減震緩沖技術(shù)發(fā)展綜述

一.概述

機(jī)械振動(dòng)、沖擊問題廣泛存在于工程機(jī)械⑴、汽車機(jī)械、建筑機(jī)

械、船舶機(jī)械、航空航天、武器領(lǐng)域⑵等，減振器和緩沖器主要是用

于減小或減弱振動(dòng)或沖擊對設(shè)備及人員影響的一個(gè)部件。它起到衰減

和汲取振動(dòng)的作用,使得某些設(shè)備及人員免受不良振動(dòng)的影響，起到

愛護(hù)設(shè)備及人員正常工作及平安的作用，因此它廣泛應(yīng)用于各種機(jī)

床、汽車、摩托車、火車、輪船、飛機(jī)及坦克等裝備上。

振動(dòng)問題的基本方程為：

從方程中可以看出，系統(tǒng)振動(dòng)幅值的衰減及阻尼系數(shù)大小《有關(guān)

⑶，也就是說，振動(dòng)產(chǎn)生的能量將會被阻尼所汲取。減震器和緩沖器

就是基于此原理而設(shè)計(jì)的。

二.發(fā)展歷史

世界上第一個(gè)有記載、比較簡潔的減震器是1897年由兩個(gè)姓吉

明的人獨(dú)創(chuàng)的。他們把橡膠塊及葉片彈簧的端部相連，當(dāng)懸架被完全

壓縮時(shí)，橡膠減震塊就遇到連接在汽車大梁上的一個(gè)螺栓，產(chǎn)生止

動(dòng)。1898年，第一個(gè)好用的減震器

由一個(gè)法國人特魯芬特研制勝利并被安裝到摩托賽車上。他將前叉懸

置于彈簧上，同時(shí)及一個(gè)摩擦阻尼件相連，以防止摩托車的振顫。1899

年，美國汽車愛好者愛德華特?哈德福特將前者應(yīng)用于汽車上。后來,

又經(jīng)驗(yàn)了加布里埃爾減震器、平衡彈簧式減震器和1909年獨(dú)創(chuàng)的空

氣彈簧減震器?？諝鈴椈蓽p震器類似于充氣輪胎的工作原理，它的主

要缺點(diǎn)是經(jīng)常產(chǎn)生漏氣。

1908年法國人霍迪立設(shè)計(jì)了第一個(gè)好用的液壓減震器。其原理是

液流通過小孔時(shí)產(chǎn)生的阻尼現(xiàn)象。20世紀(jì)60年頭，通用公司麥迪遜

工程帥研制/把螺旋彈簧、液壓減震器和上懸架臂桿組成的麥迪遜減

震器，其體積比較小，得到了廣泛的應(yīng)用⑷。

三.探討現(xiàn)狀

液壓緩沖器是目前應(yīng)用最為廣泛的減震緩沖裝置，其結(jié)構(gòu)簡潔，

運(yùn)行平穩(wěn)。液壓緩沖器的工作原理為：當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體撞到液壓緩沖器活

塞桿端部時(shí)，活塞向里運(yùn)動(dòng)。由于內(nèi)筒上小孔的節(jié)流作用，腔中的油

不能通暢流出，外界沖擊能使腔中的油壓急劇上升。高壓油從小孔以

高速噴出，使大部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，由筒體逸散到大氣中汽

目前，液壓緩沖器的探討方向很多，主要是將液壓緩沖器進(jìn)行改

良。一方面，很多學(xué)者和探討機(jī)構(gòu)對液壓緩沖器進(jìn)行新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，

如多孔式液氣緩沖器，主要依靠設(shè)計(jì)在液壓缸壁上的一系列特別排列

的節(jié)流小孔來實(shí)現(xiàn)緩沖，并由惰性氣體推動(dòng)活塞復(fù)位。該型緩沖器的

特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，吸能量大，且無反彈，在保證要求的最大減速度

和緩沖行程條件下尺寸最小，汲取撞擊能最高可達(dá)到90%以上⑸。

另一方面是對阻尼介質(zhì)的探討。如用合成燃和烷基芳燃為基礎(chǔ)

油，研制出了具有優(yōu)良的粘溫特性、剪切安定性和減震性的減震油，

來更好的汲取振動(dòng)和沖擊能量⑺。利用未硫化硅橡膠的黏彈性、流淌

性和體積可壓縮性制作的彈性膠泥這種新型黏彈性高阻尼材料?，由它

制作的彈性膠泥緩沖器克服了液壓緩沖器、彈簧緩沖器和硫化橡膠緩

沖器的缺點(diǎn)，集合了它們的優(yōu)點(diǎn)，具有特別的減振緩沖性能和志向的

運(yùn)用壽命⑻。

現(xiàn)在比較熱門的是磁流變液和電流變液減震器的探討。1948年，

美國國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會學(xué)者JaeakRabinow獨(dú)創(chuàng)「磁流變液材料咒其

工作原理是在外加磁場的作用下，磁流變液中隨機(jī)分布的磁極化顆

粒沿磁場方向運(yùn)動(dòng)，磁化運(yùn)動(dòng)使顆粒首尾相連，形成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)

構(gòu)，從而使磁流變液的流淌特性發(fā)生變更，阻尼通道兩端的壓力差

發(fā)生變更，從而達(dá)到變更阻尼力的目的口紇電流變液是一種在電場

作用下。流體流淌特性急劇變更的液體。這種流體特性變更的現(xiàn)象稱

為電流變效應(yīng)上"⑵。1995年，在第五屆國際電流變國際會議上，人們

將電流變液和磁流變液通稱為可控流體⑶。在未加磁場時(shí)，磁流變液

表現(xiàn)為牛頓流體的特性，其剪切應(yīng)力等于粘度及剪切率的乘積；在

外加磁場的作用下，磁流變液表現(xiàn)為賓漢(Bingham)流體的特性，其

剪切應(yīng)力由液體的粘滯力和屈服應(yīng)力兩部分組成，其流變特性的變更

表現(xiàn)為屈服應(yīng)力隨磁場強(qiáng)度的增加而單調(diào)噌加，而液體的粘度不變。

在強(qiáng)磁場作用下能在瞬間從自由流淌的液體轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w，呈現(xiàn)可

控的屈服強(qiáng)度，而且這種變更是可逆的”.流變液減震器的力學(xué)模型

主要有Bouc-wen模型、改進(jìn)的Bouc-Wen模型、Bingham塑性模型非

線性雙粘性模型、非線性滯回雙粘性模型和非粘性彈一塑性模型等1⑸

[16][17]o基于阻尼介質(zhì)阻尼的可控性，人們設(shè)計(jì)了一種加上半主動(dòng)限

制的磁流變減震器，能夠很好的抑制共振峰值，達(dá)到良好的減震效果

減震器的不同點(diǎn)是取消了彈簧液壓減震器，完全由線性電動(dòng)機(jī)電磁

系統(tǒng)組成電磁減震器，不僅進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而且可在正常

行駛工況下，具有發(fā)電功能⑷。

四.總結(jié)

本文對減震緩沖技術(shù)進(jìn)行/綜述，簡潔的概括了減震器和緩沖器

的發(fā)展歷程、探討現(xiàn)狀和將來前景。減震防沖擊技術(shù)將是21世紀(jì)的

一個(gè)熱門問題，人們在追求高質(zhì)量、高精度、高技術(shù)含量的道路上，

必定要將振動(dòng)沖擊問題解決好。將來通過自調(diào)整的減震器技術(shù)，減小

甚至消退振動(dòng)將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

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