发动机隔振器用橡胶材料.docx

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1、发动机隔振器用橡胶材料王鹏;苏正涛;赖亮庆;蒋洪罡;王景鹤【摘 要】The key properties of the engine isolate mount rubbers are dynamic modulus and damping. The strain amplitude, repeated cycling and the effect of temperature on these properties are also important parameters to evaluate the vibration-isolating rubber materials, inclu

2、ding natural rubber ( NR ) , polybutadiene rubber ( BR ) , epoxidized natural rubber ( ENR) , Neoprene ( CR) , ethylene-propylene-diene monomer( EPDM)/nylon 6 blend systems, Nitrile Rubber ( NBR)/Poly( Methyl Methacrylate) ( PMMA) blend systems, and so on. All above rubber materials and correspondin

3、g composite materials as well as their vibration-isolating/antivibration properties, including the correlations between damping factor, energy loss, damping constant, and vibration transmissibility ratio, were introduced.%发动机隔振器用橡胶材料的关键性能为动态模量和阻尼性能。应变幅值、重复循环和温度的影响是评估隔振橡胶材料的重要判别标准。这类材料包括自然橡胶( NR )、丁基

4、橡胶( BR )、环氧化自然橡胶( ENR )、氯丁橡胶( CR )、三元乙丙( EPDM)/尼龙 6 共混物、丁腈橡胶( NBR)/(聚甲基丙烯酸甲酯) PMMA 共混物等。介绍了上述橡胶材料、橡胶基复合材料及其隔振、抗振性能。这些性能包括阻尼系数、能量损耗、阻尼常数和振动传递比率之间的关联性。【期刊名称】广州化工【年(卷),期】2023(000)013【总页数】3 页(P55-57)【关键词】发动机隔振器;动态模量;阻尼;隔振橡胶材料;抗振【作 者】王鹏;苏正涛;赖亮庆;蒋洪罡;王景鹤【作者单位】北京航空材料争论院，减振降噪材料及应用技术航空科技重点试验室， 北京 100095;北京航空材

5、料争论院，减振降噪材料及应用技术航空科技重点试验室，北京 100095;北京航空材料争论院，减振降噪材料及应用技术航空科技重点试验室，北京 100095;北京航空材料争论院，减振降噪材料及应用技术航空科技重点试验室，北京 100095;北京航空材料争论院，减振降噪材料及应用技术航空科技重点试验室，北京 100095【正文语种】中 文【中图分类】TQ336.8发动机隔振器是指安装在发动机与发动机框架之间的支撑部件，主要起到承载、限位和振动隔离作用1。常用于汽车和航空航天领域并将机舱与发动机局部的振动隔离开。而橡胶隔振器由于精彩的隔振性能和较好的性价比，作为隔振元件广泛应用于中重型货车以及航空发动

6、机装配设计2中。为了削减车体噪声和振动，发动机安装系统的自然频率(发动机的刚体模态)应当设计的低于发动机怠速运转时的状态。通过适当的前六阶模态设计使其低于发动机怠速状态时状态，可以在更高的频率范围内把车体与发动机的振动隔离开。但前提是必需通过发动机安装座的动态刚度来计算工作频率。而在民用航空领域，发动机安装座可在高达 1000 Hz 的频率下运转，而在军用航空领域这一频率则高达 5000 Hz。在这样高的频率下，隔振底座不仅充当了弹簧的角色而且有很多内在的振动模式3。最近的争论和开发努力集中于改进发动机隔振器技术来到达更高的振动隔离、提高交通工具抗振效果和降噪的目的，而这些改进目标的实现首先需

7、要隔振器中的橡胶材料具有良好的压变和老化性能4。材料的进展为发动机隔振器的改进做出了主要的奉献。一些的橡胶材料也研制出来用于开发带有阻尼性能的隔振器, 其中有一些能够耐受发动机舱的高温。在设计与加工技术的帮助下，橡胶材料可以供给特定的动态性能并可以改进隔振性能稳定性从而适应不断变化的汽车或飞机使用环境。但是单独使用弹性发动机安装底座并不能实现现代交通工具中所需要的简单刚度与阻尼性能的集成，而这种刚度与阻尼性能的集成恰恰是反映发动机隔振安装系统表现的重要动态行为3。因此液压安装底座被开发出来，这相当于把传统的金属橡胶复合构造安装座与粘弹性阻尼器复合在一起5。另外，一些包含主动掌握机制的磁粘弹隔振

8、器6也被设计出来应用于内燃机或高端交通工具。尽管随着交通工具的进展，构造、材料和的发动机隔振机制也在不断进展，橡胶材料本身仍在发动机隔振器领域占据着打算性地位。这些橡胶材料主要包括 NR4,7, NR/BR8-10, ENR/CR11， EPDM/尼龙 612 和 NBR/PMMA13并用体系等。在评估潜在的发动机隔振器用橡胶材料时，常常需要使用拉伸幅值、疲乏循环及其凹凸温性能变化作为初步的选材标准。这些橡胶 材料的其他抗振、隔振性能也将被介绍。橡胶的根底生胶是一类聚合物材料。通过参加一些其他材料(如填料、硫化剂或油类物质)并施加热和压力，生胶中的分子链能够彼此发生化学交联从而获得对于发动机隔

9、振器格外重要的优异弹性。主要有两种类型的橡胶应用于发动机隔振器。一种是自然橡胶，这种橡胶拥有几乎线性的弹性行为并且拥有超群的抗蠕变特性。但是，它不能暴露于大气环境由于臭氧会破坏这一类型的橡胶。另一类称作高阻尼橡胶，这些橡胶通常通过石油的衍生产品作为单体来制备，并且展现了非线性的弹性行为，并且它的性能通过转变其中不同材料的比例来转变以满足特定的应用目的14。下面将对隔振器用橡胶进展分类介绍。1.1 NR橡胶隔振器的动态性能格外依靠于橡胶化合物的组成。小粒径炭黑 N220 和大粒径炭黑 N774 组成的复合填料(N220/N774)对自然橡胶复合材料机械力学和老化性能的影响被争论。争论结果说明，复

10、合填料/橡胶复合材料比原有的发动机隔振器用橡胶复合材料拥有更好的压变性能和回弹性能。而复合炭黑填料中粒径较大的填料有助于保持高的伸长率，而拉伸模量和拉伸强度则依靠于小粒径炭黑的存在。高温试验评估结果说明，复合炭黑填料的引入能够改善硬度、压缩永久变形性能和老化性能及与之相关的高回弹性4。另外两种规格的炭黑(N550 和 N772)的复合使用对 NR 基复合材料的撕裂强度和动态性能(如弹簧刚度系数 Kd/Ks 和 tan)， 同时争论了应用这类 NR 基复合材料的两种硫化体系(常规和半有效硫化体系)对材料性能的影响。另外，使用一个格外简洁的发动机安装座7(图 1)测试了材料的动态性能。结果觉察使用

11、半有效硫化体系，N550 和 N772 的用量分别为 25 phr 和34.5 phr 时最有效。1.2 NR/BR 并用NR 以优异的固有强度、抗大应变力量和裂纹扩展阻挡力量著称。BR 则展现更好的耐磨性、回弹性和抗裂纹萌生力量。因此 NR 与 BR 的并用在各种各样的橡胶制品中拥有广泛的应用前景，包括轮胎的胎面胶、胎侧胶和发动机隔振器9-10。温度历史对 NR/BR 并用体系的 Mullins 效应的影响，恢复行为以及速率依靠性被系统地争论。为了争论低温顺大应变对 Mullins 效应的影响，应用了不同温度下循环应变掌握过程。结果显示，NR/BR 并用胶的材料行为不仅仅依靠于应变的历史和当

12、时的热力学温度，而且依靠于整个温度历史。并且，在试验的同时，橡胶的自我修复也在发生10。1.3 ENR/CR 并用体系由于它们高的阻尼性能，ENR 和 CR 以不同配比比例来进展共混并用。同时测试了硫化后的 ENR/CR 并用胶的动态机械性能、滞变性能和振动传递系数(Tr)。测试结果被用于评估抗振和隔振效果。这些评估是通过争论阻尼系数(tan)，能量损耗(W)，阻尼常数()和振动传递比率来实现的。表 111汇总了从剪切滞变效应中获得的损耗能量(W)，阻尼常数()和阻尼系数(tan)。ENR/CR 并用胶 20 时的 tan 值对 Tr 和阻尼因子()的影响在图 2 中展现。从图 2 中我们可以

13、看到 随着 tan 值的增大而增大。这种关联性将有助于将来设计适宜的并用体系来实现抗振和隔振。基于振动传递比率结果，CR 展现了相对于 ENR 来说更好的抗振表现11。2.1 EPDM/尼龙 6 并用体系橡胶/树脂并用体系已经被作为热塑性弹性体(TPEs)商业化应用。热塑性硫化橡胶(TPVs)作为 TPEs 的一个特别局部可以被作为热塑性聚合物在高温熔融状态下加工。在高温下与热塑性聚合物混合时使用适当的方法硫化橡胶相。通过动态橡胶硫化工艺制备了可用作 TPVs 的 EPDM/尼龙 6 并用体系。通过确定机械性能和滞变行为对该并用体系进展了评估。觉察 TPVs 的机械性能比那些用存在相容问题的

14、EPDM 橡胶和尼龙 6 树脂材料直接共混得到的 TPE 材料要好。已经证明白 TPV 材料的抗振性能比 TPE 材料体系要好，且动态橡胶硫化和尼龙 6 的比例在依据隔振和抗振的表现设计材料时显得格外重要12。2.2 NBR/PMMA 并用体系互穿网络聚合物(IPNs)是掺混料的分支，它拥有在构成 IPNs 的聚合物之间不存在共价键的联锁构造。这类聚合物应用于振动基板带来了机械振动的消弱，这降低了传递的噪声并且减小了基板的疲乏行为。基于 NBR 和 PMMA 制备的 IPNs 通过转变膨胀时间来转变。在重量比为 62/38 的 NBR/PMMA 多级 IPN(MIPN)中， tan 曲线展现出

15、在 NBR 和 PMMA 之间的孤立的峰。这说明在重复的单体膨胀和分级硫化过程中分别出了一些组分。这也意味着可以通过联合两种或更多的单体并通过 MIPN 途径来实现梯度阻尼13。(1) 尽管树脂及复合材料被开发出来，橡胶和橡胶/树脂复合材料照旧在发动机隔振器领域占据着支配性的地位。(2) 发动机隔振器用橡胶材料的选择并非简洁直接，而是应当综合考虑橡胶材料的阻尼系数(tan)、能量损耗(W)、阻尼常数()、振动传递比率以及它们之间的关联。(3) 橡胶材料的动态机械性能作为频率和应变幅值的函数被确认, 其抗疲乏性能和环境适应性(如温度和接触介质)在发动机隔振器中应用时也应当被考虑到。【相关文献】1

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