基于PRO/E的隔振系統結構設計

蔣勁松 張軍

摘 要：在某彈上設備的隔振器設計中，綜合考慮了振動、沖擊兩種主要的力學環境，提出了隔振系統的設計要求，以隔振器剛度為設計變量，根據振動、沖擊環境設計要求確定了約束條件，并利用PRO/E軟件實現其振動控制結構的計算機輔助3D結構設計，設計過程中通過結構分析與理論值進行比較設計，幫助設計人員改進和完善設計方案，從而提高了設計質量、縮短了設計周期。

關鍵詞：PRO/E;隔振器;結構設計

中圖分類號：V214 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0086-02

0 引言

導彈在起飛和飛行過程中，會產生各種振動現象，不僅影響彈體的飛行穩定性及飛行姿態，而且影響彈上設備的機械結構和電子元器件的性能，隨著科學技術的發展，尤其是在航空航天技術方面，對設備儀器的抗震保護越來越高，為了使飛行穩定，增強彈上設備的可靠性，需考慮彈上電子設備的振動系統（亦稱隔振系統）設計，目的是為了衰減振動能量，降低噪聲。

本文在某彈上設備的隔振器設計中，綜合考慮了振動、沖擊兩種主要的力學環境，以隔振器剛度為設計變量，根據振動、沖擊環境設計要求確定了約束條件，并利用PRO/E軟件實現其振動控制結構的計算機輔助3D結構設計。

1 隔振系統方案設計

1.1 設計要求

（1）根據使用環境條件和被隔振設備來確定隔振器的動態特性和結構形式;（2）其設計要求簡單，形狀布局緊湊，便于安裝、互換和調節;（3）在布局隔振器時，應盡量使隔振系統的結構幾何中心與被隔振設備的質心靠近。

1.2 隔振系統結構設計

在設計隔振系統時，力求將被隔振設備的振動通過隔振系統降低到最小，減振效果的好壞主要取決于隔振系統的結構型式、幾何位置和阻尼等特性，根據被隔振設備的結構特點，以及被隔振設備的受力情況，設計出了相應隔振系統的結構。此隔振系統由五組隔振器組成，對稱分布在被隔振設備四周，其幾何中心與被隔振設備的質心基本一致。每個隔振器由兩個橡膠減振器疊加而成，實現被隔振設備與彈體之間的柔性連接。

2 隔振系統參數理論計算

2.1 確定隔振系統的布局情況

根據彈上設備的內部結構形式確定被隔振設備的整體結構尺寸，從而確定隔振系統的布局方式，由于被隔振設備的結構是一個長方體結構，其所有的電子元器件都集成在其中，所以在被隔振設備四角和中心位置各布置一組隔振器。隔振系統的整體布局結構尺寸示意圖見圖1。

2.2 隔振器的設計

2.2.1 確定減振器的尺寸和材料

減振器的基本尺寸取決于被隔振設備外形結構。其基本形狀尺寸如圖2所示。選用材料為硅橡膠。

2.2.2 減振器剛度設計

形狀系數為：

形狀倍率為：

所以其靜剛度為：

共振頻率計算：

式中m=2.0kg，取2.0。

2.2.3 金屬連接件設計

本文選用的減振器的結構尺寸如圖3所示，通過圖3所示的兩種金屬連接件連接上下減振器，組成一組隔振器，其結構組成形式見圖3。

3 減震裝置結構設計

在設計減震裝置時，力求將核心腔體的振動通過支承體降低到最小，減振效果的好壞主要取決于減震裝置的結構型式、幾何位置和阻尼等特性。根據主體外殼內腔結構和核心腔體外形結構確定本振源的核心腔體采用五點支承。其下減震部分安裝在底板上，中間紅色部分是硅橡膠材料，上下淺黃色部分為金屬連接裝置;上減震部分安裝在蓋板上，下部的螺紋連接結構用于上下減震部分的連接。核心腔體通過上下減震部分懸掛于主體外殼中。

3.1 減震裝置的尺寸確定

減震裝置的基本尺寸取決于主體外殼內腔結構和頻率綜合器模塊外形結構。其下減震部分安裝在底板上，其基本尺寸如圖4a所示，中間的膠套部分長20mm，寬20mm，高20mm，上下為金屬連接裝置，長寬17mm，高11mm;上減震部分安裝在蓋板上，其基本尺寸如圖4所示，下部的螺紋連接結構長14mm。

3.2 隔振系統結構的設計流程

每組隔振器包括2個減振器，由2個金屬連接件1和1個金屬連接件2固定。

本文采用PRO/E對隔振器進行互動性設計和結構分析，確保設計一次成功，其設計過程

（1）參數化實體建模。參數化實體建模是結構設計的基礎，為完成結構件轉配、機構分析、結構強度分析和工程制圖等，需要直接應用已建立的實體模型。

（2）結構件裝配。隔振器結構的所有零件都設計完成后，利用PRO/E中裝配的添加指令可把前面所生成的零配件逐一添加到機構中，裝配過程的所有設置都可以在以后的分析中反復修改并實時觀看修改結果。在裝配過程中可以進行干涉檢查和模型分析。

（3）結構強度分析。根據振動、沖擊環境設計要求進行結構的強度分析。這里主要是應用Pro/E中結構分析軟件包對其進行結構分析和優化分析。具體分析步驟是：設定模型的材料屬性、約束和載荷→有限元網格劃分→定義并運行分析任務→根據設計變量計算較感興趣的項目→圖形顯示計算結果。圖5是減振器的動態沖擊應力圖，紅色表示應變最大區域，藍色表示應變最小區域，在69.9Hz的共振頻率的動態沖擊下，紅色區域最多，形變量為1mm左右，但是減振器的形變為線性變化，減振器從上至下，形變能量一層一層減小，從而達到減震效果。若不采用隔振系統，被隔振設備在動態沖擊下，振動量級將無限擴大，會嚴重破壞被隔振設備。Pro/E軟件也可以只做前處理和后處理，調用ANSYS軟件的解算器求解。

經過以上步驟的反復分析，得到滿意的工作裝置結構設計后，就可以應用Pro/E的工程圖功能生成工程圖。

4 結語

本文應用Pro/E軟件對隔振系統的3D結構進行設計，綜合考慮振動和沖擊的約束條件，在設計過程中通過結構分析與理論值進行比較設計，幫助設計人員改進和完善設計方案，從而提高了設計質量、縮短了設計周期。

參考文獻

[1] 馬詠梅.基于ANSYS的低頻彈簧橡膠減振器結構設計[J].機械設計與制造，2008（09）：42-45.

[2] 庹洲慧.捷聯慣導系統減振設計[J].中國慣性技術學報，2009（06）：56-58.

[3] 張繼春.Pro/ENGINEER Wildfire結構分析[M].機械工業出版社，2004.

[4] 和青芳，徐征.Pro/ENGINEER Wildfire產品設計與機構動力學分析[M].機械工業出版社，2004.