CN103899733A - 二维准声子晶体减振齿轮 - Google Patents

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舒海生
刘伟
林航
董立强
李世丹
高恩武
刘少刚
赵丹
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Abstract

本发明的目的在于提供二维准声子晶体减振齿轮，包括轮辐式圆柱齿圈，轮辐式圆柱齿圈的轮毂处安装二维准布拉格型声子晶体，二维准布拉格型声子晶体的上下端面均固定有端盖，二维准布拉格型声子晶体通过端盖被轴向进行限定，所述的二维准布拉格型声子晶体包括第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料，第一种声子晶体材料的径向和圆周方向上均设置第二种声子晶体材料，第二种声子晶体材料的径向和圆周方向上均设置第一种声子晶体材料，二维准布拉格型声子晶体整体为圆环形状，在二维准布拉格型声子晶体的中心设置轴孔和键槽。本发明大大降低了传动轴向齿圈啮合处的振动传递，对齿轮受到的扭转波与径向波的振动具有良好的抑制效果。

Description

二维准声子晶体减振齿轮
技术领域
本发明涉及的是一种传动装置，具体地说是齿轮。
背景技术
作为工程机械传动系统的重要组成部分——齿轮传动,它凭借传动效率高、结构紧凑、传动比稳定和寿命长等优点得到了广泛的应用。然而，齿轮在工作时要进行高速的运转，会产生不同程度的振动与噪声问题，不仅会降低齿轮的传动精度和使用寿命，进而影响机械的工作精度和寿命，而且还会造成噪声污染，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方面都具有重要的意义。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，齿轮在传动过程中产生振动、噪声是不可避免的，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抑制扭转波与径向波振动的二维准声子晶体减振齿轮。
本发明的目的是这样实现的：
本发明二维准声子晶体减振齿轮，其特征是：包括轮辐式圆柱齿圈，轮辐式圆柱齿圈的轮毂处安装二维准布拉格型声子晶体，二维准布拉格型声子晶体的上下端面均固定有端盖，二维准布拉格型声子晶体通过端盖被轴向进行限定，所述的二维准布拉格型声子晶体包括第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料，第一种声子晶体材料的径向和圆周方向上均设置第二种声子晶体材料，第二种声子晶体材料的径向和圆周方向上均设置第一种声子晶体材料，二维准布拉格型声子晶体整体为圆环形状，在二维准布拉格型声子晶体的中心设置轴孔和键槽。
本发明还可以包括：
1、二维准布拉格型声子晶体与轮辐式圆柱齿圈之间过盈配合。
2、第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料为尼龙、增强型尼龙、环氧树脂、有机玻璃或压电陶瓷PZT系列，且第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料不相同。
3、第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料分别为环氧树脂和有机玻璃。
本发明的优势在于：本发明整体结构简单、制造方便，且所使用材料均为普通材料，价格低廉。本发明是针对齿轮的二维减振而设计的齿轮，对齿轮在中高频域内的振动具有良好的减振降噪的效果。齿轮的使用可靠、对工作环境的要求较低。例如可以用于降低高速齿轮箱的噪声，改善高速齿轮箱噪声、振动特性，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为本发明去掉端盖的结构示意图；
图3为本发明二维准布拉格型声子晶体的结构示意图。
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1～3，本发明主要是针对在中高频域内的齿轮减振，本发明是利用准布拉格型声子晶体实现齿轮在中高频域内的二维（径向与圆周方向）减振目的。其原理是在轮辐式圆柱齿轮轮毂处用准布拉格型声子晶体圆盘来代替，在径向和圆周方向上周期交替分布两种不同材质的声子晶体减振材料，弹性波在声子晶体材料中传播时，在不同材料交界面处具有反射相消的特性，从而达到了对扭转波与径向波的二维减振作用。因此，本发明大大降低了传动轴向齿圈啮合处的振动传递，对齿轮受到的扭转波与径向波的振动具有良好的抑制效果。
本发明实例中采取了如下的技术方案：端盖2与轮辐式圆柱齿圈3的材料采用结构钢，声子晶体材料4、5分别为有机玻璃与环氧树脂，轮辐式圆柱齿圈3与其内部的声子晶体材料4、5之间采用过盈连接即可，键槽6、轴孔7用于与轴相连，齿圈1需满足联接与刚度要求。用螺栓将端盖2固定在齿圈上部如图1所示，以防止准布拉格型声子晶体材料4、5在轮毂位置上下串动。
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）声子晶体组成材料。根据载荷大小不同、工作环境不同，组成二维准布拉格声子晶体的材料可以选择不同的材料，例如可以选择尼龙、增强型尼龙、环氧树脂、有机玻璃、也可以选择压电陶瓷PZT系列等。
（3）准声子晶体的周期数。根据齿轮的几何尺寸、载荷大小可以调整准组成环的几何尺寸和准声子晶体的周期数目。

Claims (4)

1.二维准声子晶体减振齿轮，其特征是：包括轮辐式圆柱齿圈，轮辐式圆柱齿圈的轮毂处安装二维准布拉格型声子晶体，二维准布拉格型声子晶体的上下端面均固定有端盖，二维准布拉格型声子晶体通过端盖被轴向进行限定，所述的二维准布拉格型声子晶体包括第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料，第一种声子晶体材料的径向和圆周方向上均设置第二种声子晶体材料，第二种声子晶体材料的径向和圆周方向上均设置第一种声子晶体材料，二维准布拉格型声子晶体整体为圆环形状，在二维准布拉格型声子晶体的中心设置轴孔和键槽。
2.根据权利要求1所述的二维准声子晶体减振齿轮，其特征是：二维准布拉格型声子晶体与轮辐式圆柱齿圈之间过盈配合。
3.根据权利要求1或2所述的二维准声子晶体减振齿轮，其特征是：第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料为尼龙、增强型尼龙、环氧树脂、有机玻璃或压电陶瓷PZT系列，且第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料不相同。
4.根据权利要求1或2所述的二维准声子晶体减振齿轮，其特征是：第一种声子晶体材料和第二种声子晶体材料分别为环氧树脂和有机玻璃。
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