Elastomer rings for vibration damping in rotor-dynamics : theory, measurements and optimisation

Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zur rechnerischen Bestimmung der Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften von Elastomerlagern. Wie bei Metallfedern, wo sich die Steifigkeit den Handbüchern des Maschinenbaus als Nomogramm oder Formel entnehmen lässt, werden für Elastomerlager die Steifigkeiten und Dämpfungen, bei gegebener Geometrie und Abplattung des Einbaus, mit wenigen Schritten ermittelt, wenn die Materialbeschreibung für den gesuchten Frequenz- und Temperaturbereich, z.B. in Form von experimentell bestimmten Masterkurven, vorliegt. Das nichtlinare hyperelastische Materialverhalten und die nichtlineare Ringkinematik definieren den Einbauzustand. Der lineare thermo-viskoelastische Anteil, der die dynamischen Ring- bzw. Lagereigenschaften bestimmt, wird damit verknüpft. Aus der parametrischen Lösung der Bewegungsgleichung eines ideal-typischen Rotors in Kombination mit der Masterkurve des Lagerelastomers entstehen Auslegungsdiagramme, welche eine rasche Vorauslegung und Optimierung der Lagerdämpfung sowie die Ableitung allgemeiner Gestaltungsregeln erlauben. Gedruckte Version im Verlag erschienen: Fortschritt-Berichte/Reihe 11 Schwingungstechnik als Band 330, ISBN 3-18-333011-3 im VDI VerlagThe given work supplies a contribution for the computational determination of the stiffness and damping characteristics of elastomer bearings. For metal springs, the stiffness can be derived from a nomograph or formula in mechanical engineering handbooks. A similarly simple approach is developed here for elastomer bearings. For a given geometry and pre-strain of the installation, the stiffness and damping values can be determined with a few steps, if the material behaviour for the given frequency and temperature range is known, e.g., in the form of experimentally derived master curves. The non-linear hyper-elastic material behaviour and the nonlinear ring kinematics define the built-in state. The linear thermo-viscoelastic share, which determines the dynamic ring and/or bearing characteristics, is linked by multiplication. From the parametric solution of the equation of motion of an ideal-typical rotor in combination with the master curve of the elastomer design charts are developed. They allow a rapid pre-design, to optimise the system damping and to derive general design rules. Printed version available: Fortschritt-Berichte/Reihe 11 Schwingungstechnik als Band 330, ISBN 3-18-333011-3 im VDI Verla