机部位对激振力的响应等，即改造振源和声源。当噪声源难以控制时，就需要在噪声的传播途径中采取措施，例如吸声、隔声、消声、减振及隔振等措施。而一种机械的减振降噪水平与其热平衡性、动力性、经济性、可靠性、强度、刚度、质量、制造成本等密切相关。此外，人们对橡胶材料的特性了解一般停留在静态层面上，即在弹性范围内，认为橡胶材料的刚度、阻尼特性是固定不变的常数。但实际情况不是这样，由此引起实际应用上产生错误，可能会因为对减振垫的参数设计偏小而造成设备损坏，或加工精度变化，参数测试不正确的不足。因此，研究振动控制的综合性评价和优选方法至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法，其特征在于，基于噪声频谱图分析研究结果表明，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性；该动态特性是评价减振效果的主要参数；该优选评价方法是以橡胶减振垫的不同方向的不同频率衰减率为综合评价指标，总的技术路线采用实际试验数据验证与综合品质评价模型相结合，进行统计分析，得到一个评测结果汇总表，进行综合的优选评价，具体包括：
1）隔振的基本原理
①根据橡胶减振垫工作情况建立相应的力学模型，该模型组成是一个质量模块M1通过并联的橡胶减振垫和阻尼器放置在基础上；即将橡胶减振垫简化为具有一个自由度的振动系统，采用单自由度振动系统计算减振系数，方法简单；如此在基础上作用一个外力Ｆｏ；则整个系统在这个交变的外力作用下产生振动，其振幅为A的振动加速度幅值为a，基础振动的振幅A和加速度幅值a传递到质量M1上时，已不再是A和a，变为Al和al，如果以η表示A1与A之比或al与a之比，则η即为该振动系统的相对传递率。
在被动减振系统中，相对传递率定义为上车振幅与下车振幅的比值，相对传递率越小说明下车对上车传递的振动越少，减振的效果就越好，其值越大表现为下车传递给上车的能量越大，减振的效果就越差。
另外，橡胶材料的刚度、阻尼等特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性。动态特性包括动刚度k和阻尼损耗因子ξ，都是激励频率的函数，这两个特性也是隔振效果评价的主要参数。
②计算振动系统的相对传递率η，由机械动力学可知η用下式表达：
η=A1/A=a1/a=1+ξ2/(1-λ2)2+ξ2---(1)]]>
其中：
ξ—阻尼损耗因子，与材料的选取有关，取值范围0～1；
λ=ω/ω′——频率比（2）
ω=2πf,f为噪声频率；
K为橡胶动刚度，m为橡胶减振垫的质量；
由式（1）可得到不同阻尼损耗因子下传递率随频率比的变化；λ在大于时才有减振效果，当λ大于5后η值的变化并不明显，为计算方便，在后面的计算过程中，采用低阻尼橡胶材料，即取ξ=0，，因此式（1）可简化为：
η=11-λ2---(3)]]>
结合式（2）推导，将式（3）化简为：
η=11-4π2f2mK---(4)]]>
因此影响相对传递率的关键参数取决于噪声频率f及橡胶动刚度K。
③橡胶动刚度K的确定
对于低阻尼橡胶材料，可假设其减振垫的极限静态应力σ为0.069Mpa，通过其静载荷可求得受载面积：
S=G/σ(5)
式中：S—减振垫的最小受载面积，mm2
G—减振垫静载荷，N
从式（5）得到，减振垫几何形状对模量的影响很大，Ec与形状因素的关系式为：
Ec=Eo(1+2k1C2)(6)
式中：Ec—减振垫的有效压缩模量，Mpa;
Eo—橡胶材料的杨氏模量，Mpa；
C—减振垫的形状因素，减振垫受载面积与不受载面积的比；
k1—材料特性校正因素，取0.5～1；
如果橡胶减振垫永久形变较小，可将其应力-应变关系假设为线性关系，从而用有效压缩模量来评价减振垫特性。
Ka=SEc/h(7)
式中：Ka—减振垫的静刚度，N·mm-1;
Ec—减振垫的有效压缩模量，Mpa;
h—减振垫的高度；
橡胶减振垫的Ka比K小，其差异随着橡胶材料阻尼值的增大而增大，Ka/K为 1.2～2，当Ka/K取1.4时，综合公式（5）～（7）可知：
K=GEo(1+2k1C2)1.4σh---(8)]]>
结合式（4）可知，根据噪声频谱图分析出主频率后，橡胶减振垫的减振效果随橡胶材料的几何形状，质量及模量变化，在形状相同，质量相等的情况下，减振效果同橡胶材料的模量成反比。
2）实际试验获取橡胶减振垫不同方向的频谱及衰减率数据；
对于橡胶减振垫的参数优选采用了噪声频谱图分析方法来确定噪声频率f。
根据频谱图可得到主要噪声频率为f1、f2、f3、…、fn，同时，通过实际需要的橡胶垫参数可以代入式（8）中计算得到K，然后代入式（4）中依次得到各噪声频率对应的传递率η1、η2、η3、…、ηn；
根据试验得到的数据，定义一个衰减函数：
f(x)=Σi=1nωiηi---(9)]]>
其中：
Σi=1nωi=1]]>
而权重系数可以根据不同频率的峰值和重要程度确定。其中，重要程度根据人体敏感频率确定，目前ISO对于振动评价标准主要集中于1～80Hz，因此对于此频带的频率为最重要，随着频率增高重要程度依次递减，即可得到该噪声处的衰减值；
3)综合评价模型
橡胶材料一般为各向异性材料，所以还需要针对不同方向测试噪声值分别得到噪声频谱图因此，定义一个总的函数：
F(x)=ωxfx(x)+ωyfy(y)+ωzfz(z)
其中fx(x)、fy(y)、fz(z)的计算方法参见步骤2）中f(x)的计算方法。ωx、ωy、ωz为权重系数，且ωx+ωy+ωz=1，.权重的确定考虑不同方向的敏感频率范围，根据ISO振动评价标准可知，人体舒适性在z轴方向的界限值要高于x轴及y轴，因此重要程度为x轴和y轴同等重要且高于z轴，因此，可取为ωx=0.4、ωy=0.4、ωz=0.2。
对于不同的橡胶垫选用，衰减的越快减振效果越好，因此针对多位置的噪声频率分析，取
min(F1(x)、F1(x)、F1(x)、…、F1(x))；
本发明的有益效果是通过橡胶减振垫工作情况建立的力学模型，将橡胶减振垫简化为具有单自由度振动减振系统计算减振系数，方法简单；为采用橡胶减振垫的设备减振系统计算减振系数提供依据，减少因减振系数考虑不周设备事故发生率。
附图说明
图1为总的技术路线图。
图2为橡胶减振垫力学模型示意图。
图3频幅曲线示意图。
图4为橡胶减振垫优化目标进行噪声测试的噪声频谱图。
图5权重分配图。
具体实施方式
本发明提供一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法，下面结合附图予以说明。基于噪声频谱图分析研究结果表明，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性；该动态特性是评价减振效果的主要参数。
图1所示为总的技术路线图，图中示出了橡胶减振垫最佳隔振效果多参数评价优选该优选方法是以橡胶减振垫的不同方向的不同频率衰减率为综合评价指标，采用实际试验数据进行优选与验证，分别建立（1）吸振的基本原理的力学模型；（2）实际试验获取橡胶减振垫不同方向的频谱及衰减率数据；（3）综合品质评价模型，进行统计分析，得到一个评测结果汇总表，进行综合评价；具体包括：
1）隔振的基本原理
①根据橡胶减振垫工作情况建立相应的力学模型（如图2所示），该模型组成是一个质量模块M1通过并联的橡胶减振垫ＪＤ和阻尼器ＺＮ放置在基础上；即将橡胶减振垫简化为具有一个自由度的振动系统，采用单自由度振动系统计算减振系数，方法简单；如此在基础上作用一个外力Fosinwt；则整个系统在这个交变的外力作用下产生振动，其振幅为A的振动加速度幅值为a，基础振动的振幅A和加速度幅值a传递到质量M1上时，已不再是A和a，变为Al和al，如果以η表示A1与A之比或al与a之比，则η即为该振动系统的相对传递率。
在被动减振系统中，相对传递率定义为上车振幅与下车振幅的比值，相对传递率越小说明振动压路机的下车对上车传递的振动越少，减振的效果就越好，其值越大表现为下车传递给上车的能量越大，减振的效果就越差。
另外，橡胶材料的刚度、阻尼等特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性。动态特性包括动刚度k和阻尼损耗因子ξ，都是激励频率的函数，这两个特性也是隔振效果评价的主要参数。
②计算振动系统的相对传递率η，由机械动力学可知η用下式表达：
η=A1/A=a1/a=1+ξ2/(1-λ2)2+ξ2---(1)]]>
其中：
ξ—阻尼损耗因子，与材料的选取有关，取值范围0～1；
λ=ω/ω′——频率比（2）
ω=2πf,f为噪声频率；
K为橡胶动刚度，m为橡胶减振垫的质量；
由式（1）可得到不同阻尼损耗因子下传递率随频率比的变化；由图3可知 λ在大于时才有减振效果，当λ大于5后η值的变化并不明显，因此λ一般实际采用的取值范围在2.5～4.5之间；常用减振垫的阻尼损耗因子均分布在0.05～0.5之间，分别代入ξ=0.05与ξ=0.5，计算得到的η的误差，与ξ=0所得的η的误差分别为0.74%和0.12%，数值很小，可以忽略掉。为计算方便，后面计算过程中取ξ=0，即低阻尼橡胶材料以简化计算，因此式（1）可简化为：
η=11-λ2---(3)]]>
结合式（2）推导，将式（3）化简为：
η=11-4π2f2mK---(4)]]>
因此影响相对传递率的关键参数取决于噪声频率f及橡胶动刚度K。
③橡胶动刚度K的确定
对于低阻尼橡胶材料，可假设其减振垫的极限静态应力σ为0.069Mpa，通过其静载荷可求得受载面积：
S=G/σ(5)
式中：S—减振垫的最小受载面积，mm2
G—减振垫静载荷，N
从式（5）得到，减振垫几何形状对模量的影响很大，Ec与形状因素的关系式为：
Ec=Eo(1+2k1C2)(6)
式中：Ec—减振垫的有效压缩模量，Mpa;
Eo—橡胶材料的杨氏模量，Mpa；
C—减振垫的形状因素，减振垫受载面积与不受载面积的比；
k1—材料特性校正因素，取0.5～1；
如果橡胶减振垫永久形变较小，可将其应力-应变关系假设为线性关系，从而用有效压缩模量来评价减振垫特性。
Ka=SEc/h(7)
式中：Ka—减振垫的静刚度，N·mm-1;
Ec—减振垫的有效压缩模量，Mpa;
h—减振垫的高度；
橡胶减振垫的Ka比K小，其差异随着橡胶材料阻尼值的增大而增大，Ka/K为1.2～2，当Ka/K取1.4时，综合公式（5）～（7）可知：
K=GEo(1+2k1C2)1.4σh---(8)]]>
结合式（4）可知，根据噪声频谱图分析出主频率后，橡胶减振垫的减振效果随橡胶材料的几何形状，质量及模量变化，在形状相同，质量相等的情况下，减振效果同橡胶材料的模量成反比。
2）实际试验获取橡胶减振垫不同方向的频谱及衰减率数据；
对于橡胶减振垫的参数优选采用了噪声频谱图分析方法来确定噪声频率f。
根据频谱图可得到主要噪声频率为f1、f2、f3、…、fn，同时，通过实际需要的橡胶垫参数可以代入式（8）中计算得到K，然后代入式（4）中依次得到各噪声频率对应的传递率η1、η2、η3、…、ηn。
根据试验得到的数据，定义一个衰减函数：
f(x)=Σi=1nωiηi---(9)]]>
其中：
Σi=1nωi=1]]>
而权重系数可以根据不同频率的峰值和重要程度确定。其中，重要程度根据人体敏感频率确定，目前ISO对于振动评价标准主要集中于1～80Hz，因此对于此频带的频率为最重要，随着频率增高重要程度依次递减。
结合权重分配图，对于上述噪声频谱图，分析其权重系数如表1所示。
表1权重系数的确定

将表1中得到的参数值代入衰减函数式（9）即可得到该噪声处的衰减值。
3)综合评价模型
橡胶材料一般为各向异性材料，所以还需要针对不同方向测试噪声值分别得到噪声频谱图（如图4所示），因此，定义一个总的函数：
F(x)=ωxfx(x)+ωyfy(y)+ωzfz(z)
其中fx(x)、fy(y)、fz(z)的计算方法参见步骤2）中f(x)的计算方法。ωx、ωy、ωz为系数，且ωx+ωy+ωz=1，权重的确定考虑不同方向的敏感频率范围，根据ISO振动评价标准可知，人体舒适性在z轴方向的界限值要高于x轴及y轴，因此重要程度为x轴和y轴同等重要且高于z轴，因此，可取为ωx=0.4、ωy=0.4、ωz=0.2。
对于不同的橡胶垫选用，衰减的越快减振效果越好，因此针对多位置的噪声频率分析，取
min(F1(x)、F1(x)、F1(x)、…、F1(x))
本发明通过橡胶减振垫工作情况建立的力学模型，将橡胶减振垫简化为具有单自由度振动减振系统计算减振系数，方法简单；为采用橡胶减振垫的设备减振系统计算减振系数提供依据，减少因减振系数考虑不周引起的设备事故发生率。
算例:
现以两个减振块A和B的性能优化比较为例来说明具体优化选用过程。
首先，根据试验（如果减振块厂家可以提供，则不需要试验）得到减振块一个方向的频谱图（如图4）及不同频率的传递率，不同的减振块的频谱图不一样。然后，根据频谱图确定出主要的峰值频率，将其填入表中；再次，利用图5（图中A表示最重要，重要程度依字母顺序递减）根据峰值和峰值频率确定权重分配系数，表2和表3分别为减振块A和B的传递率及权重。
表2减振块A不同峰值频率的传递率及权重

进一步计算得：
fA(x)=Σi=1nωiηi=0.47,fB(x)=Σi=1nωiηi=0.16]]>
上面为一个方向的f(x)值（假设为X方向），同样方法可以得到另外两个方向的f(x)值，由此如果：
fAx(x)=0.47；fAy(x)=0.80；fAz(x)=0.50；
fBx(x)=0.16；fAy(x)=0.70；fAz(x)=0.90；
可进一步得到
FA(x)=ωxfAx(x)+ωyfAy(y)+ωzfAz(z)=0.18
FB(x)=ωxfBx(x)+ωyfBy(y)+ωzfBz(z)=0.24
比较上面两数值，取较小的，认为该减振块综合性能最优，因此，选择A。如果有n个减振块，也可以按照同样的步骤优选出综合性能最优的减振块。

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1、(10)申请公布号 CN 103699721 A (43)申请公布日 2014.04.02 CN 103699721 A (21)申请号 201310661253.9 (22)申请日 2013.12.09 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人中国农业大学地址 100193 北京市海淀区圆明园西路 2 号 (72)发明人江发潮张倩石红宋森楠 (74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246 代理人张文宝 (54) 发明名称一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法 (57) 摘要本发明公开了属于橡胶减振垫优化选用技术领域的一种橡胶减振。

2、垫最佳隔振效果多参数优选评价方法。该方法基于噪声频谱图分析研究结果表明，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化的动态特性；该动态特性是评价减振效果的主要参数；总的技术路线采用实际试验数据验证与综合品质评价模型相结合，进行统计分析，得到一个评测结果汇总表，进行综合的优选评价。本发明通过橡胶减振垫工作情况建立的力学模型，将橡胶减振垫简化为具有单自由度振动减振系统计算减振系数，方法简单；为采用橡胶减振垫的设备减振系统计算减振系数提供依据，减少因减振系数考虑不周引起的设备事故发生率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页说明书。

3、8 页附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书3页说明书8页附图2页 (10)申请公布号 CN 103699721 A CN 103699721 A 1/3 页 2 1. 一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法，其特征在于，基于噪声频谱图分析研究结果表明，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性；该动态特性是评价减振效果的主要参数；该优选评价方法是以橡胶减振垫的不同方向的不同频率衰减率为综合评价指标，总的技术路线采用实际试验数据验证与综合品质评价模型相结合，进行统计分析，。

4、得到一个评测结果汇总表，进行综合的优选评价，具体包括： 1）隔振的基本原理根据橡胶减振垫工作情况建立相应的力学模型，该模型组成是一个质量模块 M1通过并联的橡胶减振垫 JD 和阻尼器 ZN 放置在基础上；即将橡胶减振垫简化为具有一个自由度的振动系统，采用单自由度振动系统计算减振系数，方法简单；如此在基础上作用一个外力 FO；则整个系统在这个交变的外力作用下产生振动，其振幅为 A 的振动加速度幅值为 a，基础振动的振幅 A 和加速度幅值 a 传递到质量 M1上时，已不再是 A 和 a，变为 Al和 al，如果以表示 A1与 A 之比或 al与 a 。

5、之比，则即为该振动系统的相对传递率。在被动减振系统中，相对传递率定义为上车振幅与下车振幅的比值，相对传递率越小说明振动压路机的下车对上车传递的振动越少，减振的效果就越好，其值越大表现为下车传递给上车的能量越大，减振的效果就越差。另外，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性。动态特性包括动刚度k和阻尼损耗因子，都是激励频率的函数，这两个特性也是隔振效果评价的主要参数。计算振动系统的相对传递率，由机械动力学可知用下式表达：其中：阻尼损耗因子，与材料的选取有关，取值范围 0 1 ； =/频率比（2）。

6、=2f,f 为噪声频率； K 为橡胶动刚度， m 为橡胶减振垫的质量；由式（1）可得到不同阻尼损耗因子下传递率随频率比的变化；在大于时才有减振效果，当大于 5 后值的变化并不明显，为计算方便，在后面的计算过程中，采用低阻尼橡胶材料，即取 =0，，因此式（1）可简化为：结合式（2）推导，将式（3）化简为：因此影响相对传递率的关键参数取决于噪声频率 f 及橡胶动刚度 K。橡胶动刚度 K 的确定权利要求书 CN 103699721 A 2 2/3 页 3 对于低阻尼橡胶材料，可假设其减振垫的极限静态应力为 0.069Mpa，。

7、通过其静载荷可求得受载面积： S=G/(5) 式中： S减振垫的最小受载面积， mm2 G减振垫静载荷， N 从式（5）得到，减振垫几何形状对模量的影响很大， Ec 与形状因素的关系式为： Ec=Eo(1+2k1C2)(6) 式中： Ec减振垫的有效压缩模量， Mpa; Eo橡胶材料的杨氏模量， Mpa ； C减振垫的形状因素，减振垫受载面积与不受载面积的比； k1材料特性校正因素，取 0.5 1 ；如果橡胶减振垫永久形变较小，可将其应力 - 应变关系假设为线性关系，从而用有效压缩模量来评价减振垫特性。 Ka=SEc/h(7) 式中： Ka减振垫的静刚度， Nm。

8、m-1; Ec减振垫的有效压缩模量， Mpa; h减振垫的高度；橡胶减振垫的 Ka 比 K 小，其差异随着橡胶材料阻尼值的增大而增大， Ka/K 为 1.2 2，当 Ka/K 取 1.4 时，综合公式（5）（7）可知：结合式（4）可知，根据噪声频谱图分析出主频率后，橡胶减振垫的减振效果随橡胶材料的几何形状，质量及模量变化，在形状相同，质量相等的情况下，减振效果同橡胶材料的模量成反比。 2）实际试验获取橡胶减振垫不同方向的频谱及衰减率数据；对于橡胶减振垫的参数优选采用了噪声频谱图分析方法来确定噪声频率 f。根据频谱图可得到主要噪声频率为 f1、 f。

9、2、 f3、 fn，同时，通过实际需要的橡胶垫参数可以代入式（8）中计算得到 K，然后代入式（4）中依次得到各噪声频率对应的传递率 1、 2、 3、 n；根据试验得到的数据，定义一个衰减函数：其中：而权重系数可以根据不同频率的峰值和重要程度确定。其中，重要程度根据人体敏感频率确定，目前ISO对于振动评价标准主要集中于180Hz，因此对于此频带的频率为最重要，随着频率增高重要程度依次递减，即可得到该噪声处的衰减值；权利要求书 CN 103699721 A 3 3/3 页 4 3) 综合评价模型橡胶材料一般为各向异性材料，所以还需要针对不同。

10、方向测试噪声值分别得到噪声频谱图因此，定义一个总的函数： F(x)=xfx(x)+yfy(y)+zfz(z) 其中 fx(x)、 fy(y)、 fz(z) 的计算方法参见步骤 2）中 f(x) 的计算方法。x、 y、 z为系数，且 x+y+z=1，权重的确定考虑不同方向的敏感频率范围，根据 ISO 振动评价标准可知，人体舒适性在 z 轴方向的界限值要高于 x 轴及 y 轴，因此重要程度为 x 轴和 y 轴同等重要且高于 z 轴，因此，可取为 x=0.4、 y=0.4、 z=0.2。对于不同的橡胶垫选用，衰减的越快减振效果越好，因此针对多位置的噪声频率分析，取。

11、 min(F1(x)、 F1(x)、 F1(x)、 F1(x) 2. 根据权利要求 1 所述一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法，其特征在于，的实际取值范围在 2.5 4.5 之间。权利要求书 CN 103699721 A 4 1/8 页 5 一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法技术领域 0001 本发明属于橡胶减振垫优化选用技术，特别涉及一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法。背景技术 0002 随着现代工业和建设事业的发展，我国城市噪声逐年提高。噪声不仅干扰了人们的生活、学习和工作，而且危害着人们的身心健康，引起各种疾病，严重的会造。

12、成永久性的听力损失乃至耳聋。同时，噪声也直接影响了产品本身的质量和使用效果，增加了能耗，缩短了产品的使用寿命。因此，需要对噪声进行控制。 0003 根据噪声产生和传播的机理，可以将噪声控制技术分为以下三类：一是对噪声源的控制，二是对传播途径的控制，三是对接受者的保护。其中对噪声源的控制是最根本、最直接的措施，包括降低噪声的激振力及降低发动机部位对激振力的响应等，即改造振源和声源。当噪声源难以控制时，就需要在噪声的传播途径中采取措施，例如吸声、隔声、消声、减振及隔振等措施。而一种机械的减振降噪水平与其热平衡性、动力性、经济性、可靠性、强度、。

13、刚度、质量、制造成本等密切相关。此外，人们对橡胶材料的特性了解一般停留在静态层面上，即在弹性范围内，认为橡胶材料的刚度、阻尼特性是固定不变的常数。但实际情况不是这样，由此引起实际应用上产生错误，可能会因为对减振垫的参数设计偏小而造成设备损坏，或加工精度变化，参数测试不正确的不足。因此，研究振动控制的综合性评价和优选方法至关重要。发明内容 0004 本发明的目的是提供一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法，其特征在于，基于噪声频谱图分析研究结果表明，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性；该动态特。

14、性是评价减振效果的主要参数；该优选评价方法是以橡胶减振垫的不同方向的不同频率衰减率为综合评价指标，总的技术路线采用实际试验数据验证与综合品质评价模型相结合，进行统计分析，得到一个评测结果汇总表，进行综合的优选评价，具体包括： 0005 1）隔振的基本原理 0006 根据橡胶减振垫工作情况建立相应的力学模型，该模型组成是一个质量模块 M1 通过并联的橡胶减振垫和阻尼器放置在基础上；即将橡胶减振垫简化为具有一个自由度的振动系统，采用单自由度振动系统计算减振系数，方法简单；如此在基础上作用一个外力；则整个系统在这个交变的外力作用下产生振动，其振幅为A的振。

15、动加速度幅值为a，基础振动的振幅 A 和加速度幅值 a 传递到质量 M1上时，已不再是 A 和 a，变为 Al和 al，如果以表示 A1与 A 之比或 al与 a 之比，则即为该振动系统的相对传递率。 0007 在被动减振系统中，相对传递率定义为上车振幅与下车振幅的比值，相对传递率越小说明下车对上车传递的振动越少，减振的效果就越好，其值越大表现为下车传递给上说明书 CN 103699721 A 5 2/8 页 6 车的能量越大，减振的效果就越差。 0008 另外，橡胶材料的刚度、阻尼等特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性。动态特。

16、性包括动刚度k和阻尼损耗因子，都是激励频率的函数，这两个特性也是隔振效果评价的主要参数。 0009 计算振动系统的相对传递率，由机械动力学可知用下式表达： 0010 0011 其中： 0012 阻尼损耗因子，与材料的选取有关，取值范围 0 1 ； 0013 =/频率比（2） 0014 =2f,f 为噪声频率； 0015 K 为橡胶动刚度， m 为橡胶减振垫的质量； 0016 由式（1）可得到不同阻尼损耗因子下传递率随频率比的变化；在大于时才有减振效果，当大于 5 后值的变化并不明显，为计算方便，在后面的计算过程中，采用低阻尼橡胶材料，即取 =。

17、0，，因此式（1）可简化为： 0017 0018 结合式（2）推导，将式（3）化简为： 0019 0020 因此影响相对传递率的关键参数取决于噪声频率 f 及橡胶动刚度 K。 0021 橡胶动刚度 K 的确定 0022 对于低阻尼橡胶材料，可假设其减振垫的极限静态应力为 0.069Mpa，通过其静载荷可求得受载面积： 0023 S=G/(5) 0024 式中： S减振垫的最小受载面积， mm2 0025 G减振垫静载荷， N 0026 从式（5）得到，减振垫几何形状对模量的影响很大， Ec 与形状因素的关系式为： 0027 Ec=Eo(1+2k1C2)。

18、(6) 0028 式中： Ec减振垫的有效压缩模量， Mpa; 0029 Eo橡胶材料的杨氏模量， Mpa ； 0030 C减振垫的形状因素，减振垫受载面积与不受载面积的比； 0031 k1材料特性校正因素，取 0.5 1 ； 0032 如果橡胶减振垫永久形变较小，可将其应力 - 应变关系假设为线性关系，从而用有效压缩模量来评价减振垫特性。 0033 Ka=SEc/h(7) 0034 式中： Ka减振垫的静刚度， Nmm-1; 说明书 CN 103699721 A 6 3/8 页 7 0035 Ec减振垫的有效压缩模量， Mpa; 0036 h减振垫的高度； 0037 橡。

19、胶减振垫的 Ka 比 K 小，其差异随着橡胶材料阻尼值的增大而增大， Ka/K 为 1.2 2，当 Ka/K 取 1.4 时，综合公式（5）（7）可知： 0038 0039 结合式（4）可知，根据噪声频谱图分析出主频率后，橡胶减振垫的减振效果随橡胶材料的几何形状，质量及模量变化，在形状相同，质量相等的情况下，减振效果同橡胶材料的模量成反比。 0040 2）实际试验获取橡胶减振垫不同方向的频谱及衰减率数据； 0041 对于橡胶减振垫的参数优选采用了噪声频谱图分析方法来确定噪声频率 f。 0042 根据频谱图可得到主要噪声频率为 f1、 f2、 f3、 fn，。

20、同时，通过实际需要的橡胶垫参数可以代入式（8）中计算得到 K，然后代入式（4）中依次得到各噪声频率对应的传递率 1、 2、 3、 n； 0043 根据试验得到的数据，定义一个衰减函数： 0044 0045 其中： 0046 0047 而权重系数可以根据不同频率的峰值和重要程度确定。其中，重要程度根据人体敏感频率确定，目前ISO对于振动评价标准主要集中于180Hz，因此对于此频带的频率为最重要，随着频率增高重要程度依次递减，即可得到该噪声处的衰减值； 0048 3) 综合评价模型 0049 橡胶材料一般为各向异性材料，所以还需要针对不同方向测试噪声值分别得。

21、到噪声频谱图因此，定义一个总的函数： 0050 F(x)=xfx(x)+yfy(y)+zfz(z) 0051 其中 fx(x)、 fy(y)、 fz(z) 的计算方法参见步骤 2）中 f(x) 的计算方法。x、 y、 z为权重系数，且 x+y+z=1， . 权重的确定考虑不同方向的敏感频率范围，根据 ISO 振动评价标准可知，人体舒适性在 z 轴方向的界限值要高于 x 轴及 y 轴，因此重要程度为 x 轴和 y 轴同等重要且高于 z 轴，因此，可取为 x=0.4、 y=0.4、 z=0.2。 0052 对于不同的橡胶垫选用，衰减的越快减振效果越好，因此针对多位置的噪。

22、声频率分析，取 0053 min(F1(x)、 F1(x)、 F1(x)、 F1(x) ； 0054 本发明的有益效果是通过橡胶减振垫工作情况建立的力学模型，将橡胶减振垫简化为具有单自由度振动减振系统计算减振系数，方法简单；为采用橡胶减振垫的设备减振系统计算减振系数提供依据，减少因减振系数考虑不周设备事故发生率。说明书 CN 103699721 A 7 4/8 页 8 附图说明 0055 图 1 为总的技术路线图。 0056 图 2 为橡胶减振垫力学模型示意图。 0057 图 3 频幅曲线示意图。 0058 图 4 为橡胶减振垫优化目标进行噪声测试的噪声频谱图。 005。

23、9 图 5 权重分配图。具体实施方式 0060 本发明提供一种橡胶减振垫最佳隔振效果多参数优选评价方法，下面结合附图予以说明。基于噪声频谱图分析研究结果表明，橡胶材料的刚度、阻尼特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性；该动态特性是评价减振效果的主要参数。 0061 图 1 所示为总的技术路线图，图中示出了橡胶减振垫最佳隔振效果多参数评价优选该优选方法是以橡胶减振垫的不同方向的不同频率衰减率为综合评价指标，采用实际试验数据进行优选与验证，分别建立（1）吸振的基本原理的力学模型；（2）实际试验获取橡胶减振垫不同方向的频谱及衰减率数据；（。

24、3）综合品质评价模型，进行统计分析，得到一个评测结果汇总表，进行综合评价；具体包括： 0062 1）隔振的基本原理 0063 根据橡胶减振垫工作情况建立相应的力学模型（如图 2 所示），该模型组成是一个质量模块M1通过并联的橡胶减振垫和阻尼器放置在基础上；即将橡胶减振垫简化为具有一个自由度的振动系统，采用单自由度振动系统计算减振系数，方法简单；如此在基础上作用一个外力 Fosinwt ；则整个系统在这个交变的外力作用下产生振动，其振幅为 A 的振动加速度幅值为 a，基础振动的振幅 A 和加速度幅值 a 传递到质量 M1上时，已不再是 A 和 a。

25、，变为 Al和 al，如果以表示 A1与 A 之比或 al与 a 之比，则即为该振动系统的相对传递率。 0064 在被动减振系统中，相对传递率定义为上车振幅与下车振幅的比值，相对传递率越小说明振动压路机的下车对上车传递的振动越少，减振的效果就越好，其值越大表现为下车传递给上车的能量越大，减振的效果就越差。 0065 另外，橡胶材料的刚度、阻尼等特性会随着激励力的频率变化而变化，这就是橡胶材料的动态特性。动态特性包括动刚度k和阻尼损耗因子，都是激励频率的函数，这两个特性也是隔振效果评价的主要参数。 0066 计算振动系统的相对传递率，由机械动力学可知。

26、用下式表达： 0067 0068 其中： 0069 阻尼损耗因子，与材料的选取有关，取值范围 0 1 ； 0070 =/频率比（2） 0071 =2f,f 为噪声频率； 0072 K 为橡胶动刚度， m 为橡胶减振垫的质量；说明书 CN 103699721 A 8 5/8 页 9 0073 由式（1）可得到不同阻尼损耗因子下传递率随频率比的变化；由图 3 可知在大于时才有减振效果，当大于 5 后值的变化并不明显，因此一般实际采用的取值范围在 2.5 4.5 之间；常用减振垫的阻尼损耗因子均分布在 0.05 0.5 之间，分别代入 =0.05与。

27、=0.5，计算得到的的误差，与=0所得的的误差分别为0.74%和0.12%，数值很小，可以忽略掉。为计算方便，后面计算过程中取 =0，即低阻尼橡胶材料以简化计算，因此式（1）可简化为： 0074 0075 结合式（2）推导，将式（3）化简为： 0076 0077 因此影响相对传递率的关键参数取决于噪声频率 f 及橡胶动刚度 K。 0078 橡胶动刚度 K 的确定 0079 对于低阻尼橡胶材料，可假设其减振垫的极限静态应力为 0.069Mpa，通过其静载荷可求得受载面积： 0080 S=G/(5) 0081 式中： S减振垫的最小受载面积， mm2 。

28、0082 G减振垫静载荷， N 0083 从式（5）得到，减振垫几何形状对模量的影响很大， Ec 与形状因素的关系式为： 0084 Ec=Eo(1+2k1C2)(6) 0085 式中： Ec减振垫的有效压缩模量， Mpa; 0086 Eo橡胶材料的杨氏模量， Mpa ； 0087 C减振垫的形状因素，减振垫受载面积与不受载面积的比； 0088 k1材料特性校正因素，取 0.5 1 ； 0089 如果橡胶减振垫永久形变较小，可将其应力 - 应变关系假设为线性关系，从而用有效压缩模量来评价减振垫特性。 0090 Ka=SEc/h(7) 0091 式中： Ka减振垫的静刚度，。

29、 Nmm-1; 0092 Ec减振垫的有效压缩模量， Mpa; 0093 h减振垫的高度； 0094 橡胶减振垫的 Ka 比 K 小，其差异随着橡胶材料阻尼值的增大而增大， Ka/K 为 1.2 2，当 Ka/K 取 1.4 时，综合公式（5）（7）可知： 0095 0096 结合式（4）可知，根据噪声频谱图分析出主频率后，橡胶减振垫的减振效果随橡胶材料的几何形状，质量及模量变化，在形状相同，质量相等的情况下，减振效果同橡胶材料的模量成反比。说明书 CN 103699721 A 9 6/8 页 10 0097 2）实际试验获取橡胶减振垫不同方向的频谱。

30、及衰减率数据； 0098 对于橡胶减振垫的参数优选采用了噪声频谱图分析方法来确定噪声频率 f。 0099 根据频谱图可得到主要噪声频率为 f1、 f2、 f3、 fn，同时，通过实际需要的橡胶垫参数可以代入式（8）中计算得到 K，然后代入式（4）中依次得到各噪声频率对应的传递率 1、 2、 3、 n。 0100 根据试验得到的数据，定义一个衰减函数： 0101 0102 其中： 0103 0104 而权重系数可以根据不同频率的峰值和重要程度确定。其中，重要程度根据人体敏感频率确定，目前ISO对于振动评价标准主要集中于180Hz，因此对于此频带的频率为最重要，。

31、随着频率增高重要程度依次递减。 0105 结合权重分配图，对于上述噪声频谱图，分析其权重系数如表 1 所示。 0106 表 1 权重系数的确定 0107 0108 将表 1 中得到的参数值代入衰减函数式（9）即可得到该噪声处的衰减值。 0109 3) 综合评价模型 0110 橡胶材料一般为各向异性材料，所以还需要针对不同方向测试噪声值分别得到噪声频谱图（如图 4 所示），因此，定义一个总的函数： 0111 F(x)=xfx(x)+yfy(y)+zfz(z) 0112 其中 fx(x)、 fy(y)、 fz(z) 的计算方法参见步骤 2）中 f(x) 的计算方法。x、 y。

32、、 z为系数，且x+y+z=1，权重的确定考虑不同方向的敏感频率范围，根据ISO振动评价标准可知，人体舒适性在 z 轴方向的界限值要高于 x 轴及 y 轴，因此重要程度为 x 轴和 y 轴同等重要且高于 z 轴，因此，可取为 x=0.4、 y=0.4、 z=0.2。 0113 对于不同的橡胶垫选用，衰减的越快减振效果越好，因此针对多位置的噪声频率分析，取 0114 min(F1(x)、 F1(x)、 F1(x)、 F1(x) 说明书 CN 103699721 A 10 7/8 页 11 0115 本发明通过橡胶减振垫工作情况建立的力学模型，将橡胶减振垫简化为具有。

33、单自由度振动减振系统计算减振系数，方法简单；为采用橡胶减振垫的设备减振系统计算减振系数提供依据，减少因减振系数考虑不周引起的设备事故发生率。 0116 算例 : 0117 现以两个减振块 A 和 B 的性能优化比较为例来说明具体优化选用过程。 0118 首先，根据试验（如果减振块厂家可以提供，则不需要试验）得到减振块一个方向的频谱图（如图 4）及不同频率的传递率，不同的减振块的频谱图不一样。然后，根据频谱图确定出主要的峰值频率，将其填入表中；再次，利用图 5（图中 A 表示最重要，重要程度依字母顺序递减）根据峰值和峰值频率确定权重分配系数，表 2。

34、和表 3 分别为减振块 A 和 B 的传递率及权重。 0119 表 2 减振块 A 不同峰值频率的传递率及权重 0120 0121 进一步计算得： 0122 0123 上面为一个方向的 f(x) 值（假设为 X 方向），同样方法可以得到另外两个方向的 f(x) 值，由此如果： 0124 fAx(x)=0.47 ； fAy(x)=0.80 ； fAz(x)=0.50 ； 0125 fBx(x)=0.16 ； fAy(x)=0.70 ； fAz(x)=0.90 ； 0126 可进一步得到 0127 FA(x)=xfAx(x)+yfAy(y)+zfAz(z)=0.18 0128 FB(x)=xfBx(x)+yfBy(y)+zfBz(z)=0.24 说明书 CN 103699721 A 11 8/8 页 12 0129 比较上面两数值，取较小的，认为该减振块综合性能最优，因此，选择 A。如果有 n 个减振块，也可以按照同样的步骤优选出综合性能最优的减振块。说明书 CN 103699721 A 12 1/2 页 13 图 1 图 2 图 3 说明书附图 CN 103699721 A 13 2/2 页 14 图 4 图 5 说明书附图 CN 103699721 A 14 。

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