(完整版)减震器选型方法
隔振器自身的刚度作用是在振动时会产生一个与振动位移成正比的恢复力，同时隔振器自身阻尼的作用是在振动时会产生一个和振动速度成正比的阻尼力。在被动隔振中, 良好的隔振设计可使大部分的基座或基础运动都由隔振器来吸收，即隔振的目的就是减少振动的传递率使基座或基础的运动干扰尽量不向被保护的仪器或设备传播，并使仪器或设备的振动响应尽量保持最小。
隔振器最终的设计应该使隔振系统的固有频率低，有可变的阻尼特性，使系统既不会有显著的共振放大，同时又有良好的隔振效率，而且抗冲击性能和稳定性要好，因此, 在设计隔振器的阻尼时应同时考虑隔振系统的隔振效率和共振放大率，而隔振器的设计就是要适当选择系统隔振器的阻尼及刚度
橡胶垫由于自身安装比较方便，形状可以根据需求制作，因此，微捷联惯组的隔振器尺寸是根据惯组的实际安装尺寸来设计
车栽环境中振动噪声上妾是臬屮在10 Hz -120 Hz以及吏跖的频率驗根据减版原理，墓想隔离詠的抿动噪声，就必须使陌掘系统的固有频率在THz以下，即由隔振传递率曲线nJ甸当就提频率与園有鮒率的比大于时才会有隔振效果.而在实际工程中-股取该频率比为25^4,5?听以系统的固仃频率的范围兄2H2^4H2.同样隔离10Hz以上的推动嗥声时累统的训肓頤举确定的方法同上.即在一定范嵐内.所设计的隔振系统的固角频咿的偵越低，族动噪声被隔离的频段就越竜，因此，庄设计隔振系统时应使隔振丟统的固有频率辱凰偏低，微捷联惯组和其安驶支架的总质呈大约足50倔左彩,因此，耍采用四级对称式的安装方式,每组隔抿褂的平均承重质駄应该足1N以上,即每俎的隔扼器承重的质煨是在125g以上*
通过以上分析.结薛微捶联惯组的宴际尺寸展终确定的隔振索统ffi隔撮器的結构歷卖际尺寸如图3.5所示，为r便惯组在各个方向上b耦，逸择r四组硅橡股垫，毎组棟
由仿貞结果術报结构的同冇频净来看?隔振糸统的一阶同冇频率为65.204Hz.孙沖如图4.4 (a)所示,惯性組合在垂直方向上却沿Y轴产生了线振动，隔振系统的:阶固有频率为66.796Hz,振型如上图4.4(b)所示,惯性组合沿X轴产生了线振动;隔振系统的二阶固〃频率为66.8671k, fti型如上IW4.4 (c)所示，惯性组合沿乙轴心生了线振动?由丁振动耦合容易给系统引入伪运幼倍号,从而会彩响惯导系统的测量稻度，因此避免或尽吊?减小报动耦介通常是捷联惯导系统術抿设计的V耍耍求，仿真结果农明：在线般动输入的情况下,隔扳系统的前三阶固有频率为66Hz左右即在三轴匕儿乎不存任按动朗介，川以实现对岛频拓动的仃效袁减。
然向由以上车谀坏境拋动噪閏的特点可知,噪声主要集中在低頻段，目就的隔掘系统的结构，X存在的问题是各阶的固有频率偏高，对于车载环境振动噪声的隔离主要陥离的是中崗频的噪声，对于低频段的噪声则不能隔离扭，因此就石箜对隔振系统的结构来进行优化设计。同时,由于车载环境中主要的噪声源是垂直方向上的噪声,因此在改进隔振系统的结构时，应该首先考虑隔离掉垂直方向上的噪声,这就要求垂直方向上的固有频率耍相对减小，从而使其隔离的噪声频段隻宽。
针对以上所设计的隔振系统存在的问题,丙先考虑如何能使隔扳系统的垂直方向上的同冇频率降低，从而能使隔报系统能隔离掉更低频段的按动吹心针对以上的隔搬系统结构还心在?个问&是隔搬器的安装方式圧仿r［过程"?是町以i‘i接來定义隔損器的固定面.从而达到最终的安装方式?同时,在之前设计中采取这种安装结构主要是因为这种隔扑湍的安装方式可以在乞个方向能实现振动解粕然而在丈际的结构设计中，这种安装方式在车载环境中还是很不方便，尽管它八有以上所述的各种优点a，叫
考农到在选择隔抓方式时?应衍先保证只有足够的隔振效果，同时还力求经济仟理, 构造简单，施工安装利检修方便；片尽可能降低隔报体系的质星中心?以械小水平一揺摆振动，LT询隔抿方式上要有四种，而以I:设计的隔振系统结构主要采用是其中的悬挂兼支承式隔抿，［ti于这种结构构造复杂.不方便安装箋，因此，化结构改进上疔先是改进隔振器的安装方式，英它三种安装方式冇：支承式隔报、悬挂式隔振以及地面屏障隔振及隔报沟，其中，支承式隔帳足隔离竖向振动的上耍隔振方式.菇它两种方式都足在待殊怙况F)IJ［5^0,O经以上分析，佇先足把隔报器的安坡方式改进为支承式隔振，札I应的隔振器也需要变化,经过调研，决定采用YJ?A型糟密器件全向隔振器,其单只承栽重駅符介傲捷联惯组隔振条统的'卜均承戦重最，同时也适合支承式的安装方式。隔振器的结构尺寸如图4.5所示：
在改进厉的微愤组隔扳系统仿真中，宙以图4.7可知，系统的笫阶固冇须率11.826Hz,仿真计算得到隔振系统的?阶掘型是沿Z轴产生的线振动:系统的第阶固仃频率11.831Hz,仿真计算須到隔振系统的二阶报里足沿X轴产生的线振动;系统的第一阶周有频率24.296Hz.仿真计算得到隔振系统的二阶振型是沿爭宜方向上的Y轴产牛?的线振动。从以上W向固有频率的大小可知，改进后的鴿振系统在X轴和Y轴的振动是相互独立的，这两个方向定不存在振动耦存的，而Y轴和X轴之何以及Y轴和Z轴Z何的报动是心在摂动耦含的。虽然改进丽的隔报务统一:轴的撮劝定相互独立的，但是改边6备个轴向的同仃频率相対改进询是减小的，白?效的捉高f微惯组隔振系统的隔离噪声的帯宽.
隔孤系统的结枸进行改进厉再逬彳j分析il贰，I心欠纟。过分析验讦，虽然改迺后的隔报系统比起改进询的隔振系统个方向上丿""I：振动耦仆的，但改进后的隔报系统结构各阶怙侑频率都相对改进前减小了?从向能隔离抻更低频率的振动噪问增加了隔娠系统的隔离噪声的带宽.
2动刚度
2.2隔振器性能指标确定
该IMU减掘系统的掘动性能指标要求力：共振放人率1]<3.3?固有频率介丁90- 100H Z3曲回个隔振掛龙撑，IMU頂徹为1.7kg.假设毎个隔加霁均匀朋载，则毎个隔掘8S的承载载荷A 4.1d5N,下面通过理堆计算,初歩确定隔掘器的刚度和F11尼比范
2.2.1隔振器的理论阻尼比确定
甫诰计折标知隔振器找振放大率忙3$兀扳放大率讣算公式如下：
jd-才)+1 田r
其中,丸为频率比,畜为阻尼弘由振动理论可知，当外界激扳频率与系统固有频率相等时.系统会发生共振，即’当k?l时，^<3.5,带入上式求得^>0156- 衬步选定
222隔振器动刚度确定
由恻有獗率介十^0-100Hz由隔振器固有?频率计蝉公式町得隔按器的动刚必若被隔振设备的总巫属为皿系统的固冇频率为/：船振器教H为八如保每个隔振器承栽均匀.则隔獗黠在蔭直方向的动刚战为’
^= —(2^y (il4)
山上式町计算得到隔振器动刚度介于135.0N/tnm-167.€ NAmn Z间十初步选定动刚度为llTN/iiini^
通过分析結鞋.可以看Ml』阶橈态振电为IMTT整休振臥分别为六个门市度方向I的1M和转动,也M址系统振动在六个f| |打度方何是完全解耦的7卞13阶模态振型为隔振器的局部变?ol-6阶模态频率在56.67-189.53之间*而该IMU 使用的陀螺抖动频率在600Hz-800Hz人仏鼠人转动角运动模态频率为Z轴转动同有频率，数值为1矽?,3Hz,也即是陀螺抖动频率在隔振区内.不会出现共振现毀.从而该减振京続满足减振強求】同时+市i-4 l 可见.察统三个白市度方向上的移动固有頻率基本相等，说明隔振器在三个方向的刚度是近似相筲的，也进-步地验证了优化设计的正确性;转动固有頻卑相隔较远.避免了由角振动相互耦命而导致IMU产主圆筛运动的可能.
3.孙辉
四个安装点的减振2S沿z轴方向刚度和阻尼収值相同.所且, Ci = 4C , Kz= 4K <
以惯性导航系统相对于站座的均方根位移％=』E遂）< T 为约束条竹. 惯性导航系统质心沿￡轴方向的加速度均方根G二、尿+眾小为H杯函姦.刚度和81尼值作为设计娈量.对系统进行优化“其数学表达式为
mil）er_=pE（F）
st, er j.=』E（& ）< 2ttnn
iom々/.r < Kz <7000^/r
0+05 充中，C = 2g忌*针对本例的约束优化问题■采用广义集十法.将约束优化冋题转化为无约朿优化问題.然片用『何世模些法⑸b|、『ob把m）进行代化.茨迭代次数最多対30次.目标函数谋趙精度为OWE迭代IS次后?得到最优解. 迭代过程见衣?2?加速度响应的功率谱密度和激励的功率谱密度曲线如图3与所忌II林圉數加谡度均方粮变化曲线血图M 所赤 将减抿器fflEfll沿ZI诃閘度伯f=（U3, ^ = 63WA?/r代入，茂应沿X轴、F轴fj'MH 度值的范鬧为1 000^/J2 min max（a ,o +込”疋缶） s.i. 匚亦=〈E帖:）< 2tnm 6-\!E（6~） < Zmtn 1000檢门'占KiW 7000赵f屛 1000焙WKyE 70001^ f.r （S-44）其中* 乐二J E（F）、a.. = J E（F）、==J E（却）、%=J E仙：）< 甜爭馳即砂屹皿凹丫刀也遊册口即学蚩理隸Q 檢W￥刊阳頭肆‘闊乙仗」（￡） 嘶畔YW 「刃闘刃曙沂&其 更劳申曲範屮劭吐沪"棉则小輿帀川FlfflYSr '丫范呻洋血第濟烈尺BJ 耳坐沟必齊 胛”根可W 书欧肘津聊讲報"撫聊D f.-IW?^W 只帕二f 4H1吓反 ⑵ 诵 *WW^±Y^W#MMW?9K^ltel?J 4M01 fc ⑴ 申吐手普（Lit ） ￥答￥罠卜丄〔川戢來 ^uisy=x Gat 黑！S!星垂词刪 霹区觑帶罪“駅進辱职魁用‘出￥丄刖圳朗（厠駅凹、5i 和也酣庐“帥酬加帘h （浙那 Of ） '超和仔哪眇酬洱朗凸哪？MM!阳讳畠W 「化*闵側秆誉滦齊凹期砌謝W 诩刊用Mf 1磁 ￥ S1W 嗨谱哪料i 改剝幷弼绷％如、“ Tv l — = r 诩濒晦?丫出卫 ：%￥臬專H ”丿泳越创心毋％旳和致艷勾闵“％ y/“7 TIN?叨册 华呀丄凶学珈理庠5（討MJY I 側逬话團竹冒&哪勰蕪甲臬越A （1丨工）￥此7却 蓊生篁耳披*绸碑孚直雪黔宴昔呦迪科P ( &乾“心_町 ：（诒7）讨 =7/V =J 从卜述图2.5的仿真结果nJ以看出.系统的一阶按吃同有频率为29.O32H7.惯组禺烈沿乙轴线械动。二阶振型固的频率为29.652Hz,惯组模型沿Y轴线振动。三F介振型固有频率为46.771Hz,慣组模型沿X轴角振动。四阶振型固有频率为86.311Hz, 惯组模型沿Y 轴的线振动。仿真的结呆表明:在上述隔振模式下,Z轴的线振动与X 轴的角振动是相互耦合的，而Y牠的线振动9角振动是独立的。 隔如器的种类很多，但足针对以上要求，应用于像捷联惯导系统这邛的桁密仪器设备的隔扳器足有限的.IIm市场上可供选用隔振器件冇金属弹簧隔振器、椽胶隔掠器、橡狡隔掠報、海绵乳胶、空气弹簧隔旅器智。综介考虑0个隔按棒的特件以及某装备捷联惯导系统的实阴应川环境.对比以上选川原则.占虑市场怎吃产品的成熟程度，橡狡隔振垫是综合考虎比较适合的选择方案，卄II?橡胶隔加张安装方便、成本低廉。同时,考虑隔振系统对隔抿系统的刚度和H1尼比的要求,考虑市场上橡胶材料的阻尼比:氯化丁基胶为0.34,氯苯胶为0.30,硅橡胶为0.28, 丁脂胶为0.12, 尺然胶为0.07,闵此.综介考虎捷联惯导系统的实床应川环境以川隔按器件的阳尼比等林料参数，选用砖橡胶隔振奉作为隔振器件应J：］于木文被动隔扳仿貞巧实烁