专利名称：一种降低振动环境中品质因素的方法
技术领域：
本发明属于各种体系的振动系统的可振动构件的共振控制技术，尤其涉及单自由度谐振系统中一种降低振动环境中品质因素Q值的方法。
背景技术：
在一些单自由度谐振系统中，为了得到较好的谐振效果，需要增大系统的品质因素，即Q值。根据物质特性，在一些振动系统和振动模拟试验中，所有产品都会有共振现象，共振峰值的高低与材料的特性及产品结构有直接关系，这体现为品质因素的大小，对于振动系统来讲，共振峰值越小对于整个基本构件的性能或特性测试越好，但是由于共振现象的存在，实际的测试结果共振峰谷非常尖锐，不利于振动控制和测试，无法实现振动的精确控制或振动频率范围的限定。有些情况下，会致使处于振动系统中的部分基本构件损坏，或导致试验测试不能进行，无法得到理想和科学的测试数据。
目前为了满足控制精度和振动频率范围的需要，普遍采取的措施是加强振动系统中的基本构件的结构刚度，使振动时的系统共振频率足够高，以满足正常频率范围的需要，但这造成了基本构件的结构呆笨复杂、质量较大，这不仅增加了振动系统中设备基本构件的制造成本，对于振动模拟试验来讲，也大大降低了振动试验设备的有效推力。
力学环境试验中的振动试验是模拟各种振动环境，利用激振设备使试品经受预先设定的振动，并达到一定试验目的的过程。试验设备和试品的性质对测定数据的准确性和试验能否按照预期的设想进行下去有着很大的影响。试验设备基本构件和试品的动态特性，即振动激励响应的幅频特性的优劣直接关系到试品的试验准确性，对该基本构件和试品的动态特性进行分析时，较大的品质因素表现为其固有响应曲线具有一较大的响应峰值和较尖锐的响应峰，在该响应峰值时作用于试品所受到的过试验量值，这不利于振动控制和试验，试品也是无法承受的，这将致使实验数据不准确或者无法继续进行试验得到科学的数据。较小的品质因素表现为其动态特性的响应曲线的响应峰值很小，峰谷平缓，使整个试验处于理想的状态。
1999年出版的《环境技术》第一期(广东电器科学研究院编，双月刊)公开了名称为“用多点振动控制的方法优化夹具动态特性的研究”的文章，它采用多点振动控制方法，例如多点最大值控制或多点平均控制的方法对激振设备大型夹具的动态特性进行改变，以增加试品振动试验的准确性。该方法需要增加多个控制传感器，还需要振动控制仪具有多个控制通道。这种技术仅能保证试验的进行，不能避免局部受力不均的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过改变振动系统中基本构件的阻尼特性来降低振动系统中品质因素的方法，该方法能有效降低品质因素，缩小振动激励响应的幅频，来实现振动系统中的有害共振的消除以及各种试验环境中激励响应对实验的负面影响和破坏，提高实验精确度。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下一种降低振动环境中品质因素的方法，包括振动系统中的基本结构件，其特征在于，在基本结构件上组合一种或两种不同于基本构件的材料。
具体的讲，在振动试验中，振动系统的振动试验设备的基本结构件上组合一种不同于基本构件的材料。
所述的基本结构件包括振动试验设备的振动台、振动扩展台或振动试验设备的夹具。
所述振动台或振动扩展台的非工作面部分组合一层不同于振动台或振动扩展台的材料。
所述组合的方法包括在金属基本构件上通过硫化、粘结、热浇、冷压、包裹或填充的方法固定非金属材料。
所述金属基本构件包括铝、铜、铁、镁或者其合金材质的基本构件，所述非金属材料包括橡胶、塑胶或树脂材料。
该降低振动环境中品质因素的方法特征在于，在振动模拟试验中，振动系统的试品上组合一种不同于该试品的材料。
所述试品为金属筒体，金属筒体的内壁组合一层橡胶、塑胶或树脂材料。
该方法所述振动系统还包括机动车辆上的可共振机件，包括发动机、传动轴、油管或前、后桥组件。
在振动环境中，材料的阻尼特性和品质因素Q之间的关系为ξ=CC0=12Q=f2-f12f0]]>式中，ξ为相对阻尼比；C为黏性阻尼系数；C0为临界阻尼；f0为固有频率；Q为动力放大系数；f2，f1为上下半功率频率点。
可见环境中材料的相对阻尼比和品质因素间成反比关系，可以通过改变相对阻尼比来调整品质因素，而相对阻尼比与系统中构件的杨氏模量E及构件材料密度ρ有着密切的关系。
发明人通过大量实验发现，通过改变振动系统中材料的密度可以有效的控制品质因素，即通过在振动系统中的基本构件上组合一种不同于基本构件的材料，即将两种、三种或以上的材料组合成一个结构整体方法，有效的降低振动响应曲线的峰谷，实现振动系统的易控性能和保证试验的精确度。
由于处于振动系统中共振响应频幅宽的基本构件均为金属材料，通过在金属基本构件上组合杨氏模量E和密度ρ不同的非金属材料，有效改善基本构件的材质特性。同时根据材料学理论，各材料均有其独特的杨氏模量E和密度ρ，控制固有频率的因素是E/ρ，对于大多数金属来说E/ρ的比值差别不太大，这也是需要采用金属和非金属进行组合的理论基础。
组合的方法可以是常规的粘接、包裹和填充，也可以采用热胶粘结、半流体定性后硫化的方法，对于管状或槽形基本构件还可以采用填充的方法进行组合。
处于振动系统中的基本构件的材质包括铝AL、铜Cu、铁Fe、镁Mg或者由其组成的合金，非金属材料包括橡胶、塑胶和树脂材料。对于振动试验系统，基本构件包括激振设备的各部件，夹具和试品，该基本构件可以通过组合的方式在激振设备部件、夹具或试品上组合或部分组合非金属材料。例如激振设备的振动台面、扩展台面、动圈骨架等，可以在振动台面或扩展台面的非工作面组合另一非金属材料层，也可在其工作面和非工作面同时复合，但为了有效降低台面的负载，一般仅在其非工作面组合一非金属材料层即可得到理想的效果。试品在进行模拟试验测试时，也会因为其激振响应而出现高品质因数值，致使响应曲线中出现非常大的尖锐共振峰谷，例如在对弹射飞行器的筒形钢壳体进行模拟试验以测定相应的实验数据时，由于在振动系统中响应曲线共振峰谷较大，常常致使试验无法进行，更不用说得到准确的实验数据了，通过在其内壁粘结组合一层橡胶层，其响应曲线的共振峰得到良好的抑制，品质因数大大降低，试验易于操控，测试的实验数据精确度提高。
更进一步的讲，该方法可用于各种环境的振动系统中，用于控制品质因素即Q值，有效消除共振带来的不利影响。例如在机动车辆的一些可共振机件上进行非金属材料的组合，降低其在振动系统中的品质因素。例如很多机动车辆的传动轴、油管在车速达到一定值以后，会发生强烈的共振，致使车身抖动剧烈，通过对激振响应机件上组合非金属材料，有效降低了共振响应频幅，消减共振峰谷。
本发明的有益效果在于，该降低振动系统中品质因素的方法通过改变振动系统中基本构件的杨氏模量E和密度ρ来改变相对阻尼比，从而达到控制品质因素Q值的目的，通过该方法可使振动试验中的系统品质因素明显降低，整个响应曲线更趋近于平坦，能够保证系统的可控性，不需要对大台面进行多点控制就可以避免过试验和欠试验的发生。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
图1是本发明实施例中激振设备扩展台的剖面结构示意图；图2是对本发明实施例中激振设备扩展台的振动响应曲线；图3是本发明对比例中激振设备扩展台的振动响应曲线。
具体实施例方式
实施例1 如图，该降低振动系统中品素因素的方法是应用于振动试验环境中，在激振设备的扩展台上组合一非金属材料，该扩展台为中空筒3末端固定一扩展平台1的结构，整体为铝合金材质，扩展平台的台面为工作面，台面背侧为非工作面，在其非工作面部分通过热胶组合一个环形的树脂薄层2。
用东菱公司产ES-10型号的振动台和上述扩展台，美国SD公司产PUMAFoundation型振动控制仪作响应测试，并绘制响应曲线，见图2。
对比例采用与实施例1相同的振动台和振动控制仪对无组合橡胶的同一扩展台进行响应测试，并绘制响应曲线，见图3。
由两响应曲线和测定数据可以看出未经过树脂层组合的对比例中的振动扩展台的响应曲线在达到一定振动频率时，出现了非常大而尖锐的峰谷，对于振动测试来讲，这将严重影响振动试验的进行和测得实验数据的准确性。因为出现一个较大峰谷值的同时会出现一个较大的峰底，这是振动控制所不希望出现的。
通过对同一振动扩展台的非工作台面进行树脂材料的组合，测得的响应曲线的峰谷值较小，而且峰谷比较平缓，这表明振动控制比较精确，试验可以正常进行，测定的实验数据准确性大大提高。
实施例2 该降低振动系统中品素因素的方法是应用于环境试验的试品数据测定中。在对弹射飞行器的钢质圆形筒体进行同步试验测定时，由于响应曲线峰谷的存在，使试验得不到准确的数据，甚至由于共振频幅较大，响应曲线的峰谷过于尖锐，品质因素过大致使无法继续试验。
在钢质圆形筒体的内壁涂敷一层丁腈橡胶弹性体层，然后进行硫化组合，再进行响应的同步试验测定，结果振动控制仪所描绘的响应曲线中的峰谷值非常小，品质因素Q值也很小，同步试验的进行不会受到共振的影响，可以正常进行并能保证试验测定数据更加准确。
实施例3 该降低振动系统中品素因素的方法是应用于车辆的可共振机件中。该汽车底部的传动轴在汽车行驶到100公里/小时速度时，会发生严重的共振，从而影响汽车的正常运行和质量，现有的解决方式是根据多点静平衡的原理进行相应的机械处理，这相应降低了传动轴的传动精度。
在汽车底部的金属传动轴上进行热浇的方式包裹一层聚氨酯塑胶套，使品质因数即Q值也大大减小。然后进行行使试验，在汽车行驶速度达到100公里/小时时，传动轴没有发生共振，当汽车速度达到160公里/小时，传动轴仍然没有发生共振，这表明通过组合聚氨酯塑胶套，传动轴的共振频幅大大降低。
权利要求
1.一种降低振动环境中品质因素的方法，包括振动系统中的基本结构件，其特征在于，在基本结构件上组合一种或两种不同于基本构件的材料。
2.根据权利要求1所述的一种降低振动环境中品质因素的方法，其特征在于，在振动试验中，振动系统的振动试验设备的基本结构件上组合一种不同于基本构件的材料。
3.根据权利要求2所述的一种降低振动环境中品质因素的方法，其特征在于，所述的基本结构件包括振动试验设备的振动台、振动扩展台或振动试验设备的夹具。
4.根据权利要求3所述的一种降低振动环境中品质因素的方法，其特征在于所述振动台或振动扩展台的非工作面部分组合一层不同于振动台或振动扩展台的材料。
5.根据权利要求2所述的一种降低振动环境中品质因素的方法，其特征在于，所述组合的方法包括在金属基本构件上通过硫化、粘结、热浇、冷压、包裹或填充的方法固定非金属材料。
6.根据权利要求5所述的一种降低振动环境中品质因素的方法，其特征在于，所述金属基本构件包括铝、铜、铁、镁或者其合金材质的基本构件，所述非金属材料包括橡胶、塑胶或树脂材料。
7.根据权利要求1所述的一种降低振动环境中品质因素的方法，其特征在于，在振动模拟试验中，振动系统的试品上组合一种不同于该试品的材料。
8.根据权利要求7所述的一种降低振动环境中品质因素的方法，其特征在于，所述试品为金属筒体，金属筒体的内壁组合一层橡胶、塑胶或树脂材料。
9.根据权利要求1所述的一种降低振动环境中品质因素的方法，其特征在于，所述振动系统还包括机动车辆上的可共振机件，包括发动机、传动轴、油管或前、后桥组件。
全文摘要
一种降低振动环境中品质因素的方法，属于各种体系的振动系统的可振动构件的共振控制技术。包括振动系统中的基本结构件，其特征在于，在基本结构件上组合一种或两种不同于基本构件的材料。该方法可用于振动试验的激振设备、试品的品质因素的降低，也可用于机动车辆的振动机件的品质因素的降低。该降低振动系统中品质因素的方法通过改变振动系统中基本构件的杨氏模量E和密度ρ来改变相对阻尼比，从而达到控制品质因素Q值的目的，通过该方法可使振动试验中的系统品质因素明显降低，整个响应曲线更趋近于平坦，能够保证系统的可控性，不需要对大台面进行多点控制就可以避免过试验和欠试验的发生。
文档编号G01M7/02GK101034046SQ20061016736
公开日2007年9月12日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者吴国雄, 叶腾波 申请人:苏州东菱振动试验仪器有限公司