蔣勁松 張軍

摘 要：在某彈上設(shè)備的隔振器設(shè)計中，綜合考慮了振動、沖擊兩種主要的力學(xué)環(huán)境，提出了隔振系統(tǒng)的設(shè)計要求，以隔振器剛度為設(shè)計變量，根據(jù)振動、沖擊環(huán)境設(shè)計要求確定了約束條件，并利用PRO/E軟件實(shí)現(xiàn)其振動控制結(jié)構(gòu)的計算機(jī)輔助3D結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計過程中通過結(jié)構(gòu)分析與理論值進(jìn)行比較設(shè)計，幫助設(shè)計人員改進(jìn)和完善設(shè)計方案，從而提高了設(shè)計質(zhì)量、縮短了設(shè)計周期。

關(guān)鍵詞：PRO/E;隔振器;結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：V214 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0086-02

0 引言

導(dǎo)彈在起飛和飛行過程中，會產(chǎn)生各種振動現(xiàn)象，不僅影響彈體的飛行穩(wěn)定性及飛行姿態(tài)，而且影響彈上設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子元器件的性能，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是在航空航天技術(shù)方面，對設(shè)備儀器的抗震保護(hù)越來越高，為了使飛行穩(wěn)定，增強(qiáng)彈上設(shè)備的可靠性，需考慮彈上電子設(shè)備的振動系統(tǒng)（亦稱隔振系統(tǒng)）設(shè)計，目的是為了衰減振動能量，降低噪聲。

本文在某彈上設(shè)備的隔振器設(shè)計中，綜合考慮了振動、沖擊兩種主要的力學(xué)環(huán)境，以隔振器剛度為設(shè)計變量，根據(jù)振動、沖擊環(huán)境設(shè)計要求確定了約束條件，并利用PRO/E軟件實(shí)現(xiàn)其振動控制結(jié)構(gòu)的計算機(jī)輔助3D結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 隔振系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 設(shè)計要求

（1）根據(jù)使用環(huán)境條件和被隔振設(shè)備來確定隔振器的動態(tài)特性和結(jié)構(gòu)形式;（2）其設(shè)計要求簡單，形狀布局緊湊，便于安裝、互換和調(diào)節(jié);（3）在布局隔振器時，應(yīng)盡量使隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)幾何中心與被隔振設(shè)備的質(zhì)心靠近。

1.2 隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計隔振系統(tǒng)時，力求將被隔振設(shè)備的振動通過隔振系統(tǒng)降低到最小，減振效果的好壞主要取決于隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式、幾何位置和阻尼等特性，根據(jù)被隔振設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及被隔振設(shè)備的受力情況，設(shè)計出了相應(yīng)隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。此隔振系統(tǒng)由五組隔振器組成，對稱分布在被隔振設(shè)備四周，其幾何中心與被隔振設(shè)備的質(zhì)心基本一致。每個隔振器由兩個橡膠減振器疊加而成，實(shí)現(xiàn)被隔振設(shè)備與彈體之間的柔性連接。

2 隔振系統(tǒng)參數(shù)理論計算

2.1 確定隔振系統(tǒng)的布局情況

根據(jù)彈上設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式確定被隔振設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)尺寸，從而確定隔振系統(tǒng)的布局方式，由于被隔振設(shè)備的結(jié)構(gòu)是一個長方體結(jié)構(gòu)，其所有的電子元器件都集成在其中，所以在被隔振設(shè)備四角和中心位置各布置一組隔振器。隔振系統(tǒng)的整體布局結(jié)構(gòu)尺寸示意圖見圖1。

2.2 隔振器的設(shè)計

2.2.1 確定減振器的尺寸和材料

減振器的基本尺寸取決于被隔振設(shè)備外形結(jié)構(gòu)。其基本形狀尺寸如圖2所示。選用材料為硅橡膠。

2.2.2 減振器剛度設(shè)計

形狀系數(shù)為：

形狀倍率為：

所以其靜剛度為：

共振頻率計算：

式中m=2.0kg，取2.0。

2.2.3 金屬連接件設(shè)計

本文選用的減振器的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3所示，通過圖3所示的兩種金屬連接件連接上下減振器，組成一組隔振器，其結(jié)構(gòu)組成形式見圖3。

3 減震裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計減震裝置時，力求將核心腔體的振動通過支承體降低到最小，減振效果的好壞主要取決于減震裝置的結(jié)構(gòu)型式、幾何位置和阻尼等特性。根據(jù)主體外殼內(nèi)腔結(jié)構(gòu)和核心腔體外形結(jié)構(gòu)確定本振源的核心腔體采用五點(diǎn)支承。其下減震部分安裝在底板上，中間紅色部分是硅橡膠材料，上下淺黃色部分為金屬連接裝置;上減震部分安裝在蓋板上，下部的螺紋連接結(jié)構(gòu)用于上下減震部分的連接。核心腔體通過上下減震部分懸掛于主體外殼中。

3.1 減震裝置的尺寸確定

減震裝置的基本尺寸取決于主體外殼內(nèi)腔結(jié)構(gòu)和頻率綜合器模塊外形結(jié)構(gòu)。其下減震部分安裝在底板上，其基本尺寸如圖4a所示，中間的膠套部分長20mm，寬20mm，高20mm，上下為金屬連接裝置，長寬17mm，高11mm;上減震部分安裝在蓋板上，其基本尺寸如圖4所示，下部的螺紋連接結(jié)構(gòu)長14mm。

3.2 隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程

每組隔振器包括2個減振器，由2個金屬連接件1和1個金屬連接件2固定。

本文采用PRO/E對隔振器進(jìn)行互動性設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析，確保設(shè)計一次成功，其設(shè)計過程

（1）參數(shù)化實(shí)體建模。參數(shù)化實(shí)體建模是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，為完成結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)配、機(jī)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和工程制圖等，需要直接應(yīng)用已建立的實(shí)體模型。

（2）結(jié)構(gòu)件裝配。隔振器結(jié)構(gòu)的所有零件都設(shè)計完成后，利用PRO/E中裝配的添加指令可把前面所生成的零配件逐一添加到機(jī)構(gòu)中，裝配過程的所有設(shè)置都可以在以后的分析中反復(fù)修改并實(shí)時觀看修改結(jié)果。在裝配過程中可以進(jìn)行干涉檢查和模型分析。

（3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。根據(jù)振動、沖擊環(huán)境設(shè)計要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析。這里主要是應(yīng)用Pro/E中結(jié)構(gòu)分析軟件包對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化分析。具體分析步驟是：設(shè)定模型的材料屬性、約束和載荷→有限元網(wǎng)格劃分→定義并運(yùn)行分析任務(wù)→根據(jù)設(shè)計變量計算較感興趣的項(xiàng)目→圖形顯示計算結(jié)果。圖5是減振器的動態(tài)沖擊應(yīng)力圖，紅色表示應(yīng)變最大區(qū)域，藍(lán)色表示應(yīng)變最小區(qū)域，在69.9Hz的共振頻率的動態(tài)沖擊下，紅色區(qū)域最多，形變量為1mm左右，但是減振器的形變?yōu)榫€性變化，減振器從上至下，形變能量一層一層減小，從而達(dá)到減震效果。若不采用隔振系統(tǒng)，被隔振設(shè)備在動態(tài)沖擊下，振動量級將無限擴(kuò)大，會嚴(yán)重破壞被隔振設(shè)備。Pro/E軟件也可以只做前處理和后處理，調(diào)用ANSYS軟件的解算器求解。

經(jīng)過以上步驟的反復(fù)分析，得到滿意的工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計后，就可以應(yīng)用Pro/E的工程圖功能生成工程圖。

4 結(jié)語

本文應(yīng)用Pro/E軟件對隔振系統(tǒng)的3D結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，綜合考慮振動和沖擊的約束條件，在設(shè)計過程中通過結(jié)構(gòu)分析與理論值進(jìn)行比較設(shè)計，幫助設(shè)計人員改進(jìn)和完善設(shè)計方案，從而提高了設(shè)計質(zhì)量、縮短了設(shè)計周期。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬詠梅.基于ANSYS的低頻彈簧橡膠減振器結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2008（09）：42-45.

[2] 庹洲慧.捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)減振設(shè)計[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報，2009（06）：56-58.

[3] 張繼春.Pro/ENGINEER Wildfire結(jié)構(gòu)分析[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4] 和青芳，徐征.Pro/ENGINEER Wildfire產(chǎn)品設(shè)計與機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.