橡胶减振材料及制品的应用与发展（下）
汽车交通控制振动的途径和其它领域相同[18] ：1)降低振源的激发力；2)将振动与激发源离开(隔振)；3)缓和振动体的振动。橡胶减振主要用于后两个方面。 橡胶减振器具有许多优点 [2] ：1)可以通过设计结构、调 整橡胶性能来满足对各个方向刚度的要求；2)兼具衰减和吸能两种能力，减振效果好，容易越过共振区；3)弹性模量比金属小得多，能够产生较大弹性形变；4)没有滑动部分，因此无磨耗，易于保养；5)重量轻，安装、拆卸方便。 当然，橡胶减振器也有一些缺点：1)高温低温性能不如金属；耐油性能不如金属；2)对于直射日光需要注意用薄膜遮蔽等；3)长期用于大载荷时弹性减弱。
机座是支撑动力装置(发动机、变速机)的重要部件，除要求具有一定的减振特性外，还必须兼备有限制位移的功能。 发动机安装用橡胶减振配件，产品如发动机后安装垫、引擎前支撑、发动机螺钉接线索环等(见图 1、图 2)。 最近，为了进一步地提高舒适性和平稳性，已有许多采用液体封人式及电子控制式的实例。而且在汽车用减振橡胶中，也有最有希望提高橡胶材料的耐热性的制品。作为液体封入型的减振橡胶也可分为单孔、双孔和电子控制三种类型。图 3 所示为液体封入型发动机座的结构(单孔型)。图 4 为通过电子控制流路的开闭，来 调整性能的液体封入式发动机座 [19] 。图 5 为使用粘度随电压改变而得以调节的流体来控制性能的发动机底座 [19] 。
1—外筒；2—电子流变流体；3—内筒；4—橡胶；5—电接头；6—电子流变阀；7—隔膜；8—气体 在发动机产生的较高温度下对液压底座橡胶件有特别的要求，对底座性能的要求也更高：(1)耐热性要求提高(80℃一130℃)；(2)动态比例因子降低(500Hz 下 Kd/Ks≤2)。橡胶衬套在支撑悬挂部件的同时，具有扭变的功能，是确保车辆驾驶安全及稳定性的重要制品。此外，还具有减少振动和冲击的功能。通过对橡胶材料的探讨，在一定程度上是可以调整动态特性的，但同时也应考虑到对加工性能(塑炼、成型)和动态疲劳寿命(特性 交化、撕裂、弹性下降、磨耗等)的影响。从弹簧特性以及制作方法来看，可分为以下几个类型：(2)仅为粘接内筒的整体衬套(负荷与轴成直角的情况下使用)；载重汽车在行驶中，特别是载重情况下与路况较差时行驶，往往上下层幅比较大，为有效防止箱体与车桥、车架的冲击，重型车中大都采用橡胶缓冲制品。这类产品诸如弹簧限位块、中后桥限位块总成等 [20] 。缓冲器具有吸收冲击力(由车轮对车体的冲击力)的作用，因此耐冲击特性和负荷－挠度特性受到重视。由于冲击变形速度快，会显示振动时的高频率区域变化相同的状态，因此不适合使用耐寒性差的材料以及受温度影响大的材料。作为材料来讲，除 NR 类橡胶材料外，也可用发泡聚氨酯类材料。在一般情况下，缓冲器要受到自由高度70％~80％的压缩变形，所以设计时，对形状必须加以充分注意。多 层结构橡胶缓冲器也称为橡胶弹簧，具有金属弹簧的辅助功能。支架具有支撑排气管系统的功能，但在减小车内噪音方面也起着重要的作用。作为消音器支架来讲，大致有悬挂和与配件粘合的两种类型。由于是在高温环境下使用的，所以多数用的是 EPDM 类橡胶材料。空气弹簧是汽车空气悬架系统的弹性元件及重要组成部分。空 气弹簧是一种在柔性密闭容器中加入压力空气、利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件，具有缓冲、减振和动作等功能。它主要由橡胶气囊和上盖及底座组成，有的还带有箍带或箍罩。它的优点是弹簧常数低，固有振动频率大致保持一致，与空车或重车的状态无关。它对高频振动的减振性能好，也可防止噪音。不足之处在于确定车桥位置的机构复杂，容易产生横向摆动和纵摇。根据橡胶气囊工作时的变形方式，空气弹簧可分为膜式空气弹簧、囊 式空气弹摄和混合式空气弹簧三种(图 9、图 10、图11)。膜式空气弹簧主要靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形；囊式空气弹簧主要靠橡胶气囊的挠屈获得弹性变形；混合式空气弹簧则兼有以上两种变形方式 [24] 。
畦田、利夫等人研究表明 [25] ，作为空气弹簧气囊的老化因素，是以交变应力为基础，再以热、紫外线等的氧化老化因素相复合，并指出今后应将重点放在耐疲劳性的材料设计上。对汽车来讲，由于在各种各样的频率区域存在有固有振动频率，所以这样的振动将会降低隔音、舒适性和驾驶稳定性等。作为对策，可采用与橡胶制作的共振体系(动态减振器)来减小特定频率的振动。因此，在设计上要求因环境变化和时间变化而引起共振点的移动要小。主要使用的橡胶材料仍然是天然橡胶类。可是，对苛刻的热环境部位使用的制品，已有采用 EPDM 类橡胶材料的实例。
近年来，为提高汽车的安全性、舒适性和操作性，对减振橡胶元件的要求也越来越高，减振橡胶制品的应用品种和数量越来越多。随着科学技术的发展，国内外对减振橡胶的胶料配方、结构设计、测 试方法及生产工艺技术进行了大量的研究，并结合 ANSYS、Abaqus等分析技术对减振橡胶制品进行优化分析，减 振橡胶的结构与减振性能都有明显的改进与提高，其 应用也将更为广泛。 作者：王雪飞，杨军
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首次发布时间：2023-04-14
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