防振橡胶[精选].doc

产品设计入门讲座系列之一 —防振橡胶（1） 1 前言 本讲座是对入公司5年以内的员工进行培训的教材，主要内容包括材料、设计和制造等方面，使其能独立工作。 2 开发防振橡胶的基本流程 作者根据自己工作经验绘制成如表1所示的开发防振橡胶的流程图。 图1 防振橡胶开发流程 首先，对于在品质要求方面，需设定如形状、动态特性、耐久性等的设计目标（步骤Ⅰ）。 其次，针对上述目标确立可以代替特性材料的评价（Ⅱ），以该评价为基础，反复选择材料后（Ⅲ），在充分考虑加工性、与五金件粘接性（Ⅳ）等基础上，最终选定材料（Ⅴ）。作为以下的步骤，纳入对选定材料级别评价中，其中对于动态特性与耐久性，首先建立简单模型来评价防振橡胶，进而根据产品的形状评价防振橡胶（Ⅵ、Ⅶ）。 在该阶段，发生问题时，再一次返回到Ⅱ、Ⅲ的步骤。 最后，通过用户装车试验，接受振动、噪声和耐久性评价，最终通过该试验后，进入量产化（Ⅸ）和实用化（Ⅹ），最终达成目标。 在这样的流程中，从材料与设计的作用来看，如图1的虚线所示，Ⅰ、Ⅵ～Ⅹ为产品设计、Ⅱ～Ⅴ为材料、粘接设计、Ⅺ为三方共同设计。 3 材料设计的基本想法 将图1所示的流程中以材料设计为中心的Ⅱ～Ⅴ步骤制定出详细流程，见图2。确立配方方案、准备材料、利用门尼试验仪和测量仪确定硫化条件，通过冲压硫化制作成2×15×15mm的胶片，用于评价。 关于各种配方，主要对动态特性、疲劳性、残余变形性以及粘接性进行评价。总体分析要求水准，反复进行从评价到确立配方的步骤，最终决定配方。 图2 材料设计流程 4 材料评价方法 本节对图2所示的最重要的动态特性和疲劳特性进行说明，其他事项参照JIS标准。 4.1 动态特性 因为该特性是防振橡胶评价法中最重要的特性，所以从将制品特性转换到材料特性的背景来说明。 表1 车辆振动噪声的分类 4.1.1 车辆振动、噪声特性与材料特性的关系 车辆的振动和噪声特性见表1。关于振动，有车体振动和发动机振动，这些振动的振频较低，大约为10～15Hz，偏差大。另一方面，噪声主要发动机振动在车体上共振产生的低沉噪声和道路上接头、坑等冲击力引起悬挂系统振动传递到车体上的冲击噪声。这些振动的振频较大，大约为100Hz，偏差小。根据多年从事汽车工作的经验，可以断定关于降低振动，表示损耗因数的tanδ越大越有效，对于降低噪声动态倍率越小越有效。根据图3建立的模型，当输入F1sinωt时的振动传递率T用公式（1）表示。 ……………………(1) F1：输入 F2：传递力 M：载重 ω：频率 Ed：动态弹性率 k：形状因数（A／h）A：橡胶的截面积 h：橡胶的高度 公式（2）、（3）与公式（1）相似，公式（2）表示在低频带、公式（3）表示在高频带。 T＝kEd/tanδ（共振点） ……………………(2) T＝kEd/ (kEd －Mω2) ……………………(3) 为了降低振动传递率，最好在低频带使tanδ变大、在高频带使动态弹性率变小。 根据以上情况，可以明确可以将低频率、高振幅的tanδ和高频率、低振幅的动态倍率作为材料评价的主要参数。这些是以发动机为对象考虑的，其他各种防振橡胶都具有各自的固有特性，频率、振幅和温度范围等也不同。 表2表示的是具有代表性的减振橡胶，主要从3个方面考虑：1 高硬度、低动态倍率；2低动态倍率、高损耗因数；3 高温、高损耗因数。在特性等方面主要追加了3个方面外部因素：1 温度；2 振幅； 频率。 表2 防振橡胶的防振性能以及橡胶要求特性 防振橡胶 防振性能 频率 振幅 温度范围 橡胶要求性能 发动机座 低频率无负载工作以及振动对策 10Hz左右 大 0～60℃ 损耗因数变大 车内噪声的高频振动对策 100Hz 小 动态倍率变小 悬挂用防振橡胶（支架座、节点等） 车内噪声、振动对策以及舒适性和操纵稳定性 100Hz左右 大 0～40℃ 高硬度、低动态倍率 驱动系统防振橡胶（减振器除外） 驱动系统的振动噪声对策 200～500 Hz左右 中 60~100℃ 高温的损耗因数变大 4.1.2 测量方法 对于动态特性的测量，采用短长方形薄板，如图4所示仅测量单纯拉伸变形的动态特性。测量参数如表3所示，主要有静态弹性率Es、动态弹性率Ed以及动态倍率Ed／Es（高频率：100Hz左右）和损耗因数（低频率：10Hz左右）。 表3 动态特性的测量参数 Es＝Fs/ys……………………………(1) Ed*=⊿Fd/⊿yd×l0A…………