本站小編為你精心準備了恒力限位器的隔沖性能研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《船舶力學雜志》2016年第Z1期

摘要：

針對隔振器和傳統的限位器配套使用時會產生二次沖擊的問題，基于力的合成法則，設計了一種新型恒力限位裝置，建立了相應的恒力限位隔沖系統模型，分析了限位器安裝間隙和恒力值對系統抗沖擊性能的影響，并與線性限位隔沖系統、無限位線性隔沖系統的沖擊響應進行了對比。參數影響分析結果表明對于某一確定的安裝間隙，存在一個最優恒力值使得恒力限位隔沖系統的緩沖系數最小。沖擊響應的對比分析表明新型恒力限位隔沖系統比傳統的線性限位隔沖系統和無限位線性隔沖系統具有更好的抗沖擊性能。

關鍵詞：

恒力限位器；隔沖性能；安裝間隙；緩沖系數

船舶在服役期間不可避免地要遭受各種水下爆炸載荷帶來的沖擊，此類沖擊，根據其爆炸當量、爆炸方式及爆炸距離的不同，不一定對船體造成毀滅性的損壞，但卻會給各種艦載設備帶來沖擊作用，可能使其失效，從而使船舶失去應有的生命力和戰斗力[1]。傳統上船舶設計時先進行隔振設計，然后再進行抗沖擊校核[2]。按照這種思想設計的隔振器雖然可以減小設備的絕對加速度響應幅值，但卻會產生較大的相對位移，有可能造成設備附屬連接管系的損壞，甚至超過隔振器本身的極限變形能力[3]。目前，為了改善這種情況，通常在隔振系統中安裝限位器，此種方法可以降低相對位移幅值，但如果限位器參數取得不恰當，就會引起系統的二次沖擊[4]，無法得到良好的抗沖擊性能。因此，對限位器結構和參數進行優化設計研究具有重要的意義。恒力彈性機構是一種隨著變形的增大輸出載荷基本保持不變的新型彈簧機構，具有載荷恒定、儲能密度高等特點[5-7]，主要應用于儀器儀表、航天、醫療、機械等[8-9]多個領域，例如平衡機構、月球重力模擬、恒力支吊架等[10-11]，但其在沖擊隔離領域研究得較少。本研究基于力的合成原理，設計了一種恒力限位器，分析了限位器參數對沖擊響應的影響，并與線性限位器隔沖系統、無限位器隔沖系統的沖擊響應進行了對比。

1恒力限位器的組成

設計恒力限位器的目的是提升隔沖系統的抗沖擊性能，解決目前限位器使用時會產生二次沖擊的問題。圖1所示為一種具體的實現形式，從圖中可以看出，該恒力限位器為一種壓縮式彈性機構，不可進行拉伸，設計思想是利用力的合成原理，通過設計凸輪滑軌3，改變水平側向彈簧力5的傳遞方向，使得垂向主彈簧6與兩個側向彈簧5在垂直方向的受力保持恒定。垂向主彈簧6主要提供初始的預緊力（恒力）和沖擊響應過程中的緩沖作用，兩個側向彈簧5主要提供與主彈簧方向相反的力，用來維持限位器在整個行程中的恒力，調節螺母7用于改變恒力大小，恒力大小由被隔離設備允許承受的最大加速度和隔振器的剛度、極限變形量共同確定。

2恒力限位隔沖系統數學模型

安裝恒力限位器的沖擊隔離系統如圖3所示。假設系統基礎受到沖擊信號y咬δδt，令相對位移δ=x-y，根據牛頓第二定律，可列出系統的運動微分方程：恒力限位隔沖系統數學模型（8）是強非線性微分方程，無法給出直觀的解析解。為了研究系統的響應特點，本研究采用龍哥—庫塔法進行數值模擬分析。

3沖擊響應計算與分析

令被隔離設備質量m=50kg，假設恒力限位隔沖系統遭受加速度峰值為60g（1g=9.8m/s2），沖擊作用時間為5ms的半正弦激勵。對不同限位器安裝間隙（0~0.03m）和不同恒力大小（0~15000N)）下的沖擊模型（8）進行數值模擬，分析限位器安裝間隙和恒力大小對沖擊響應的影響。

3.1限位器安裝間隙對沖擊響應的影響不同安裝間隙下被隔離設備的沖擊響應結果如圖4~7所示。從圖中可以看出，限位器安裝間隙越大，被隔離設備的相對位移響應幅值和絕對加速度響應幅值越大，且限位器間隙越大，被隔離設備達到幅值所用的時間越長。為了綜合評價隔沖系統的抗沖擊性能，在沖擊響應過程中，一般把設備絕對加速度響應幅值Amax與相對位移響應幅值Xmax的乘積與階躍速度v0的平方之比稱為系統緩沖系數，用來表示系統的抗沖擊極限性能，其值越小，表示系統抗沖性能越好。系統的緩沖系數隨限位器安裝間隙的變化曲線如圖8所示，從圖中可以看出，限位器安裝間隙越大，系統緩沖系數越大。因此，在設計過程中，在不影響系統隔振性能的前提下應盡量減小限位器的安裝間隙。

3.2恒力大小對系統抗沖擊性能的影響不同安裝間隙下系統的沖擊響應幅值隨限位器恒力值的變化曲線如圖9、10所示。從圖中可以看出，被隔離設備的相對位移響應幅值隨著限位器恒力值的增大而減小，絕對加速度響應幅值隨著恒力值的增大而增大。不同安裝間隙下系統緩沖系數隨著限位器恒力值的變化曲線如圖11所示。從圖中可以看出，對于某一確定的安裝間隙，系統緩沖系數隨著恒力值的增大先減小后增大，即存在一個最優的恒力值，使得系統的緩沖系數最小；不同的安裝間隙，對應的最優恒力值不同，安裝間隙越大，最優恒力值越小。

4對比分析

為了檢驗恒力限位緩沖系統的抗沖擊性能，與等效線性限位緩沖系統、無限位線性緩沖系統進行沖擊響應的對比。從能量角度出發，抗沖擊的本質是將瞬態的、極大的沖擊能量以位移能的形式存儲在抗沖器中，然后再緩慢釋放，所以線性限位緩沖系統的等效剛度考慮采用能量等效法進行計算。同等沖擊條件下，恒力限位隔沖系統、等效線性限位隔沖系統和無限位線性隔沖系統的沖擊響應如圖13、14所示，從圖中可以看出，無限位線性隔沖系統的相對位移響應幅值最大，恒力限位隔沖系統次之，等效線性限位隔沖系統最小；等效線性限位隔沖系統的絕對加速度響應幅值明顯大于其他兩個系統的絕對加速度響應幅值，恒力限位隔沖系統次之，無限位線性隔沖系統最小。通過計算得出恒力限位隔沖系統的緩沖系數為0.80，等效線性限位隔沖系統的緩沖系數為1.50，無限位線性隔沖系統的緩沖系數為0.87。因此，恒力限位隔沖系統的抗沖擊性能優于其他兩個系統的抗沖擊性能。

5結論

本文基于力的合成原理，設計了一種恒力限位器，建立了恒力限位隔沖系統的數學模型，數值分析了限位器安裝間隙、恒力值大小對恒力限位隔沖系統抗沖擊性能的影響，并與線性限位隔沖系統、無限位線性隔沖系統的沖擊響應進行了對比，主要研究結論有：（1）恒力限位器的安裝間隙越小，系統抗沖擊性能越好；（2）對于某一確定的安裝間隙，存在一個最優恒力值使得系統的緩沖系數最小，且安裝間隙越大，最優恒力值越小；（3）與線性限位隔沖系統、無限位線性隔沖系統相比，恒力限位隔沖系統可以有效提升系統的抗沖擊性能。

作者：張春輝 曾凡明 計晨 張瑋 溫肇東 單位：海軍工程大學 海軍裝備研究院