CN103267107A - 一种布拉格型压电声子晶体减振齿轮 - Google Patents

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舒海生
林航
刘伟
李世丹
董立强
高恩武
张法
刘少刚
赵丹
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Abstract

本发明的目的在于提供一种布拉格型压电声子晶体减振齿轮，包括齿圈、轮毂，轮辐处安装杆状布拉格型声子晶体，杆状布拉格型声子晶体两端通过过盈、焊接或螺钉连接的方式连接齿圈和轮毂，所述的杆状布拉格型声子晶体包括相互间隔连接的、内部空心的压电单元和非压电金属单元，相邻的压电单元和非压电金属单元通过各自端部的法兰相连，检测齿圈输入激励的传感器设置在压电单元或非压电金属单元内部，所述的轮毂上与杆状布拉格型声子晶体的连接处设置接头孔和导线槽。本发明整体结构简单、制造方便，齿轮使用可靠、对工作环境的要求较低，可以用于改善中低速齿轮箱的振动噪声特性，改善工人工作环境等。

Description

一种布拉格型压电声子晶体减振齿轮
技术领域
本发明涉及的是一种齿轮，具体地说是减振齿轮。
背景技术
作为机械行业中基本的零部件，齿轮起到传递运动和动力的作用，其应用也非常广泛。而齿轮传动过程中的振动问题，不仅会降低齿轮的传动精度和使用寿命，甚至影响机械的工作精度和寿命，同时还会造成噪声污染，影响人们的身体健康。因此，齿轮的减振降噪对提高机械的使用精度，延长机械的使用寿命，改善人们的工作环境等具有重要的意义。目前减小齿轮噪声的方法主要有两类，一是尽量减少振动与噪声的产生，这一方面可以通过结构优化，提高精度，或者减小安装误差等方法来实现；二是对已经产生的振动与噪声采取屏蔽、隔振等措施。这一方面可以通过增加阻尼控制，加隔声罩等措施来实现。但必须指出的是，我们只能通过各种手段使振动削弱、噪声降低，使其造成的影响在我们要求的范围之内，而不能完全消除。
发明内容
本发明的目的在于提供降低中低频域内振动的一种布拉格型压电声子晶体减振齿轮。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种布拉格型压电声子晶体减振齿轮，包括齿圈、轮毂，其特征是：轮辐处安装杆状布拉格型声子晶体，杆状布拉格型声子晶体两端通过过盈、焊接或螺钉连接的方式连接齿圈和轮毂，所述的杆状布拉格型声子晶体包括相互间隔连接的、内部空心的压电单元和非压电金属单元，相邻的压电单元和非压电金属单元通过各自端部的法兰相连，检测齿圈输入激励的传感器设置在压电单元或非压电金属单元内部，所述的轮毂上与杆状布拉格型声子晶体的连接处设置接头孔和导线槽。
本发明还可以包括：
1、传感器设置在压电单元或非压电金属单元内部靠近轮毂的一侧或靠近齿圈的一侧。
2、所述的杆状布拉格型声子晶体至少为两个，相对于轮毂对称布置、且在齿圈的圆周上均匀布置。
本发明的优势在于：本发明整体结构简单、制造方便，齿轮使用可靠、对工作环境的要求较低，可以用于改善中低速齿轮箱的振动噪声特性，改善工人工作环境等。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的杆状布拉格型声子晶体示意图；
图3为本发明的齿圈示意图；
图4a为轮毂整体图，图4b为轮毂零件图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～4，本发明主要是针对在中低频域内的齿轮减振。在此处是利用布拉格型声子晶体与压电材料结合后所能实现的振动带隙可控特性来实现齿轮在中低频域的减振效果的。其原理是在齿轮轮辐处用杆状布拉格型声子晶体代替，将齿轮所受到的周向剪切波改变为布拉格型声子晶体杆所受的弯曲波。在受到其带隙频率内的弹性波激励时，声子晶体的相邻元胞间弯曲反射波可以发生反射相消，更重要的是通过传感器检测得到齿轮的输入激励，并应用一定的振动控制策略，经过实时计算得到所需的控制输入，在压电材料上施加主动控制电压，有目的地使产生的弹性波衰减，实现减振降噪目的。其中布拉格型声子晶体是用两种不同的材料组成。在本设计中的两种材料分别是压电材料7如压电陶瓷、形状记忆合金等和普通金属材料2如铁、铜等。
本发明中包括齿圈1、普通金属材料单元2、上轮毂3、螺栓4、螺母5、下轮毂6、压电材料单元7。
由压电材料单元7和普通金属材料单元2组成的压电声子晶体杆上各部分之间的联接为螺栓连接，杆与齿圈1和杆与轮毂均为过盈连接；同时，对主动齿轮来说，传感器放置在声子晶体杆靠近轮毂的一侧；对从动齿轮来说，传感器放置在声子晶体杆靠近齿圈1的一侧，本设计中传感器装在空心声子晶体杆的空心内，并在空心内部连接导线。齿圈1和轮毂上的接头孔8是为了定位压电声子晶体杆，压电声子晶体杆制成空心以及轮毂上定位孔内所制出的槽9是为了方便引出导线。
轮毂上的11键槽、12轴孔用于与轴相连，轴与齿轮之间选择键连接。
实际使用时应考虑到以下几种因素。
1.齿轮与传动轴的联接。根据载荷大小、传动轴几何尺寸的不同，传动轴与齿轮可以选择键连接、胀紧联接等。
2.压电声子晶体杆与轮毂之间的联接。根据传递载荷的大小以及材料的选择，也可以选用焊接、螺钉联接等各种联接。
3.传感器与压电声子晶体杆之间的联接可以根据齿轮的最大转速来确定，并可以选用任意符合情况的联接方式。
4.压电声子晶体的周期数。根据齿轮的几何尺寸、载荷大小可以调整原胞的几何尺寸和声子晶体的周期数目。
5.压电声子晶体杆的个数。可以根据齿轮受扭转力大小以及杆的参数选择其个数，使之达到最佳效果。
6.齿圈和轮毂上的孔可以视所选联接来设计；轮毂上的槽以及压电声子晶体杆的空心设计都可以根据主动控制的导线的联接方式来重新设计。

Claims (3)

1.一种布拉格型压电声子晶体减振齿轮，包括齿圈、轮毂，其特征是：轮辐处安装杆状布拉格型声子晶体，杆状布拉格型声子晶体两端通过过盈、焊接或螺钉连接的方式连接齿圈和轮毂，所述的杆状布拉格型声子晶体包括相互间隔连接的、内部空心的压电单元和非压电金属单元，相邻的压电单元和非压电金属单元通过各自端部的法兰相连，检测齿圈输入激励的传感器设置在压电单元或非压电金属单元内部，所述的轮毂上与杆状布拉格型声子晶体的连接处设置接头孔和导线槽。
2.根据权利要求1所述的一种布拉格型压电声子晶体减振齿轮，其特征是：传感器设置在压电单元或非压电金属单元内部靠近轮毂的一侧或靠近齿圈的一侧。
3.根据权利要求1或2所述的一种布拉格型压电声子晶体减振齿轮，其特征是：所述的杆状布拉格型声子晶体至少为两个，相对于轮毂对称布置、且在齿圈的圆周上均匀布置。
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