CN105864272A - 一种低频隔振超材料轴结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低频隔振超材料轴结构，包括串联排列的晶胞单元，晶胞单元包括轴基体、套设于轴基体外圆周上的弹性圈以及套设于弹性圈外圆周上的质量圈，弹性圈上沿其轴向均匀开设有缓冲槽。本发明所提供的低频隔振超材料轴结构，用于替代传统机械设备轴系，具有低频隔振能力强的突出特点，可在0～100Hz以内形成禁带，抑制扭转振动的传播，同时其对轴系扭转刚度降低较小，不影响轴系传递效率，结构简单，所使用基础材料皆为常规材料，易于批量化加工、生产。可用于汽车、列车、船舰、飞机等设备中低频扭转振动与低频噪声的降低、隔离及控制。

Description

一种低频隔振超材料轴结构
技术领域
本发明属于振动噪声控制和功能复合材料的交叉技术领域，具体涉及一种低频隔振超材料轴结构。
背景技术
一直以来，低频扭转振动都是传动轴系使用中所面临的棘手问题，由于其能量衰减慢，传播距离远，穿透能力强的特点，难以控制和阻隔，对工业生产及人体都产生了很大的危害。在汽车中，传动轴系的低频扭转振动会引起齿轮敲击(Gear Rattle)、车内低频轰鸣(Booming Noise)等噪声问题，降低车内乘坐舒适性，同时还会引起变速器及主减速器齿轮损坏，严重时甚至会造成传动轴和驱动轴断裂，危及车内乘员的生命安全。在工业生产中，低频扭转振动会降低加工精度、生产效率和机械设备的使用寿命，严重时会造成机械设备损坏、生产中断等重大事故。
传统轴系一般扭转刚度较大，对于低频扭转振动的隔离能力较差；而若使用刚度较小的构造，又会大大降低轴系的传递效率及耐久性。因此，迫切需要提出一种新型的具有低频扭振隔离功能且保持较强扭转刚度的轴系结构。近年来，声学超材料技术发展迅速，声学超材料是指具有负等效质量密度或负等效模量的人工亚波长结构，由于其具有良好的低频弹性波带隙及导波特性，在低频减振降噪方面具有广泛的应用前景，为低频隔振的新型轴结构提供了一条可行路径。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种低频隔振能力强的低频隔振超材料轴结构。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种低频隔振超材料轴结构，包括串联排列的晶胞单元，晶胞单元包括轴基体、套设于轴基体外圆周上的弹性圈以及套设于弹性圈外圆周上的质量圈，弹性圈上沿其轴向均匀开设有缓冲槽。
优选地，所述弹性圈包括至少两层依次粘接的阻尼层。
优选地，所述阻尼层通过粘性阻尼胶粘接。
优选地，所述阻尼层由弹性或粘弹性材料制成。
优选地，所述弹性圈包括三层依次粘接的阻尼层，缓冲槽贯穿三层阻尼层，其中缓冲槽在最外侧的阻尼层上的槽宽与其在最内侧的阻尼层上的槽宽相等，缓冲槽在中间的阻尼层上的槽宽最小。
优选地，所述缓冲槽贯穿整个弹性圈。
优选地，所述轴基体为实心轴或空心轴管。
优选地，所述质量圈由金属材料制成。
优选地，所述晶胞单元的数量至少为一个。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所提供的一种低频隔振超材料轴结构，用于替代传统机械设备轴系，具有低频隔振能力强的突出特点，可在0～100Hz以内形成禁带，抑制扭转振动的传播，在0～200Hz以内形成较宽声学禁带，隔离轴系中扭转振动的传播。
(2)本发明低频隔振超材料轴结构对轴系扭转刚度降低较小，不影响轴系传递效率，结构简单，所使用基础材料皆为常规材料，易于批量化加工、生产。
(3)低频隔振超材料轴结构几何尺寸与传统材料轴相近，便于装备，可用于汽车、列车、船舰、飞机等设备中低频扭转振动与低频噪声的降低、隔离及控制。
附图说明
图1是本发明单个晶胞单元的结构示意图；
图2是本发明单个晶胞单元的立体剖视图；
图3是本发明单个晶胞单元的半剖图；
图4是本发明单个晶胞单元的侧视图；
图5是串联排列的晶胞单元组成的低频隔振超材料轴结构的半剖图；
图6是本发明低频隔振超材料轴结构的立体结构示意图；
图7是本发明低频隔振超材料轴结构的仿真结果图。
附图标记说明：1、轴基体；2、弹性圈；3、质量圈；4、缓冲槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1至图6所示，本发明的一种低频隔振超材料轴结构，包括至少一个晶胞单元，晶胞单元包括轴基体1、弹性圈2和质量圈3，弹性圈2套设于轴基体1外圆周上，质量圈3套设于弹性圈2外圆周上，弹性圈2上沿其轴向均匀开设有缓冲槽4。缓冲槽一方面可降低弹性圈扭转刚度，满足形成低频禁带的需求，另一方面，当振动过于剧烈时，缓冲槽两侧材料由于剧烈变形而贴合，起到保护超材料轴结构的作用。
如图5和图6所示，若干晶胞单元串联排列组成低频隔振超材料轴结构。作为进一步的改进，上述晶胞单元的轴基体可以采用同一根。
弹性圈2包括至少两层阻尼层，阻尼层由弹性或粘弹性材料制成，如丁腈橡胶、硅橡胶或复合橡胶等。阻尼层间通过粘性阻尼胶粘接，层间界面阻尼具有较强的减振效果。更改弹性圈的阻尼层层数以及阻尼胶的选择，可实现阻尼可控设计。
质量圈由密度较大的金属材料制成，如铁、铜等，轴基体为实心轴或空心轴管。
如图3所示，在本实施例中，在单个晶胞单元中，轴基体的长度为30mm，内径为34mm，外径为40mm，采用钢材。弹性圈的内径为40mm，外径为46mm，长度为10mm，材料为丁腈橡胶复合材料。质量圈的内径为46mm，外径为48mm，长度为12mm，材料为钢。
如图4所示，弹性圈包括三层依次粘接的阻尼层，缓冲槽贯穿整个弹性圈的阻尼层，其中缓冲槽在最外侧的阻尼层上的槽宽与其在最内侧的阻尼层上的槽宽相等，缓冲槽在中间的阻尼层上的槽宽最小。
将上述六个晶胞单元串联排列组成如图6所示的低频隔振超材料轴结构，对该超材料轴结构施加转矩扫频机理，测得轴两端扭转振动角加速度，并据此获得沿轴线传播的扭转振动传递函数。如图7所示，在该轴结构中，沿轴线传播的扭转振动传递函数在50～100Hz的低频范围内振动传递函数低于-20dB，有效隔绝该频段内扭转振动的传播，形成声学禁带效果。而普通轴并没有这样的效果。
实际应用中，可根据工程需求，对晶胞单元几何尺寸、晶胞单元排列个数、禁带频率及带宽、振动衰减力度、缓冲槽的槽宽等进行设计。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种低频隔振超材料轴结构，其特征在于：包括串联排列的晶胞单元，晶胞单元包括轴基体(1)、套设于轴基体(1)外圆周上的弹性圈(2)以及套设于弹性圈(2)外圆周上的质量圈(3)，弹性圈(2)上沿其轴向均匀开设有缓冲槽(4)。
2.根据权利要求1所述的低频隔振超材料轴结构，其特征在于：所述弹性圈(2)包括至少两层依次粘接的阻尼层。
3.根据权利要求2所述的低频隔振超材料轴结构，其特征在于：所述阻尼层通过粘性阻尼胶粘接。
4.根据权利要求2所述的低频隔振超材料轴结构，其特征在于：所述阻尼层由弹性或粘弹性材料制成。
5.根据权利要求2-4任一所述的低频隔振超材料轴结构，其特征在于：所述弹性圈(2)包括三层依次粘接的阻尼层，缓冲槽(4)贯穿三层阻尼层，其中缓冲槽在最外侧的阻尼层上的槽宽与其在最内侧的阻尼层上的槽宽相等，缓冲槽在中间的阻尼层上的槽宽最小。
6.根据权利要求1所述的低频隔振超材料轴结构，其特征在于：所述缓冲槽(4)贯穿整个弹性圈(2)。
7.根据权利要求1所述的低频隔振超材料轴结构，其特征在于：所述轴基体(1)为实心轴或空心轴管。
8.根据权利要求1所述的低频隔振超材料轴结构，其特征在于：所述质量圈(3)由金属材料制成。
9.根据权利要求1所述的低频隔振超材料轴结构，其特征在于：所述晶胞单元的数量至少为一个。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108801581A (zh) * 2018-09-04 2018-11-13 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆
CN109263165A (zh) * 2018-10-26 2019-01-25 西南交通大学 一种多频带选控的中低频吸隔振超颖材料
CN109305344A (zh) * 2018-10-09 2019-02-05 东北大学 一种外表面附有分段约束阻尼层的无人机旋翼臂结构
CN109944893A (zh) * 2019-04-16 2019-06-28 西南交通大学 一种多点选频抑振结构及其制造方法
CN110219935A (zh) * 2019-06-20 2019-09-10 西南交通大学 一种用于轴系、管系的声学超材料减振结构
CN112609726A (zh) * 2020-12-15 2021-04-06 中南大学 一种超低频隔振多层填充桩基
CN112833135A (zh) * 2021-02-04 2021-05-25 太原理工大学 一种机械旋转式非光滑局域共振声子晶体减振装置
CN113864399A (zh) * 2021-10-20 2021-12-31 西南交通大学 一种自适应阶次跟踪减振超材料轴结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1139186A (zh) * 1995-06-26 1997-01-01 东海橡胶工业株式会社 具有两个相互连接的减振系统的双质量型动力减振器与装备有此种动力减振器的驱动轴
US20090197690A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Damped Axle Shaft
WO2010091904A1 (de) * 2009-02-10 2010-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Dämpfungssystem und verfahren zum eliminieren der torsionsschwingungen
CN201963708U (zh) * 2011-01-25 2011-09-07 上海纳铁福传动轴有限公司 汽车传动轴无夹箍减振圈的安装结构
CN205780232U (zh) * 2016-05-24 2016-12-07 西南交通大学 一种低频隔振超材料轴结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1139186A (zh) * 1995-06-26 1997-01-01 东海橡胶工业株式会社 具有两个相互连接的减振系统的双质量型动力减振器与装备有此种动力减振器的驱动轴
US20090197690A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Damped Axle Shaft
WO2010091904A1 (de) * 2009-02-10 2010-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Dämpfungssystem und verfahren zum eliminieren der torsionsschwingungen
CN201963708U (zh) * 2011-01-25 2011-09-07 上海纳铁福传动轴有限公司 汽车传动轴无夹箍减振圈的安装结构
CN205780232U (zh) * 2016-05-24 2016-12-07 西南交通大学 一种低频隔振超材料轴结构

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108801581A (zh) * 2018-09-04 2018-11-13 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 基于约束阻尼结构的风洞测力模型减振支杆
CN109305344A (zh) * 2018-10-09 2019-02-05 东北大学 一种外表面附有分段约束阻尼层的无人机旋翼臂结构
CN109263165A (zh) * 2018-10-26 2019-01-25 西南交通大学 一种多频带选控的中低频吸隔振超颖材料
CN109263165B (zh) * 2018-10-26 2024-01-30 西南交通大学 一种多频带选控的中低频吸隔振超颖材料
CN109944893A (zh) * 2019-04-16 2019-06-28 西南交通大学 一种多点选频抑振结构及其制造方法
CN109944893B (zh) * 2019-04-16 2023-11-03 西南交通大学 一种多点选频抑振结构及其制造方法
CN110219935A (zh) * 2019-06-20 2019-09-10 西南交通大学 一种用于轴系、管系的声学超材料减振结构
CN112609726A (zh) * 2020-12-15 2021-04-06 中南大学 一种超低频隔振多层填充桩基
CN112833135A (zh) * 2021-02-04 2021-05-25 太原理工大学 一种机械旋转式非光滑局域共振声子晶体减振装置
CN112833135B (zh) * 2021-02-04 2022-06-21 太原理工大学 一种机械旋转式非光滑局域共振声子晶体减振装置
CN113864399A (zh) * 2021-10-20 2021-12-31 西南交通大学 一种自适应阶次跟踪减振超材料轴结构

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