Page 97 - 《真空与低温》2026年第2期

216 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

√
η ⩾ 2时，隔振器对振动起到有效隔振作用。由 槽宽d
制冷压缩机振动特性可知，压缩机最小主要激励频
槽距L
率为 65 Hz。为确保所有主要激励频率均处于有效
√
隔振区（ η ⩾ 2），理论上要求系统的固有频率 f n ⩽
45 Hz。为进一步提升隔振效果并预留设计余量，
本文将设计目标固有频率设定为 13 Hz。
（a）单一均匀结构 （b）复合结构 （c）参数示意图
[15]
由振动理论 ：
√ 图 5 隔振元件结构及参数示意图
k
ω n = （6） Fig. 5 Schematic diagram of the vibration isolation element
m

可知隔振装置各个方向等效刚度系数 k eq为： 表 1 材料属性及仿真参数
2
k eq = m(2πf n ) = 26 687.41 N/m （7） Tab. 1 Schematic diagram of material property parame-
ters and simulation parameters
式中： ω n为隔振装置固有圆频率；m 为制冷机隔振
密度/（g·cm ） 杨氏模量/GPa 泊松比
−3
模型中的质量，包括压缩机及连接结构。
2.3 隔振系统布局设计 4.51 110 0.34

隔振装置如图 4 所示，隔振器采用四点连接对
根据该型号制冷机隔振装置的安装空间，隔振
称分布的布置形式，四个隔振元件以并联形式与支
元件的高度限制在 24 mm×24 mm 空间以内，该结
架连接，能够提供较好的姿态稳定性，对称布置可
构的外形尺寸选择高为 24 mm、直径为 24 mm 的
使得系统逼近三个平移方向（x， y，z）解耦的理想状
圆柱，在外形尺寸的基础上通过改变隔振元件圆柱
态，各个方向的物理模型都可以简单地等效为单自
面的槽宽与槽距，可改变其轴向刚度 k 1 与径向刚
由度弹簧-振子模型，简化设计的复杂度。 度 k 2 ，由于四个柔性弹簧以并联形式连接，通过计

压缩机 算可得每个隔振元件的刚度需为：
z
压缩机连接支架 k = k eq = 6 671.85 N/m （8）
4
y 测试底板
如图 5 所示，定义了槽宽 d 与槽距 L 为输入参

x 数，隔振元件的轴向与径向刚度为输出参数，利用
Ansys 软件进行结构参数化仿真，通过刚度来确定
具体的结构参数。图 6 给出了隔振元件刚度在不
柔性弾簧×4
同槽距下随槽宽的变化，最终确定柱面弹簧的槽
图 4 隔振装置示意图 宽 d=0.4 mm， 槽 距 L=1.8 mm， k 1 =6 671.85 N/m， k 2 =
Fig. 4 Schematic diagram of the vibration isolation device 11 476.21 N/m，在该参数及图 4 所示的布置条件下，

理论上隔振装置在柔性弹簧轴向及其垂直方向的
2.4 隔振元件设计
固有频率分别为 13 Hz 与 17 Hz。
隔振元件是被动隔振系统的关键部件，该隔振
元件采用机加工一体化柔性弹簧，元件整体外形呈 3 测试结果讨论与分析
一圆柱，两端面配有螺纹连接孔，圆柱中间段柱面 3.1 隔振装置固有频率分析
是厚度为 4 mm 的薄壁结构，通过在薄壁进行半环 隔振装置的固有频率是评估其隔振性能与动
形开槽使其具有弹簧特性；在靠近圆柱端面的柱面 态稳定性的关键参数，直接决定了隔振系统能否在
部分保持实心结构，保证连接部位的强度，结构如 目标频段内有效隔离振动。基于隔振装置的实体
图 5 所示，该隔振元件具有承受能力较强、隔振器 模型，在 Ansys Workbench 中建立其有限元仿真模
结构便于一体化等优点。 型，如图 7 所示。网格尺寸经收敛性验证后确定为
隔振元件材料选用空间环境耐受性优异的 TC4 1 mm，在柔性弹簧的槽结构处进行局部加密，以保
钛合金，材料参数如表 1 所列。 证应力与变形计算的准确性，边界条件模拟实际安