CN110296200B - 一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮 - Google Patents

一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种结构简单、有效控制振动噪音的低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮。一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮，包括轮毂、沿轮毂周向均布的多个可拆卸轮齿片和用于将可拆卸轮齿片固定在轮毂上的多个紧固件，轮毂上设有多个与紧固件配合的第一连接孔，可拆卸轮齿片上设有与紧固件配合的第二连接孔；所述的轮毂表面设有与轮毂固定连接的多个减振部件；所述的第一连接孔朝向轮毂外表面的端部设有孔径向轮毂外表面方向逐渐变大的降噪孔，每个减振部件的弹性件分别与一个降噪孔的孔壁相接。本发明具有更为简单的结构和数量更少的部件，制作较为方便；利用设置在降噪孔上的动力吸振器消解聚拢的主系统振动以降低驱动轮噪音，达到良好的降噪效果。

Description

一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮
技术领域
本发明涉及一种低噪音驱动轮，特别涉及一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮。
背景技术
主驱动结构是大型动力设备的核心动力提供部件，作为主驱动结构主要组成部分的驱动轮承载着将旋转方向动力转化为直线方向动力的作用，作为连接动力部件与传动部件的枢纽，驱动轮会受到来自传动部件和主驱动轴的剧烈振动冲击从而产生振动和噪音。
对于大型动力设备的减振和抑制噪音一直是研究者关注的课题，而抑制作为动力源的主驱动结构的振动和噪音是降低整个动力设备振动和噪音水平的有效研究方向，通过在驱动轮与主驱动轴之间增加吸振/减振部件，如舍弗勒公司的扭转振动减振元件设计，或在轮齿齿根增加减振部件，如现在输送行业使用的链轮齿根部的减振垫设计，可以有效降低驱动轮受到的振动冲击并抑制噪音。
大型动力设备的驱动轮尺寸较大，加工难度提高，使用成本较高，为了降低使用成本，人们开发了可拆卸轮齿驱动轮，对于严重磨损失效的部分轮齿，可以方便的进行单独更换。可拆卸轮齿驱动轮的轮齿和轮体通过机械部件可拆卸固定连接，这比轮齿和轮体一体式的设计增加了多个连接点及连接件，增加的这些刚性的连接件以及分体的轮齿无疑增加了驱动轮整体的振动和噪音抑制难度。因此，对于可自由更换轮齿的可拆卸轮齿驱动轮的振动降低和噪音抑制，现行有效的解决方案还较少。
附加阻尼层或是增加动力吸振器是控制振动噪音水平的主要方法。现有技术中，对于可拆卸轮齿驱动轮的振动噪音控制方法主要是采用附加阻尼层。专利申请号为201810311240.1的发明专利申请公开了一种模块化减振驱动轮，包括外轮轮毂、中间架、内轮、轮齿、阻尼管、U型连接件、快拆连接杆，中间架起减振作用，可根据具体情况填充阻尼材料或阻尼结构。该方案使驱动轮由原来的整体式变为分离式内外轮结构，内轮与外轮之间的中间架相当于橡胶减振器，是一个附加的阻尼层，通过阻尼层耗散振动能量来达到减振降噪的效果，可在行走系与传动系之间进行有效的隔振。但是，阻尼层减振的效果正比于阻尼材料的密度、厚度和覆盖面积，要达到满意的减振降噪效果，并保证对外轮和内轮的连接刚度，中间架要保证其硬度、强度以及具备相应的尺寸，而对于尺寸较大的大型动力设备，单个轮齿复杂的加工工艺和中间架的选材及加工都是需要克服的难点。因此，如何开发一种新型的可拆卸轮齿驱动轮，使其结构简单，能够控制构成部件的数量，降低加工难度，并且具有低振动和低噪音表现，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、加工方便、有效控制振动噪音的低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮，解决以上背景技术中提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮，包括轮毂、沿轮毂周向均布的多个可拆卸轮齿片和用于将可拆卸轮齿片固定在轮毂上的多个紧固件，每个可拆卸轮齿片设有若干轮齿，多个可拆卸轮齿片与轮毂可拆卸固定连接，轮毂上设有多个与紧固件配合的第一连接孔，可拆卸轮齿片上设有与紧固件配合的第二连接孔；所述的轮毂表面设有与轮毂固定连接的多个减振部件，减振部件沿轮毂表面周向均布，减振部件在轮毂两侧对称设置，减振部件包括弹性件和质量块，弹性件一端连接轮毂，弹性件另一端连接质量块；所述的第一连接孔朝向轮毂外表面的端部设有孔径向轮毂外表面方向逐渐变大的降噪孔，每个减振部件的弹性件分别与一个降噪孔的孔壁相接。通过在轮毂的第一连接孔外设置降噪孔，使轮毂表面沿周向形成多个将轮毂的振动响应聚集的近似“声聚焦”区域，聚集轮毂受到的来自主驱动轴的结构因素导致的轴向振动和来自可拆卸轮齿片传递传动件振动等因素导致的径向振动，其原理为，平整的轮毂表面对于不同的激振频率其表面各处都可能是响应最大值点，而平面板厚从某一数值逐渐过渡到边缘厚度为0时，造成平面结构噪声辐射的弯曲波不会在边界发生反射，平面板的振动响应最大值会聚集在厚度变化区域；每个降噪孔形成一个近似的“声聚焦”区域，而通过在每个降噪孔处设置包括弹性件和质量块的减振部件，形成一个基本的动力吸振器结构，在轮毂表面降噪孔形成的近似“声聚焦”区域发生的振动带动减振部件振动，其振动产生的动力作用抵消大部分聚集在降噪孔的激振力，从而抑制降噪孔处的振动响应，降低整个轮毂的振动噪音。
作为优选，所述的降噪孔沿轮轴向投影为圆形，孔壁截面为圆弧形。通过这样的设计，使降噪孔满足能够集中振动响应结构的条件，孔壁截面曲线可由以下方法计算得出：将孔壁截面的厚度值按照变厚度板结构厚度公式计算，即h(x)= εx m,其中，h为降噪孔处的轮毂厚度，即孔壁截面曲线到轮毂上降噪孔相对面的垂直距离；x为降噪孔径向坐标；ε为常数，可根据已知的降噪孔处的轮毂厚度最小点和厚度最大点的h值、x值以及作为常数的m值计算得出；m为常数，根据板结构厚度计算的幂指数推荐值选取为2~3之间。
作为优选，所述的紧固件与第一连接孔和第二连接孔之间均为过盈配合连接。
作为优选，所述的弹性件为橡胶或聚氨酯制成的筒体。橡胶或聚氨酯材料既具有刚性又具有阻尼，与质量块组合形成阻尼动力吸振器，有效拓宽减振部件的吸振频率。
作为优选，所述的弹性件连接质量块的头端为筒体，弹性件连接轮毂的尾端端部面与降噪孔孔壁面紧密相接，弹性件尾端端部还设有用于辅助卡接轮毂的凸缘，凸缘端部设有倒角边缘。
作为优选，所述的可拆卸轮齿片包括轮齿部和齿片根部，轮齿设于轮齿部，齿片根部厚度小于轮齿部厚度，所述的轮毂外圈处设有用于与齿片根部配合的凹槽部，第二连接孔设置在齿片根部上。
作为优选，所述的弹性件和质量块均设有用于使紧固件穿过的孔洞。
本发明的有益效果是：
本发明的一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮，与现有的模块化减振驱动轮相比，具有更为简单的结构和数量更少的部件，制作较为方便；根据声聚焦原理在轮毂表面用于连接可拆卸轮齿的通孔端部设置降噪孔，使驱动轮的主系统振动聚集于此，并且利用设置在降噪孔上的动力吸振器消解聚拢的主系统振动以降低驱动轮噪音，达到良好的降噪效果；降噪孔和用于连接可拆卸轮齿的通孔同轴线的设计也在一定程度上降低了轮毂的加工难度。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是本发明的侧视结构示意图；
图3是本发明的降噪孔结构示意图；
图4是本发明的减振部件结构示意图；
图5是本发明的减振部件立体结构示意图。
图中：1、轮毂，2、可拆卸轮齿片，3、紧固件，4、第一连接孔，5、第二连接孔，6、弹性件，7、质量块，8、轮齿部，9、齿片根部，10、凹槽部，11、降噪孔，12、凸缘，13、倒角边缘，14、孔洞。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
实施例：
本实施例选用链轮作为驱动轮，常取的链轮齿数为奇数，优先选用的链轮数系列为：17、19、21、23、25、38、57、76、95和114等。本实施例中选用链轮轮齿数为25。
如图1和图2所示的一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮，包括轮毂1、沿轮毂周向均布的五个可拆卸轮齿片2、和用于将可拆卸轮齿片固定在轮毂上的十五个紧固件3，每个可拆卸轮齿片设有五个轮齿，可拆卸轮齿片与轮毂可拆卸固定连接。
轮毂上沿周向均匀设有十五个与紧固件配合的第一连接孔4，可拆卸轮齿片上设有与紧固件配合的第二连接孔5，紧固件与第一连接孔和第二连接孔之间均为过盈配合连接。紧固件为成套的螺栓和螺母，需要注意的是，螺栓仅在与螺母配合的末端一段设有螺纹，这样设计的目的是为了得到紧固件与轮毂和可拆卸轮齿片较为紧密的配合连接。
轮毂表面设有与轮毂固定连接的减振部件，每个减振部件对应一个紧固件。减振部件沿轮毂表面周向均布，减振部件在轮毂两侧对称设置，减振部件包括弹性件6和质量块7，弹性件一端连接轮毂，弹性件另一端连接质量块。
可拆卸轮齿片包括轮齿部8和齿片根部9，轮齿设于轮齿部，齿片根部厚度小于轮齿部厚度，轮毂外圈处设有用于与齿片根部配合的凹槽部10，第二连接孔设置在齿片根部上。
如图3所示，第一连接孔朝向轮毂外表面的端部设有孔径向轮毂外表面方向逐渐变大的降噪孔11，每个减振部件的弹性件分别与一个降噪孔的孔壁相接。通过在轮毂的第一连接孔外设置降噪孔，使轮毂表面沿周向形成多个将轮毂的振动响应聚集的近似“声聚焦”区域，聚集轮毂受到的来自主驱动轴的结构因素导致的轴向振动和来自可拆卸轮齿片传递传动件振动等因素导致的径向振动。
其原理为：根据板结构的噪声辐射研究结果，平整的轮毂表面对于不同的激振频率其表面各处都可能是响应最大值点，而平面板厚从某一数值逐渐过渡到边缘厚度为0时，造成平面结构噪声辐射的弯曲波不会在边界发生反射，平面板的振动响应最大值会聚集在厚度变化区域。每个降噪孔形成一个近似的“声聚焦”区域，而通过在每个降噪孔处设置包括弹性件和质量块的减振部件，形成一个基本的动力吸振器结构，在轮毂表面降噪孔形成的近似“声聚焦”区域发生的振动带动减振部件振动，其振动产生的动力作用抵消大部分聚集在降噪孔的激振力，从而抑制降噪孔处的振动响应，降低整个轮毂的振动噪音。
降噪孔沿轮轴向投影为圆形，孔壁截面为圆弧形。为了使降噪孔满足能够集中振动响应结构的条件，必需保证降噪孔形成的轮毂厚度变化满足板结构厚度的变化规律公式，即得出符合公式的圆弧形的孔壁截面曲线。孔壁截面曲线可由以下方法计算得出：将孔壁截面的厚度值按照变厚度板结构厚度公式计算，即h(x)= εx m,其中，h为降噪孔处的轮毂厚度，即孔壁截面曲线到轮毂上降噪孔相对面的垂直距离；x为降噪孔径向坐标；ε为常数，可根据已知的降噪孔处的轮毂厚度最小点和厚度最大点的h值、x值以及作为常数的m值计算得出；m为常数，根据板结构厚度计算的幂指数推荐值选取为2~3之间。
如图4和图5所示，弹性件和质量块均设有用于使紧固件穿过的孔洞14，两者均为筒体。进一步地，弹性件被设计为橡胶制成的筒体。橡胶材料既具有刚性又具有阻尼，与质量块组合形成阻尼动力吸振器，有效拓宽减振部件的吸振频率。弹性件连接质量块的头端为筒体，弹性件连接轮毂的尾端端部面与降噪孔孔壁面紧密相接。筒体的弹性件头端用于容纳紧固件通过。为了保证紧密相接，弹性件尾端端部面的截面曲线应契合降噪孔的孔壁截面曲线，曲线的计算方式如前所述。
为了保证弹性件与轮毂的连接牢固度和安装便利性，弹性件尾端端部还设有用于辅助卡接轮毂的凸缘12，凸缘端部设有倒角边缘13。弹性件、轮毂和可拆卸轮齿片是分别加工完毕后再行组装并连接为一体的。轮毂上的降噪孔根部具有与弹性件上的凸缘配合的圆槽，因为凸缘端部具有倒角边缘，可以较为容易的将凸缘卡入圆槽作为辅助弹性件和降噪孔连接的手段。并且弹性件外壁面与降噪孔接触的部位涂有异氰酸酯类胶黏剂、含卤胶黏剂或酚醛树脂胶黏剂等橡胶-金属胶黏剂，在经过初固化和完全固化后，弹性件和轮毂稳定的紧密连接在一起。相类似的，弹性件和质量件也是通过橡胶硫化黏结的方式连接在一起。
作为动力吸振器的弹性件和质量件应满足以下计算公式，动力吸振器（包括弹性件和质量件）的质量为m=μM，动力吸振器的弹簧刚度为k=mK/M[1/(1+μ)]2，动力吸振器的阻尼系数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
其中，μ为质量比，m为动力吸振器质量，M为主系统质量即轮毂的等效质量，k为动力吸振器的弹簧刚度，K为轮毂的刚度。在已知链轮轮毂等效质量和刚度的条件下，可以根据上述公式进行动力吸振器的设计。需要指出的是，以上公式仅是该领域现有技术中不考虑主系统阻尼即链轮轮毂内阻尼的动力吸振器最优设计公式，其并未考虑主系统材料的内阻尼。本实施例这样选择的原因是，制作链轮轮毂的材料一般为碳钢或合金钢，其结构内阻尼通常较小，主系统内阻尼对振幅比的抵减作用有限，所以本实施例的动力吸振器设计并未考虑链轮轮毂的内阻尼。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (1)

1.一种低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮，其特征在于：该低噪音低振动可拆卸轮齿驱动轮包括轮毂、沿轮毂周向均布的多个可拆卸轮齿片和用于将可拆卸轮齿片固定在轮毂上的多个紧固件，每个可拆卸轮齿片设有若干轮齿，多个可拆卸轮齿片与轮毂可拆卸固定连接，轮毂上设有多个与紧固件配合的第一连接孔，可拆卸轮齿片上设有与紧固件配合的第二连接孔；所述的轮毂表面设有与轮毂固定连接的多个减振部件，减振部件沿轮毂表面周向均布，减振部件在轮毂两侧对称设置，减振部件包括弹性件和质量块，弹性件一端连接轮毂，弹性件另一端连接质量块；所述的第一连接孔朝向轮毂外表面的端部设有孔径向轮毂外表面方向逐渐变大的降噪孔，每个减振部件的弹性件分别与一个降噪孔的孔壁相接；所述的弹性件连接质量块的头端为筒体，弹性件连接轮毂的尾端端部面与降噪孔孔壁面紧密相接，弹性件尾端端部还设有用于辅助卡接轮毂的凸缘，凸缘端部设有倒角边缘；所述的降噪孔沿轮轴向投影为圆形，孔壁截面为圆弧形，孔壁截面的厚度值按照变厚度板结构厚度公式计算，即h(x)= εx m，其中，h为降噪孔处的轮毂厚度，即孔壁截面曲线到轮毂上降噪孔相对面的垂直距离；x为降噪孔径向坐标；ε为常数，可根据已知的降噪孔处的轮毂厚度最小点和厚度最大点的h值、x值以及作为常数的m值计算得出；所述的紧固件与第一连接孔和第二连接孔之间均为过盈配合连接；所述的弹性件为橡胶或聚氨酯制成的筒体；所述的可拆卸轮齿片包括轮齿部和齿片根部，轮齿设于轮齿部，齿片根部厚度小于轮齿部厚度，所述的轮毂外圈处设有用于与齿片根部配合的凹槽部，第二连接孔设置在齿片根部上；所述的弹性件和质量块均设有用于使紧固件穿过的孔洞。
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