双刚体的连接减振分析

张庆庆 姜薛起 钮鑫钰 王辉均 王学林 温伟伟 梁梦瀚

设计·工艺

双刚体的连接减振分析

张庆庆 姜薛起 钮鑫钰 王辉均 王学林 温伟伟 梁梦瀚

（上海航天设备制造总厂有限公司，上海 200245）

对两种发射箱单独进行三方向上的正弦扫频实验，得到两种发射箱的共振频率及振幅放大倍数，并根据单自由度振动模型方程解出两种发射箱三个方向上的振动参数。再建立双发射箱刚体连接振动模型，解出两个连接后发射箱新的频率、振幅与连接件刚度、阻尼的关系。最后，通过制定寻优目标，最大程度减小两箱的共振振幅，解出两箱中间连接件的弹性系数及阻尼系数。将优化后的计算结果与两箱未连接时比较，取得明显减小共振振幅的效果。

刚体；连接；减振

1 引言

某型号战车上并排安装了两种不同发射箱。在工作过程中，发射箱受到发射架传递过来的振动，为了分析振动情况，将两种发射箱均简化为单自由度振动系统[1]。

过式（2）可以得到动力放大系数随频率比变化的曲线，见图2。

图2 振动传递特性与频率比和结构阻尼关系曲线

2 双刚体连接振动模型

将两种发射箱三方向的振动均简化为单自由度振动模型，如图3所示。其中，为发射架的位移输入，1、2为两种发射箱的位移响应。

图3 两种发射箱各方向振动模型

将两种发射箱安装在振动试验台，三方向分别进行20～100Hz正弦扫频试验，均只有一个共振峰，共振频率及放大倍率见表1。根据引言中的单自由度系统振动模型可以解出两种发射箱各方向上的振动参数。

表1 两种发射箱各方向共振频率及放大倍率

图4 两种发射箱相互连接后振动模型

现考虑将两种发射箱相连，预期通过调节连接件的刚度值及阻尼值，使两种发射箱的共振振幅均能有所减小，模型变为图4所示。由于三方向上的振动模型是相同的，所以下面只对向进行分析。由试验知道，寻的发射箱向共振频率是43.16Hz，放大倍率是4.40；指令发射箱向共振频率是51.22Hz，放大倍率是4.64，两种发射箱质量经过测量，1=2=480kg，根据单自由度系统的计算公式：

ω为共振频率，为放大倍率，可以解得图4中各参数如下：1=36210kN/m，1=30.6kN·s/m，2=51000kN/m，2=34.8kN·s/m。3、3为连接件的刚度值及阻尼值，为设计变量，由于连接件的质量相对于发射箱来说很小，故不予考虑。

模型的动力学方程为：

写成矩阵形式：

合并改写为：

解出：

计算后结果为：

目标关注的是两种发射箱新的共振峰值和频率，定义：

分别代表两种发射箱振幅放大倍数随输入频率变化的规律。

其中：

由于展开后的表达式太长，这里用：

表示两种发射箱共振峰值频率随连接件参数的变化规律，代入到式（12）中可以得到两种发射箱共振幅值随连接件参数变化的规律，记为：

3 连接件参数对振幅影响分析

把减小两种发射箱的振幅作为目标，可以寻找到一组最优的参数。这里采用的寻优目标为两种发射箱振幅放大倍数里较大的一个取到极小值，这样可以使两种发射箱的振幅平均化并取得最小值。画出两种发射箱中较大的振幅随连接参数的变化，见图5。

图5 两种发射箱较大振幅随连接参数变化图

由于向及向振动系统模型与前面分析的相同，只是振动参数不同，同样可以得到向、向最优的连接参数：

根据计算，采用最优连接参数的连接件将两种发射箱相连后，向寻的发射箱与指令发射箱振幅分别下降14.8%、11.1%，向振幅分别下降20.6%、2.7%，向振幅分别下降10.2%、14.1%，均具有明显的降低振幅的效果。

4 结束语

经过理论分析，将两种共振频率及幅值不同的发射箱相互连接，通过调整连接件刚度、阻尼可以达到减小两种发射箱共振振幅的效果。

1 邵忍平. 机械系统动力学[M]. 北京：机械工业出版社，2005

2 师汉民. 机械振动系统——分析·测试·建模·对策[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2004

Joint Vibration Reduction Analysis of Double Rigid Bodies

Zhang Qingqing Jiang Xueqi Niu Xinyu Wang Huijun Wang Xuelin Wen Weiwei Liang Menghan

(Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co., Ltd., Shanghai 200245)

The resonance frequency and amplitude amplification factor are obtained by sinusoidal sweeping experiments indirection of the two launch canisters. By substituting the experimental data into the single-degree-of freedom vibration equation, get the vibration parameters of two launch canisters indirections. Then the vibration model of two rigid bodies is established, and the relationship between the new frequencies and amplitudes of two rigid bodies and the stiffness and damping of the joints is solved. Finally, the elastic and damp coefficients of the joints are solved by setting the optimum objective of minimizing the amplitude. Comparing the final calculation results with those without connection, the obvious effect of reducing the amplitude is achieved.

rigid body；connect；vibration reduction

张庆庆（1988），硕士，机械设计及自动化专业；研究方向：导弹发射车总装工艺技术研究。

2019-10-18