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空调压缩机橡胶减震垫的结构

时间:2019-11-11442 次浏览

信息摘要:橡胶作为工程材料,广泛应用于软管、轮胎,密封件、减震制品等领域,当设计一个长寿命的橡胶部件时,要考虑多方面的影响因素,如在大多数应用中,橡胶的模量和产品的具体几何形状决定产品的使用性能。

橡胶作为工程材料,广泛应用于软管、轮胎,密封件、减震制品等领域,当设计一个长寿命的橡胶部件时,要考虑多方面的影响因素,如在大多数应用中,橡胶的模量和产品的具体几何形状决定产品的使用性能。

减震垫安装在空调压缩机的三个地脚底,起支撑和减震作用,防止压缩机产生的振动传给空调主机。橡胶材料的选择和减震垫的结构设计都是至关重要的。本文通过设计减震垫的简单的几何形状,探讨产品设计的一些影响因素。

一、橡胶减震垫形状的设计原理

弹性材料在没有变形的情况下是各向同性的,其弹性性质由两个基本的弹性常数Ky和G来描述,体积压缩模量Kv表示弹性体在流体静压下抵抗体积压缩的性质,剪切弹性模量G表示弹性体抵抗简单剪切应力t的性质,见图(1),存在关系式如下,

橡胶减震垫形状设计

与简单液体相比,橡胶类固体的体积压缩模量Kv很高,可达1.52pa;而剪切模量相当低,只有0.5~5MPa,比Kv值小2-3个数量级。由于橡胶体积的不可压缩性的,即当橡胶物体被压缩,橡胶物体横向膨胀,其体积不会有明显的减少,(除非压力极高的情况下)。故小形变下的弹性行为可以用一个简单的弹性模量G来描述。因为杨氏模量E=2(1+v)G,泊松比v≈1/2,所以E≈3G。一般地,橡胶的杨氏模量E(或拉伸模量)与硬度存在一定的关系,如图2所示。由此通过测试橡胶的硬度可估算材料的弹性模量G。

橡胶减震垫设计计算

橡胶减震垫受到压缩机的单向压缩,作用力相对于部件主轴的方向,其自由表面向外鼓出,使内应力从简单的单向压缩改变成剪切和压缩的复合。在设计中,刚度K是一个关键参数,刚度的定义为部件单位形变所需要的力,刚度K可能是剪切刚度Ks,压缩刚度Kt或它们的综合。

橡胶减震垫设计计算

橡胶减震垫设计计算

结合式(3-3)、式(3-4)和式(3-5),可见力和形变与面积、厚度和材料模量这些设计参数是关联的。

空调器中压缩机是主要的振动源和机械噪声源,当压缩机工作时,其地脚以42.828Hz振动,这时的振动峰值更高。它在运转过程中产生的振动会通过其地脚和管路传递给空调器的各个部件,产生振动及噪声。如果在压缩机和空调器底板之间加隔振环节,就能将压缩机作为振源所产生的振动与空调器的底板和箱壳隔离开来,从而降低整个空调器的振动和噪声。而减震器的隔离和衰减振动的能力是用振动传输率Tabc来衡量的,另外减震器的标准模型要获得良好的隔振效果,首先要使隔离体系具有合适的固有振动频率fn。振动传输率Tabc和体系fa定义如下,其中Tabc可由图3曲线查出。

橡胶减震垫设计计算

橡胶减震垫设计计算

运用静态应力限制,减震垫的最小受载面积由下式决定

橡胶减震垫设计计算

二、空调压缩机橡胶减振垫的尺寸设计

己知条件:减振器安装在压缩机脚,受到48.828Hz的输入振动,振动主要在垂直方向。压缩机质量为15kg,重量147N,减振器设计为能提供80%的隔离,同时减小允许这个等级隔离所需要的余隙,选择橡胶材料的η近似为0.4,邵氏硬度为45。

1、有振动频率fa

已知η=0.4,f=48.828Hz,80%的隔离等价于Tabc=0.2,由图3查出y=2.95。所以fa=16.5Hz,即在48.828Hz隔离输入振动的80%,隔离体系必须设计成固有频率为16.5Hz。

2、隔离体系的动态刚度K'

由式(3-6)得出总的动态刚度K'=16N/mm。假设体系的结构件刚性,所有的形变都发生在减震垫上,每一个减震垫相对设备重心对称地放置,这样每个减震垫的刚度是53.6N/mm。

3、减震垫的最小受载面积Amin

压缩机重147N,每个减震垫的静态载荷为49N,所以限制减震垫的静态应力是0.069MPa。由式(3-8)计算出Amin=710mm?。

4、减震器的厚度

减震垫的硬度为邵氏A45,从图2可查出其杨氏模量E近似值为2.1MPa,其剪切模量G大约是0.7MPa,由式(3-4)可计算出减震器的高度t=9mm。

也即用3个减震垫组成的隔离体系,整个体系的动态刚度为3×53.6=161N/min。这给空调压缩机提供了16.5Hz的体系固有频率。反过来,48.828Hz的垂直干扰振动的80%可以被隔离。在设计完成前,必须参照设计限制,检查弹性体的静态剪切应变。这要求测定减震垫的静态刚度。

通常,橡胶的剪切模量受频率和应变的影响。橡胶减震垫的静态刚度Ks远比动态刚度K'柔软。这种差异随橡胶阻尼的增加呈增加趋势。假定所本实验所选用的橡胶K'/Ks=1.4。

Ks≈53.6/1.4=38.3N/mm,由此静态形变d=F/Ks=49/38.3=1.28mm,所以静态剪切应变E=1.28/9=0.142=14.2%。

按减震垫的使用标准,静态剪切应变的合理限制是20%,因此,此减震垫的设计满足静态应力和应变标准。

减震器设计成圆筒型,内径与空调压缩机脚紧密配合,减震垫的内半径a?定为6mm,又由于受载面积A=710mm?,A=π(a2?-a1?),所以减震垫的外半径a?为16.1mm。

这样完成了空调压缩机减震垫的初步设计,减震器为圆筒体:

橡胶减震垫设计计算



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