2基于单振子模型的悬挂减振机理

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1、2基于单振子模型的悬挂减振机理结构阻尼与高频阻抗是机械振动分析的2个重要概念。悬挂减振通常需要借助于适当的结构阻尼。而高频减振则需要结构阻尼约束或高频阻抗作用。结合上述2个主要概念，本节主要阐述结构阻尼对悬挂减振的积极或消极影响，并根据高频阻抗概念，讨论Gigabox工作原理及其技术可行性。2.1结构阻尼2.1.1结构阻尼及其约束减振技术根据2阶系统微分方程，可求得每周能量耗散=cHOX2。而试验测得每周损耗能量AE=QX因而等效阻尼5皿/2,贝［Jmx(t)+k(1+i@)x(t)=Ake"'式中结构阻尼系数丫=aMk复刚度k(1+iY)(不变)其

2、中，a为与谐振频率无关的常数；X为谐振幅值；◎为谐振频率，很小，一般为准静态加载过程。根据Kelvin模型(即弹簧k与阻尼c并联单元)，令t=c/k,则有u(t)=k(q(t)+Tq(t))假设输入与输出为简谐振动，且幅值分别为q和u。，可+得=+：C)0U=(变化)o=k(1=P)q其中，蓄能刚度(实部)Xk；耗能刚度(虚部)XkC；n=xo特别是，90°从动态设计观点岀发，适当的结构阻尼是轨道与地面车辆悬挂减振的共性技术特点之一。具体地，对于Kelvin模型，耗散系数。耗散系数(LossCo-efficient)是指复刚度的虚部与实部之比。对于悬挂

3、系统来讲，特别是在固有频率附近，耗散系数不能过大。否则，若耗散系数过大，则将“湮灭”簧上质量的固有模态振动并造成车轮动荷增强，即形成了结构阻尼约束。所谓结构阻尼约束是针对高阶模态减振的局部约束形式，如降噪车轮，其轮網或幅板的阻尼涂层或阻尼块，以“湮灭”其高阶模态振动。2.1.2单振子模型以及干摩擦减振影响以单振子作为机理模型，具体讨论干摩擦所形成的结构阻尼及其对单振子模型的积极或消极影响。以丫25构架式转向架为例，如图2a所示，轴箱双侧利偌尔减振。基于单轮对的单振子模型，如图2b和图2c所示，轮对簧下质量1.3t,车体簧上质量22.5t,每箱垂向刚度1

4、MN/m,横向与纵向刚度1.4MN/m,其具有以下2点特殊的模型处理：（a）Y25双侧利涪尔减掘（b）单扳了・以及十摩擦减振（c）基于单轮对的单振了模型图单振子机理模型以及干摩擦减振影响②在轴箱与车体簧上质量之间，双侧摩擦面的法向力一旦轴箱一侧间隙被吃掉并发接触，Fo也就是说，垂向与横向摩擦力①轴箱单侧利偌尔减振，轮对纵向半刚性危约束，而轴箱双侧利偌尔减振,则轮对纵向全弹性傥约束。相应地，单振子模型，在轴箱与车体簧上质量之间增设了纵向刚度约束，其纵向间隙，约（4・5）mm。因而在轮轨接触过程，可以形成轮对蛇行运动。P相互抵消。但是,则利用上述刚度约束逼

5、，并获得接触力Rfz,yXVR丿m式中，V,zy1NHZ，Vm为摩擦面的垂向占横何相对速度分量以及合成速度；为滑动摩擦系数为蠕滑率，干摩擦，取0.4,=3MNs/m；N为摩擦面法向力，NPF。具体地，在轴箱与车体簧上质量之间，设置个三向力，纵向分力实現述纵向刚度约束，而垂向与横向分力则为垂向与横向摩擦力，其中，法向力N贝IJ由每箱钢簧弹性力P和纵向分力F（即轴箱侧面接触力）来决定RS?当等效锥度飙）.40、平速V・45中制，降低卩摩擦的蠕滑率对车体簧上质畫沉浮模态影响惡1o表1当滑动摩擦系濮0.4时蠕泻率对车体簧上质量沉孚模态影响X/（MNs/m）M

6、0.40.1470.0834HZ/99.7%0.08760.849HZ/60.0%0.04261.01HZ/30.0%在工作频率附近，如卑所示，随着熾滑率隆低相位浇F减小。如隔谿滑振对转变另线性蠕落状总？」“亠-独立运动模态。与4b所示，干摩擦接触由簧上质量形成了沉浮运动的）300;转变卿孵体即使模态阻尼接近100%,也是如此。m/NM200-20度刚态动T-40位相・60-80-210-11001010频率/Hz10降低蠕滑率对结构阻尼（动态刚度与相位滞后）的影响woooo00400000101^06垂向相对速度M/(nVs)垂向相对速度v2/(m/

7、s)

8、.54264.56323.49221.8%271.2%%=0.147MNs/m0.0834HZ