CN107120383A - 一种声子晶体减振联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声子晶体减振联轴器，包括第一半联轴器、第二半联轴器、布拉格型声子晶体杆件和局域共振型声子晶体杆件；所述布拉格型声子晶体杆件是由第一振子和第二振子构成的圆柱体，第一振子和第二振子的材料密度不同；局域共振型声子晶体杆件包括基体杆、非金属环和金属环；非金属环包裹基体杆，金属环包裹非金属环；第一半联轴器、第二半联轴器的法兰盘上有圆孔和螺栓孔，局域共振型声子晶体杆件安装于圆孔内；布拉格型声子晶体杆件安装于第一半联轴器和第二半联轴器的轴孔内,布拉格型声子晶体杆件的两端分别与第一转轴和第二转轴相连。本发明利用声子晶体能够抑制振动传播的特性，能够有效降低联轴器在中低频域内的扭转振动与径向振动。

Description

一种声子晶体减振联轴器

技术领域

本发明属于机电传动装置技术领域，涉及一种声子晶体减振联轴器。

背景技术

联轴器在高速重载的动力传动中具有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。随着机械设备运转速度的提高和扭矩的增大，联轴器振动问题成为技术规范中必须重视的一个问题。声子晶体具有的禁带特性、缺陷态特性，使得它在减振、降噪等方面有着潜在的广阔应用前景。

中国实用新型专利“ZL201420637559.0”公开了一种带缓冲盘的减振联轴器，该联轴器中主动轴和被动轴连接端的端头上分别安装有爪齿盘，在爪齿盘之间有由弹性尼龙材料制成的缓冲盘。利用缓冲盘起到了对联轴器减振降噪的功能，但对原联轴器的结构改造大，且只能对扭转振动起作用，且不适用于转速波动的工况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低中低频域内扭转与径向振动，的声子晶体减振联轴器。

一种声子晶体减振联轴器，包括第一半联轴器、第二半联轴器、布拉格型声子晶体杆件和局域共振型声子晶体杆件；所述布拉格型声子晶体杆件是由第一振子和第二振子构成的圆柱体，第一振子和第二振子的材料密度不同；

局域共振型声子晶体杆件包括基体杆、非金属环和金属环；非金属环包裹基体杆，金属环包裹非金属环；

第一半联轴器、第二半联轴器的法兰盘上有圆孔和螺栓孔，局域共振型声子晶体杆件安装于圆孔内；布拉格型声子晶体杆件安装于第一半联轴器和第二半联轴器的轴孔内,布拉格型声子晶体杆件的两端分别与第一转轴和第二转轴相连；

本发明还可以包括：

1.所述的布拉格型声子晶体杆件有多个圆形布拉格型声子晶体层，相邻两个圆形布拉格型声子晶体层之间的第一振子和第二振子均相互错开；每个圆形布拉格型声子晶体层由内到外依次为圆柱型布拉格型声子晶体内核、第一环形布拉格型声子晶体圈、第二环形布拉格型声子晶体圈和第三环形布拉格型声子晶体圈；圆柱型布拉格型声子晶体内核为由圆锥型第一振子和圆锥型第二振子依次交替构成；第一环形布拉格型声子晶体圈、第二环形布拉格型声子晶体圈和第三环形布拉格型声子晶体圈均由扇柱型第一振子和扇柱型第二振子依次交替构成；

2.所述第一半联轴器和第二半联轴器的法兰盘上有多个圆孔，圆孔在法兰盘的中心圆周线两侧成对分布，圆孔对在法兰盘的圆周方向均匀排列；相邻两个螺栓孔之间的圆孔数量大于2对。

3.所述圆孔的孔径均一致，圆孔孔径为法兰盘半径的6％-14％；

本发明具有如下有益效果：

1.本发明将布拉格型声子晶体杆件安装于联轴器的轴孔内，利用声子晶体有效抑制禁带频率范围内的振动传播，能够有效降低联轴器在中低频域内的径向振动。

2.本发明将局部共振型声子晶体应用于两个半联轴器的连接法兰盘处，利用声子晶体有效抑制禁带频率范围内的振动传播，能够有效降低联轴器在中低频域内扭转振动与径向振动。

3.本发明结构简单，加工方便，对原联轴器的改动较小。

附图说明

图1为本发明装置的轴向剖视图；

图2为本发明装置的左视图；

图3为局域共振型声子晶体杆件截面图；

图4为布拉格型声子晶体杆件截面图。

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:

如图1所示，一种声子晶体减振联轴器，包括第一半联轴器1、第二半联轴器3、布拉格型声子晶体杆件5和局域共振型声子晶体杆件7。

布拉格型声子晶体杆件5包括第一振子11和第二振子12；本发明的布拉格型声子晶体杆件5安装在联轴器轴孔内，如图1所示。布拉格型声子晶体杆件5与转轴胶连，并且在刚体共振过程中，产生纵波向横波的转化，使得无论纵波或横波入射时，散射横波均受到相消干涉，从而使得布拉格型声子晶体形成完全带隙，显著降低中低频域内径向振动。本发明根据载荷大小的不同、振动特性的不同，布拉格型声子晶体杆件5中第一振子11的材料可优选为钢、铜以及各种合金，第二振子12可优选为尼龙、增强型尼龙、聚合物复合材料或聚苯硫醚。使第一振子11和第二振子12密度差相差较大，使布拉格型声子晶体杆件形成完全带隙，降低中低频域内径向振动。

通过优化布拉格型声子晶体杆件的结构可提升振动抑制效果，优选的布拉格型声子晶体杆件结构如图4所示。所述的布拉格型声子晶体杆件有多个圆形布拉格型声子晶体层，优选为6层，相邻两个圆形布拉格型声子晶体层之间的第一振子和第二振子均相互错开；每个圆形布拉格型声子晶体层由内到外依次为圆柱型布拉格型声子晶体内核、第一环形布拉格型声子晶体圈、第二环形布拉格型声子晶体圈和第三环形布拉格型声子晶体圈；圆柱型布拉格型声子晶体内核为由圆锥型第一振子和圆锥型第二振子依次交替构成；第一环形布拉格型声子晶体圈、第二环形布拉格型声子晶体圈和第三环形布拉格型声子晶体圈均由扇柱型第一振子和扇柱型第二振子依次交替构成。根据实际工况调整布拉格型声子晶体杆件的排列长度，增加圆形布拉格型声子晶体层或者增加环形布拉格型声子晶体圈的圈数，以增强减振效果。

局域共振型声子晶体杆件7包括基体杆8、非金属环9和金属环10；非金属环9包裹基体杆8，金属环10包裹非金属环9；本发明的非金属环9充当吸振器的弹簧结构，金属环10代替集中质量块，组成分布式环状动力吸振器。形成具有禁带特性、缺陷态特性的局部共振型声子晶体结构。通过局部共振型声子晶体的声子带隙，以及控制填充的局域共振型声子晶体杆件7材料的剪切模量、材料密度和晶体组的几何尺寸，来改变弹性波带隙的区间，达到抑制、降低中低频域内扭转振动与径向振动的目的。本发明根据载荷大小的不同、扭转波及径向波特性的不同、工作环境的不同，选择不同的局域共振型声子晶体材料，来改变声子弹性波晶体带隙的区间。局域共振型声子晶体杆件7的基体杆8材料为铝合金、结构钢或工程塑料，非金属环9可优选为高阻尼橡胶，金属环10可优选为铝合金，基体杆8、非金属环9及金属环10之间通过胀紧方式连接。

第一半联轴器1和第二半联轴器3的法兰盘上均有圆孔和螺栓孔；所述的圆孔和螺栓孔在第一半联轴器1和第二半联轴器3的法兰盘上周期性排列，如图2所示。局域共振型声子晶体杆件7安装于圆孔内。法兰盘上有多个圆孔，圆孔成对在法兰盘的圆周上均匀排列；每两个相邻的螺栓孔之间的圆孔数量大于2对。通过对圆孔6阵列的孔径和行列间距以及圆孔的个数进行调整，调整联轴器的承载能力。圆孔的孔径均一致，圆孔孔径优选为法兰盘半径的6％-14％。承载较大扭矩时可适当减少圆孔个数和孔径，同时增大行列间距，提高填充材料和联轴器本体材料的密度比和弹性模量比。

本发明利用声子晶体能够有效抑制禁带频率范围内的振动传播这一原理，来降低传统联轴器的中低频域内扭转振动与径向振动。并且本发明结构简单，加工方便，降噪效果明显，基本不改变联轴器的原有结构。

此外，需要说明的是，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明专利所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明专利的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种声子晶体减振联轴器，包括第一半联轴器、第二半联轴器、布拉格型声子晶体杆件和局域共振型声子晶体杆件；其特征在于，所述布拉格型声子晶体杆件是由第一振子和第二振子构成的圆柱体，第一振子和第二振子的材料密度不同；局域共振型声子晶体杆件包括基体杆、非金属环和金属环；非金属环包裹基体杆，金属环包裹非金属环；

第一半联轴器、第二半联轴器的法兰盘上有圆孔和螺栓孔，局域共振型声子晶体杆件安装于圆孔内；布拉格型声子晶体杆件安装于第一半联轴器和第二半联轴器的轴孔内,布拉格型声子晶体杆件的两端分别与第一转轴和第二转轴相连。

2.如权利要求1所述的一种声子晶体减振联轴器，其特征在于，所述的布拉格型声子晶体杆件有多个圆形布拉格型声子晶体层，相邻两个圆形布拉格型声子晶体层之间的第一振子和第二振子均相互错开；每个圆形布拉格型声子晶体层由内到外依次为圆柱型布拉格型声子晶体内核、第一环形布拉格型声子晶体圈、第二环形布拉格型声子晶体圈和第三环形布拉格型声子晶体圈；圆柱型布拉格型声子晶体内核为由圆锥型第一振子和圆锥型第二振子依次交替构成；第一环形布拉格型声子晶体圈、第二环形布拉格型声子晶体圈和第三环形布拉格型声子晶体圈均由扇柱型第一振子和扇柱型第二振子依次交替构成。

3.如权利要求1或2所述的一种声子晶体减振联轴器，其特征在于，所述第一半联轴器和第二半联轴器的法兰盘上有多个圆孔，圆孔在法兰盘的中心圆周线两侧成对分布，圆孔对在法兰盘的圆周方向均匀排列；相邻两个螺栓孔之间的圆孔数量大于2对。

4.如权利要求1或2所述的一种声子晶体减振联轴器，其特征在于，所述圆孔的孔径均一致，圆孔孔径为法兰盘半径的6％～14％。

5.如权利要求3所述的一种声子晶体减振联轴器，其特征在于，所述圆孔的孔径均一致，圆孔孔径为法兰盘半径的6％～14％。