振动与减振器-减振器哪家好为你呈现

     “振动”可以说是这个宇宙中最普遍的物理现象之一了。

    脉搏，波浪，为最后一口酸奶而摇晃瓶子……是身边的振动日常。广义上振动是能量的表现方式，它的尺度小到原子大到星系，只要有能量就会有振动。振动毫无疑问特别“有用”，我们设计制造了打夯机，微波炉，MRI等形形色色的设备和工具，利用振动的特性帮我们工作，扩展我们的视野，延伸我们的能力。 然而对于人体感受到的不舒服的“振动”和噪音，那些会让工具和设备失灵破坏的振动，也必须花费心思去控制和消除。

    振动控制的方式主要有两种，主动的和被动的。

  主动，是指利用额外能量来产生特定的输出，让它和有害的振动相抵消，达到从源头消除振动的目的。

  主动减振是一个由传感器，做动器，控制单元等几部分组成的闭环系统。它必须能实时准确的检测出振动，并精确的控制作动器做出合适的响应。主动减振系统复杂昂贵，但在许多严酷的应用中（例如精密仪器，航空航天）发挥着不可替代的作用。

   而被动减振，是指利用减振器等部件和质量组成振动系统，靠这个系统自己的特性来过滤特定的振动能量，减小有害输出。被动减振应用起来相对简单，也不需要消耗能量。但由于系统对振动的响应有放大有缩小，所以要根据振动输入的特点和输出的要求来设计系统特性，常常要有所取舍。

   被动减振系统的作用过程可以用下图直观的说明。图中最左的曲线是原始的振动，它被表示成频率坐标下的功率的形式。中间是振动系统的响应特性，它表示系统对不同频率的输入的响应特性。当原始振动经过这个系统过滤后，就变成了最右图的形式输出出来。在较低的频率区振动被放大，而较高频率区间的振动则变小。

   一个被动减振系统建立后，它的响应特性就确定了，当振动输入复杂多变时，有些情况下可能会使振动放大。如果减振器的特性能够受控可变，从而改变系统的响应特性，就能大大改善隔振的适应性。目前以磁流变（MR）流体为载体的可变减振器已有很多种成熟的产品。MR减振器和传感器，控制器等共同工作，能随时调整振动系统的特性，从而隔离更宽频率范围的振动。目前在越野车辆的座椅，悬架系统应用中，能够显著减小振动幅度，吸收振动能量，提高稳定性和安全性。普通减振器的刚度（力-位移）特性为一条线或一个环，相对的MR减振器的刚度特性则是一个范围，其具体表现由控制信号决定。

   减振器做为振动系统中的关键部件，通常是振动系统设计和匹配的目标。不同的应用中对减振器的要求可能千差万别，但有一个共同的要求，要有弹性，有载荷时能够变形，载荷消失后能够恢复。常见的材料多多少少都有些弹性，到底用什么材料最好却不那么显而易见。由于减振器的工作模式是储存弹性能量（正比于σ2/Ε），具有最大σ2/Ε的就是减振材料的潜在候选者。如果同时还关注减振器的重量或体积，那么材料密度也要做为衡量参数加入考量。

  考察各种材料模量Ε和强度σy，可以见下图。实际各种材料的属性要占一个较大的区域，这里做了简化，仅为示意。图中为对数坐标，右下角有一条参考线，线的斜率是σ2/Ε，任意一条相同斜率的线上的材料都具有相当的存储弹性能的能力。在线的右下方，距离越远的材料，存储弹性能的能力越高，反之在线的左上方则相对差。

   从图上可以看出橡胶会是很好的减振器材料，其次还有钛合金，尼龙和金属等。可以进一步算出具体的值来说明各种材料的潜力。当然这些数值没有具体的物理意义，因为它们应用的结构形式都不相同。

  由于实际应用中还会有其他的一些限制条件，如温度？工艺？成本？易得？。。在考虑各种因素后，候选的材料会被缩减到少数几种或一种。现实中各种材料也都有用武之地，配合不同结构结果形成了各种各样的减振器。它们有各自的特点和应用场合。 

随着材料科学和制造工艺的发展，还会有新型减振器出现，丰富我们控制振动的手段。例如新的高分子材料，3D打印技术等都是可以期待的方向。