基于PRO/E的隔振系统结构设计

蒋劲松 张军

摘 要：在某弹上设备的隔振器设计中，综合考虑了振动、冲击两种主要的力学环境，提出了隔振系统的设计要求，以隔振器刚度为设计变量，根据振动、冲击环境设计要求确定了约束条件，并利用PRO/E软件实现其振动控制结构的计算机辅助3D结构设计，设计过程中通过结构分析与理论值进行比较设计，帮助设计人员改进和完善设计方案，从而提高了设计质量、缩短了设计周期。

关键词：PRO/E;隔振器;结构设计

中图分类号：V214 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）21-0086-02

0 引言

导弹在起飞和飞行过程中，会产生各种振动现象，不仅影响弹体的飞行稳定性及飞行姿态，而且影响弹上设备的机械结构和电子元器件的性能，随着科学技术的发展，尤其是在航空航天技术方面，对设备仪器的抗震保护越来越高，为了使飞行稳定，增强弹上设备的可靠性，需考虑弹上电子设备的振动系统（亦称隔振系统）设计，目的是为了衰减振动能量，降低噪声。

本文在某弹上设备的隔振器设计中，综合考虑了振动、冲击两种主要的力学环境，以隔振器刚度为设计变量，根据振动、冲击环境设计要求确定了约束条件，并利用PRO/E软件实现其振动控制结构的计算机辅助3D结构设计。

1 隔振系统方案设计

1.1 设计要求

（1）根据使用环境条件和被隔振设备来确定隔振器的动态特性和结构形式;（2）其设计要求简单，形状布局紧凑，便于安装、互换和调节;（3）在布局隔振器时，应尽量使隔振系统的结构几何中心与被隔振设备的质心靠近。

1.2 隔振系統结构设计

在设计隔振系统时，力求将被隔振设备的振动通过隔振系统降低到最小，减振效果的好坏主要取决于隔振系统的结构型式、几何位置和阻尼等特性，根据被隔振设备的结构特点，以及被隔振设备的受力情况，设计出了相应隔振系统的结构。此隔振系统由五组隔振器组成，对称分布在被隔振设备四周，其几何中心与被隔振设备的质心基本一致。每个隔振器由两个橡胶减振器叠加而成，实现被隔振设备与弹体之间的柔性连接。

2 隔振系统参数理论计算

2.1 确定隔振系统的布局情况

根据弹上设备的内部结构形式确定被隔振设备的整体结构尺寸，从而确定隔振系统的布局方式，由于被隔振设备的结构是一个长方体结构，其所有的电子元器件都集成在其中，所以在被隔振设备四角和中心位置各布置一组隔振器。隔振系统的整体布局结构尺寸示意图见图1。

2.2 隔振器的设计

2.2.1 确定减振器的尺寸和材料

减振器的基本尺寸取决于被隔振设备外形结构。其基本形状尺寸如图2所示。选用材料为硅橡胶。

2.2.2 减振器刚度设计

形状系数为：

形状倍率为：

所以其静刚度为：

共振频率计算：

式中m=2.0kg，取2.0。

2.2.3 金属连接件设计

本文选用的减振器的结构尺寸如图3所示，通过图3所示的两种金属连接件连接上下减振器，组成一组隔振器，其结构组成形式见图3。

3 减震装置结构设计

在设计减震装置时，力求将核心腔体的振动通过支承体降低到最小，减振效果的好坏主要取决于减震装置的结构型式、几何位置和阻尼等特性。根据主体外壳内腔结构和核心腔体外形结构确定本振源的核心腔体采用五点支承。其下减震部分安装在底板上，中间红色部分是硅橡胶材料，上下浅黄色部分为金属连接装置;上减震部分安装在盖板上，下部的螺纹连接结构用于上下减震部分的连接。核心腔体通过上下减震部分悬挂于主体外壳中。

3.1 减震装置的尺寸确定

减震装置的基本尺寸取决于主体外壳内腔结构和频率综合器模块外形结构。其下减震部分安装在底板上，其基本尺寸如图4a所示，中间的胶套部分长20mm，宽20mm，高20mm，上下为金属连接装置，长宽17mm，高11mm;上减震部分安装在盖板上，其基本尺寸如图4所示，下部的螺纹连接结构长14mm。

3.2 隔振系统结构的设计流程

每组隔振器包括2个减振器，由2个金属连接件1和1个金属连接件2固定。

本文采用PRO/E对隔振器进行互动性设计和结构分析，确保设计一次成功，其设计过程

（1）参数化实体建模。参数化实体建模是结构设计的基础，为完成结构件转配、机构分析、结构强度分析和工程制图等，需要直接应用已建立的实体模型。

（2）结构件装配。隔振器结构的所有零件都设计完成后，利用PRO/E中装配的添加指令可把前面所生成的零配件逐一添加到机构中，装配过程的所有设置都可以在以后的分析中反复修改并实时观看修改结果。在装配过程中可以进行干涉检查和模型分析。

（3）结构强度分析。根据振动、冲击环境设计要求进行结构的强度分析。这里主要是应用Pro/E中结构分析软件包对其进行结构分析和优化分析。具体分析步骤是：设定模型的材料属性、约束和载荷→有限元网格划分→定义并运行分析任务→根据设计变量计算较感兴趣的项目→图形显示计算结果。图5是减振器的动态冲击应力图，红色表示应变最大区域，蓝色表示应变最小区域，在69.9Hz的共振频率的动态冲击下，红色区域最多，形变量为1mm左右，但是减振器的形变为线性变化，减振器从上至下，形变能量一层一层减小，从而达到减震效果。若不采用隔振系统，被隔振设备在动态冲击下，振动量级将无限扩大，会严重破坏被隔振设备。Pro/E软件也可以只做前处理和后处理，调用ANSYS软件的解算器求解。

经过以上步骤的反复分析，得到满意的工作装置结构设计后，就可以应用Pro/E的工程图功能生成工程图。

4 结语

本文应用Pro/E软件对隔振系统的3D结构进行设计，综合考虑振动和冲击的约束条件，在设计过程中通过结构分析与理论值进行比较设计，帮助设计人员改进和完善设计方案，从而提高了设计质量、缩短了设计周期。

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