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提出并设计了新型钢丝绳隔振器及其弹性元件钢丝绳绳圈,为了探索隔振器刚度与隔振器结构参数之间的关系,对钢丝绳绳圈进行了研究。分析了钢丝绳绳圈的成形原理,采用空间坐标轴变换方法建立了7×7不锈钢钢丝绳绳圈钢丝中心曲线数学模型。根据建立的空间曲线数学模型和确定的结构参数,使用MATLAB软件绘制了钢丝绳绳圈钢丝中心曲线,并利用参数化建模软件Pro/E完成了钢丝绳绳圈的三维实体建模。通过研究得到了钢丝绳绳圈的空间曲线模型,发现了芯绳中心线上任意一点被其法平面所截截面不是一般研究文献中所假设的圆形或者椭圆,而是不规
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第
37
卷第
02
期
重 庆 大 学 学 报
Vol.37No.2
2014
年
02
月
JournalofChon
gq
in
g
Universit
y
Feb.2014
doi
:
10.11835
/
j
.issn.1000582X.2014.02.002
钢丝绳隔振器弹性元件空间曲线模型分析
龚宪生
1a
,
1b
骆
意
2
,王红霞
1a
,
1b
(
1.
重庆大学
a.
机械传动国家重点实验室;
b.
机械工程学院,重庆
400044
;
2.
中国船舶重工集团公司 第七一一研究所,上海
200090
)
收稿日期:
20130803
基金项目:国家“
973
”资助项目(
2014CB049403
);国家自然科学基金资助项目(
51175525
);重庆大学机械传动国家重点 实
验室自主研究基金资助项目(
0301002109137
)
作者简介:龚宪生(
1956
),重庆大学教授,博士生导师,主要从事机械振动分析及控 制、机 械传动 智能 化设计 及应 用方向
的研究,(
Email
)
xs
g
on
g
@
cme.c
q
u.edu.cn
。
摘
要:提出并设计了新型钢丝绳隔振器及其弹性元件钢丝绳绳圈,为了探索隔振器刚度与隔
振器结构参数之间的关系,对钢丝绳绳圈进行了研究。分析了钢丝绳绳圈的成形原理,采用空间坐
标轴变换方法建立了
7×7
不锈钢钢丝绳绳圈钢丝中心曲线数学模型。根据建立的空间曲线数学
模型和确定的结构参数,使用
MATLAB
软件绘制了钢丝绳绳圈钢丝中心曲线,并利用参数化建模
软件
Pro
/
E
完成了钢丝绳绳圈的三维实体建模。通过研 究得到了钢 丝绳绳圈的 空间曲线模 型,发
现了芯绳中心线上任意一点被其法 平面所截截 面不是一般 研究文献中 所假设的圆 形或者椭圆,而
是不规则截面,研究结果为进一步研究钢 丝绳隔振器 的动静态特 性以及其结 构参数对上 述特性 的
影响打下了重要基础。
关键词:钢丝绳隔振器;钢丝绳绳圈;空间曲线模型;空间坐标变换
中图分类号:
TH135
文献标志码:
A
文章编号:
1000582X
(
2014
)
0200707
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狔
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,
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,
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b.Colle
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,
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g
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y
,
Chon
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in
g
400044
,
China
;
2.TheNo.711ResearchInstituteofChinaShi
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,
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hai200090
,
China
)
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,
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:
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;
steelwires
p
rin
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;
3Dcurvemodel
;
s
p
acecoordinatetransformation
钢丝绳隔振 器 是美国在
70
年 代 末 研 制 成 功 的
一种非线性隔振器 材,由 于 钢丝绳隔振器有不同于
其他非线性材料的优异特性,如固有频率低,对低频
高频干扰都有良好 的 隔振性能,在 应 对 冲 击 时 又 有
良好的软化特性,工 作 温 度 范 围 大,耐 腐 蚀 等 优 点,
使得其运用非常广 泛,越 来 越多的被应用于航空航
天如导弹
、卫星 运 载、导 航 与 发 射 系 统 的 安 全 防 护,
机载、车载、舰载 等电子、机 械 设 备 与 仪 器 仪 表 的 隔
振缓冲中,但是 针 对结构参 数 对其静动态设计影响
的理论和方法研究滞后
[
1
]
。
钢丝 绳 隔 振 器 类 型 众 多,总 的 分 类 有
T
型、
G
型、
Q
型
3
种结构
[
2
]
,图
1
所示为
T
型。
图
1
犜
型结构钢丝绳隔振器
T
型结构的钢丝绳隔振器主要是由一根钢丝绳
缠绕固定在夹板之 间,此 种 结构的钢丝绳隔振器生
产流程复杂,加工难度高,安装不便,不易拆卸,损坏
后不能方便及时的重新装夹使用。 此种隔振器性能
控制参数主要由钢丝绳规格、钢丝绳缠绕的圈数、缠
绕螺旋倾斜角决定,其结构参数对刚度、阻尼特性的
影响有待深入研究。
针对上述问题,设 计 了 如 图
2
所 示 的 新 型 环 型
单元钢丝绳隔振器,其中的钢 丝 绳 绳 圈 采 取 简 单 夹
具和铜焊方法连 接
2
端,如 图
3
所 示。这种结构的
钢丝绳隔振器有以下优点:
1
)装夹方便,不需要专用
工装;
2
)环型钢丝绳 弹 性元件可 以 由不同规格的钢
丝绳做成,相同大小的绳圈可以组合装夹使用;
3
)使
用寿命长
,当某 个 绳圈损坏 失 效后可以方便及时的
更换;
4
)简化了研究对象,由于隔振器是多个钢丝绳
绳圈并联使用,因此当确 定 了结构参数对单个钢丝
绳绳圈性能的影响就可以推导出结构参数对整个钢
丝绳隔振器的 刚度等特 性 的 影 响。 另 外,对 于 确 定
规格钢丝绳
、确定大小的钢丝绳绳圈,在其受到振动
载荷作用时,它的内部在一定条件下发生摩擦、滑移
的性能相比较隔振 器 整体而言 要 容 易 确 定,这 对 于
研究钢丝绳绳圈结构 参 数对钢丝 绳 隔 振 器 的 刚 度、
阻尼等动态特性有重要作用。
图
2
环型单元钢丝绳隔振器
图
3
钢丝绳绳圈
对于提出的新 型 隔 振 器 的 钢 丝 绳 绳 圈,在 研 究
其受到振动载荷作 用 时,钢 丝绳绳圈几何模型是研
究其结构参数对钢 丝 绳隔振器 的 刚 度、阻 尼 等 特 性
影响的基础,对其仿真研究具有重要意义,故拟对此
进行研究。
1
钢丝绳绳圈空间几何的建模
随着计算机及 仿 真 软 件 的 发 展,特 别 是 软 件 加
入了对材料非线性、几何非线 性 等 非 线 性 因 素 的 考
虑,使其仿真研 究 结果对现 实 应 用 有 很 好 的 指 导 作
用,利用计算机 对 钢丝绳进 行 仿 真 应 用 的 研 究 方 法
也越来越多 的 被研究者 所 使用,如 王桂兰
[
36
]
、孙 建
芳
[
78
]
对钢丝绳 加 工 过 程 中 的 残 余 应 力 及 摩 擦 进 行
的深入研究
,马 军
[
911
]
对 钢 丝 绳 股 内 钢 丝 计 算 机 建
模,及钢丝内部应力应变的分析。
对于钢丝绳模 型 的 建 立,目 前 主 要 有 以 下 几 种
方法
:
1
)直 接 以 圆 柱 体 代 替 钢 丝 绳,如 闫 辉
[
12
]
等 在
使用
ANSYS
进行 模 拟 时,将 钢 丝 绳 看 成 悬 臂 梁 结
构整体建模分析,此 种 方法忽略 了 丝 与 丝 之 间 的 摩
8
重 庆 大 学 学 报
第
37
卷
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