CN110641226B - 弹性车轮降噪阻尼器及其组装安装方法 - Google Patents

Abstract

弹性车轮降噪阻尼器及其组装安装方法，包括环形过渡板和阻尼器本体，阻尼器本体包括依次叠层的金属板和填充在金属板之间的橡胶阻尼层，多层金属板通过铆钉固接，与环形过渡板也通过铆钉固接，且铆钉的铆固力不作用在橡胶阻尼层上。本发明使阻尼器绝大部分质量得以充分地发生共振变形，大大增加了阻尼器谐振频率个数、吸振频率带宽和能量转移消耗效率；阻尼器的整体悬臂结构和开缝板上形成的多个独立悬臂共振技均能产生不同谐振特性，提高了谐振频率个数，能针对弹性车轮轮箍的轴向模态频率进行匹配设计，有效降低弹性车轮过小曲线路段时所产生的尖啸噪声，并且有利于提高降噪可靠性和耐久性。

Description

弹性车轮降噪阻尼器及其组装安装方法

技术领域

本发明涉及一种弹性车轮降噪阻尼器及其组装安装方法，属于弹性车轮减振降噪领域。

背景技术

城市规划有轨电车项目，弹性车轮得以广泛应用。弹性车轮能有效降低轮轨噪声、减小轮轨冲击力、降低轮轨磨耗、提高线路及车辆使用寿命。弹性车轮依靠内部橡胶弹性体可以大幅度降低噪声，但还是无法满足噪声排放要求较严的城市要求，为进一步降低噪声尤其消除曲线段行驶时的尖啸噪声，需采取附加的降噪措施。

目前弹性车轮附加降噪措施主要分为阻尼环和阻尼器两种方式，相比而言，前者通过钢环与车轮凹槽的接触界面之间产生摩擦耗能，制造成本更低，但降噪效果不理想；后者通过合理设计钢板的质量和刚度，产生与车轮模态频率相吻合的谐振频率，转移车轮振动能量并通过钢板之间的阻尼材料耗能，降噪效果更优。经过文献检索发现：现有技术（三篇专利DE202006012852U1、CN104455148A、CN206406693U）通过沿阻尼片扇形内侧圆弧切线方向开缝，阻尼片由两层薄钢板粘结而成，并用铆钉铆接，通过螺栓将其固定在车轮上，车轮滚动时引起阻尼板共振耗能，存在的不足有：①阻尼片厚度薄、重量轻、阻尼小、降噪频带窄，转移和消耗能量的能力有限，降噪效果一般；②阻尼片通过螺栓直接固定在车轮上，由于阻尼片厚度薄，结构强度低，与螺栓连接部位的应力大，容易失效；③阻尼片开缝后呈一片片的悬臂板结构，只有根部固定，悬空部位在共振时扰度大，耐疲劳强度低。

因此，如何更有效地降低弹性车轮振动和辐射噪声，并保证附加降噪装置的安装可靠性和结构疲劳耐久性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供的弹性车轮降噪阻尼器及其组装安装方法，使阻尼器绝大部分质量得以充分地发生共振变形，大大增加了阻尼器谐振频率个数、吸振频率带宽和能量转移消耗效率；阻尼器的整体悬臂结构和开缝板上形成的多个独立悬臂共振技均能产生不同谐振特性，提高了谐振频率个数，能针对弹性车轮轮箍的轴向模态频率进行匹配设计，有效降低弹性车轮过小曲线路段时所产生的尖啸噪声，并且有利于提高降噪可靠性和耐久性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

弹性车轮降噪阻尼器，包括与车箍侧面贴合固定的环形过渡板和与环形过渡板刚性连接且与车箍侧面轴向隔开的阻尼器本体，其特征在于所述的阻尼器本体包括依次叠层的金属板和填充在金属板之间的橡胶阻尼层，多层金属板通过铆钉固接，与环形过渡板也通过铆钉固接，且铆钉的铆固力不作用在橡胶阻尼层上。

优选的，所述的金属板包括圆弧形状且沿环形过渡板周向均匀隔离分布的基板，和夹在相邻层基板之间的连接板、橡胶阻尼层填充在相邻层基板之间，基板、连接板和环形过渡板通过铆钉固接成一体，并通过镙钉与车箍连接。

优选的，所述的橡胶阻尼层的数量为至少两层，最表层或最内层的基板为具有通孔缝的开缝板，通孔缝的数量为多个将开缝板径向割开形成之个悬臂多振枝，从基板到开缝板厚度逐层增加。

优选的，夹在相邻层基板之间的连接板为与环形过渡板同轴对齐的环形连接板，夹在基板与开缝板之间的连接板为长条形的条形连接板，环形过渡板、基板和环形连接板通过铆钉铆固，基板、条形连接板和开缝板也通过铆钉铆固。

优选的，所述的环形连接板位于与之同层的橡胶阻尼的径向外侧，且环形过渡板与环形连接板的内径和外径均相等，所述的条形连接板位于与之同层的橡胶阻尼层的中间位置。

优选的，所述的通孔缝为从开缝板的端部边缘沿周向开设的圆弧形长条缝，且从开缝板两端边缘开设的通孔缝周向隔开，通孔缝在开缝板上的内端为圆孔端且靠近条形连接板。

优选的，所述的开缝板的径向宽度小于基板的径向宽度，基板与开缝板内径相等，外径大于开缝板外径，且与开缝板相邻层的基板上开有圆弧形的割缝，割缝位于开缝板的径向外侧，镙钉穿过基板、环形连接板和环形过渡板与轮箍侧面的螺纹孔连接，且镙钉头部沉于基板中。

优选的，所述的橡胶阻尼层的数量为一层，连接板呈圆环形状，两层基板上均通过铆固有质量块。

以上所述的弹性降噪阻尼器的组装安装方法，包括以下步骤：

一.根据弹性车轮运行时振动噪声主频和轮箍各阶轴向模态频率，确定弹性降噪阻尼器自身的固有频率参数，使之与轮箍轴向模态频率匹配；

二 .根据弹性降噪阻尼器固有频率参数、轮箍轴向模态质量和安装空间尺寸，确定阻尼器本体中金属层层数、形状尺寸、质量和材质，以及橡胶阻尼层的弹性模量；

三.根据确定的阻尼器本体的性能参数组装阻尼器本体，先将多层金属板用铆钉固接，然后在金属板之间填充橡胶阻尼层形成阻尼器本体，之后再将阻尼器本体与环形过渡板通过铆钉同轴固接形成弹性降噪阻尼器，最后将弹性降噪阻尼器安装到车箍侧面。

优选的，步骤二中“确定阻尼器本体中金属层层数、形状尺寸、质量和材质”是指：确定基板圆弧尺寸、厚度、材质以及相邻层基板的间距距离，开缝板的位置、通孔缝的数量、径向位置尺寸及弧度尺寸。

发明的有益效果是：

1. 本发明的弹性车轮降噪阻尼器中阻尼器本体与车箍侧面之间间隔环形过渡板，形成整体的共振悬臂结构，阻尼器本体中的多层金属板通过铆钉固接，与环形过渡板也通过铆钉固接，并且橡胶阻尼层填充在金属板之间，使阻尼器本体中形成的各质量层之间既有刚性连接又有弹性连接，能够通过刚性连接体将车轮振动快速传递并转移到阻尼器的各质量层上，使阻尼器绝大部分质量得以充分地发生共振变形，且同时利用了弹性车轮降噪阻尼器的弯曲弹性和橡胶阻尼层的材料弹性，大大增加了阻尼器谐振频率个数、吸振频率带宽和能量转移消耗效率。

2. 多层金属板铆固再与橡胶阻尼层复合，增大了结构阻尼和吸振质量，形成金属板悬臂刚度与橡胶刚度的组合方案，且阻尼器本体的整体悬臂结构和开缝板上形成的多个独立悬臂共振技均能产生不同谐振特性，提高了谐振频率个数，能针对弹性车轮轮箍的轴向模态频率进行匹配设计，有效降低弹性车轮过小曲线路段时所产生的尖啸噪声。

3. 根据轮箍轴向模态频率设计所需阻尼器的固有频率，并根据所需固有频率有针对性地对开缝板沿车轮周向开缝，将开缝板分割为多个悬臂共振枝结构且又通过橡胶阻尼层与基板连接，相比于现有技术的切向开缝及悬臂悬空方案，能大幅提高共振枝的结构阻尼和强度，有利于提高降噪可靠性和耐久性。

4. 本发明中先用铆钉多层金属板和环形过渡板，再用橡胶阻尼层对金属板之间进行填充，形成整体的阻尼器，再通过螺栓将阻尼器连接到车轮上，确保降噪阻尼器能正常发挥其减振降噪功能，铆钉与螺钉均只作用在刚性层上，并不作用在弹性层上，相比于现有技术中阻尼器的弹性层也与刚性层一起通过螺钉直接固定在车轮上，可有效提高阻尼器与车轮连接的结构可靠性和稳定性，并通过通过螺钉、铆钉和连接板将共振有效快递到各基板上，实现阻尼器绝大部分质量得以充分地发生共振变形。

附图说明

图1为实施例一中的弹性车轮降噪阻尼器与车箍连接的剖视图。

图2为实施例一中的弹性车轮降噪阻尼器与车箍连接的另一个剖视图。

图3为弹性车轮降噪阻尼器装在车箍上的俯视图。

图4为弹性车轮降噪阻尼器的局部俯视图。

图5为带有割缝的弹性车轮降噪阻尼器的局部俯视图。

图6为实施例二中的弹性车轮降噪阻尼器与车箍连接的剖视图。

具体实施方式

下面结合图1至图6对本发明的实施例做详细说明。

实施例一：

弹性车轮降噪阻尼器，包括与车箍侧面贴合固定的环形过渡板1和与环形过渡板1刚性连接且与车箍侧面轴向隔开的阻尼器本体2，其特征在于所述的阻尼器本体2包括依次叠层的金属板3和填充在金属板3之间的橡胶阻尼层4，多层金属板3通过铆钉5固接，与环形过渡板1也通过铆钉5固接，且铆钉5的铆固力不作用在橡胶阻尼层4上。

如图所示，本发明的弹性车轮降噪阻尼器中阻尼器本体2与车箍100侧面之间间隔环形过渡板1，形成整体的共振悬臂结构，阻尼器本体1中的多层金属板3通过铆钉5固接，与环形过渡板1也通过铆钉5固接，并且橡胶阻尼层4填充在金属板3之间，金属板3形成阻尼器本体2的质量层，使阻尼器本体2中形成的各质量层之间既有刚性连接又有弹性连接，能够通过环形过渡板1与车箍的刚性连接以及铆钉5对金属板的刚性连接将车轮振动快速传递并转移到阻尼器的质量层上，使阻尼器绝大部分质量得以充分地发生共振变形，且同时利用了弹性车轮降噪阻尼器的弯曲弹性和橡胶阻尼层的材料弹性，大大增加了阻尼器谐振频率个数、吸振频率带宽和能量转移消耗效率。多层金属板铆固再与橡胶阻尼层复合，增大了结构阻尼和吸振质量，形成金属板悬臂刚度与橡胶刚度的组合方案，降噪效果更高。

其中，所述的金属板3包括圆弧形状且沿环形过渡板1周向均匀隔离分布的基板31，和夹在相邻层基板31之间的连接板32、橡胶阻尼层4填充在相邻层基板31之间，基板31、连接板32和环形过渡板1通过铆钉5固接成一体，并通过镙钉6与车箍连接。连接板32夹在相邻层基板31之间，便于铆钉对基板31进行刚性连接，避免铆钉5的铆固力作用在橡胶阻尼层4上，连接板32的设置也使得螺钉6与橡胶阻尼层4隔开，实现阻尼器与车箍100的刚性连接，不仅通过刚性连接将车轮的共振快速传递到各层基板31上，实现阻尼器绝大部分质量得以充分地发生共振变形。而且铆钉5与螺钉6均只作用在刚性层上，并不作用在弹性层上，相比于现有技术中阻尼器的弹性层也与刚性层一起通过螺钉直接固定在车轮上，可有效提高阻尼器与车轮连接的可靠性和稳定性，

其中，所述的橡胶阻尼层4的数量为至少两层，最表层或最内层的基板31为具有通孔缝33的开缝板34，通孔缝33的数量为多个将开缝板34径向割开形成之个悬臂多振枝，从基板31到开缝板34厚度逐层增加。阻尼器的整体悬臂结构和开缝板34上形成的多个独立悬臂共振技均能产生不同谐振特性，提高了谐振频率个数，能针对弹性车轮轮箍的轴向模态频率进行匹配设计，有效降低弹性车轮过小曲线路段时所产生的尖啸噪声。

其中，夹在相邻层基板31之间的连接板32为与环形过渡板1同轴对齐的环形连接板32.1，夹在基板31与开缝板34之间的连接板32为长条形的条形连接板32.2，环形过渡板1、基板31和环形连接板32.1通过铆钉5铆固，基板31、条形连接板32.2和开缝板34也通过铆钉5铆固。环形连接板32.1夹在相邻层基板31之间，使上下层基板31的刚性连接得以实现，条形32.2夹在基板31与开缝板34之间，使基板31和开缝板34之间的刚性连接得以实现，使共振在沿刚性连接层实现有效传递，保证阻尼器绝大部分质量得以充分地发生共振变形。

其中，所述的环形连接板32.1位于与之同层的橡胶阻尼4的径向外侧，且环形过渡板1与环形连接板32.1的内径和外径均相等，所述的条形连接板32.2位于与之同层的橡胶阻尼层4的中间位置。环形连接板32.1与环形过渡板1尺寸相同且同轴对齐，即有利于传递共振，又便于铆钉的连接，同时也可在基板之间形成足够大的橡胶阻尼层4的填充空间，保证阻尼特性。条形连接板32.2位于与之同层的橡胶阻尼层4的中间位置，使铆钉5位于开缝板34的中间位置，即开缝板34的固定位置在中间，当在开缝板34两侧开设通孔缝33时，即以开缝板34的中间位置为支点，形成多个悬臂共振枝，使开缝板34相对于基板31形成多个独立的悬臂共振枝。

其中，所述的通孔缝33为从开缝板33的端部边缘沿周向开设的圆弧形长条缝，且从开缝板33两端边缘开设的通孔缝33周向隔开，通孔缝33在开缝板34上的内端为圆孔端33.1且靠近条形连接板32.2，圆孔端33.1可有效避免在共振过程中通孔缝33端部因应力集中而开裂。如图4所述，通孔缝33从开缝板34端部沿周向开设，铆钉5从中间位置将开缝板34和条形连接板32.2连接，即将开缝板34径向分割，形成与铆钉5所在的中间位置为支点的悬臂共振枝，即在开缝板34上通过通孔缝33的割开以及铆钉5的固定连接形成了多个沿周向的悬臂共振枝，此悬臂共振枝的数量、径向宽度应根据阻尼器所需的固有频率来设计 ，将阻尼器安装在车箍上，阻尼器形成一个整体悬臂共振结构，而且开缝板34为阻尼器上形成的多个独立的悬臂共振枝，阻尼器工作时可产生多个谐振模态频率，包括：多层基板31、橡胶阻尼层一基板所组成悬臂结构所产生的整体弯曲谐振频率，单层基板所产生的谐振频率，开缝板34所形成多个悬臂共振枝所产生的谐振频率，增加谐振频率数，拓宽减振降噪频带。

其中，所述的开缝板34的径向宽度小于基板31的径向宽度，基板31与开缝板34内径相等，外径大于开缝板34外径，且与开缝板34相邻层的基板1上开有圆弧形的割缝35，割缝35位于开缝板34的径向外侧，镙钉6穿过基板31、环形连接板32.1和环形过渡板1与轮箍侧面的螺纹孔连接，且镙钉6头部沉于基板31中。通过割缝35进一步调整阻尼器的悬臂刚度，从而调整阻尼器该阶固有频率，割缝35越长阻尼器的悬臂刚度越低，其固有频率越低。螺钉6将基板31、环形连接板32.1和环形过渡板1与轮箍100刚性连接，头部内沉增加美观度。

以上所述的弹性车轮降噪阻尼器工作时表现为：当列车通过时，由于轮轨相互作用和轮轨表面粗糙度，激发弹性车轮轮箍固有模态并产生剧烈振动；一方面通过动力吸振效应，经过阻尼器整体的悬臂结构和开缝板的多个独立悬臂共振枝，将轮箍轴向主要模态频率处的振动能量快速转移至阻尼器的基板和开缝板的悬臂共振枝上，引起基板和开缝板共振枝在其模态频率处大幅度共振，吸收模态频率附近频带的振动能量；另一方面，当结构弯曲变形时，多层基板和开缝板之间产生相对滑移运动，粘弹性阻尼材料产生剪切应变使一部分机械能损耗，从而产生约束阻尼效应，将振动能量转化为热能耗散掉；最终显著提高了轮箍整体等效阻尼，达到降低弹性车轮轮箍振动和辐射噪声的目的。

实施例二：

与实施例一的不同之处在于，如图6所示，所述的橡胶阻尼层4的数量为一层，连接板32呈圆环形状，两层基板31上均通过铆固有质量块7。即阻尼器中不设置开缝板，只有两层基板，并增加了质量块7从而大幅提高某一阶或某两阶频率的吸振质量，针对一阶或两阶轮箍各阶轴向模态频率进行降噪。

以上所述的弹性降噪阻尼器的组装安装方法，包括以下步骤：

一.根据弹性车轮运行时振动噪声主频和轮箍各阶轴向模态频率，确定弹性降噪阻尼器自身的固有频率参数，使之与轮箍轴向模态频率匹配；

二.根据弹性降噪阻尼器固有频率参数、轮箍轴向模态质量和安装空间尺寸，确定阻尼器本体2中金属层3层数、形状尺寸、质量和材质，以及橡胶阻尼层4的弹性模量；

三.根据确定的阻尼器本体2的性能参数组装阻尼器本体，先将多层金属板3用铆钉5固接，然后在金属板3之间填充橡胶阻尼层4形成阻尼器本体2，之后再将阻尼器本体2与环形过渡板1通过铆钉5同轴固接形成弹性降噪阻尼器，最后将弹性降噪阻尼器安装到车箍侧面。

步骤二中“确定阻尼器本体2中金属层3层数、形状尺寸、质量和材质”是指：确定基板31圆弧尺寸、厚度、材质以及相邻层基板1的间距距离，开缝板34的位置、通孔缝33的数量、径向位置尺寸及弧度尺寸。

以上所述的弹性降噪阻尼器的组装安装方法根据轮箍轴向模态频率设计所需阻尼器的固有频率，并根据所需固有频率有针对性的设计阻尼器本体的性能参数，使阻尼器本体中形成的各质量层之间既有刚性连接又有弹性连接，能够通过刚性连接体将车轮振动快速传递并转移到阻尼器的各质量层上，使阻尼器绝大部分质量得以充分地发生共振变形，且同时利用了弹性车轮降噪阻尼器的弯曲弹性和橡胶阻尼层的材料弹性，大大增加了阻尼器谐振频率个数、吸振频率带宽和能量转移消耗效率。多层金属板铆固再与橡胶阻尼层复合，增大了结构阻尼和吸振质量，形成金属板悬臂刚度与橡胶刚度的组合方案，且阻尼器的整体悬臂结构和开缝板上形成的多个独立悬臂共振技均能产生不同谐振特性，提高了谐振频率个数，能针对弹性车轮轮箍的轴向模态频率进行匹配设计，有效降低弹性车轮过小曲线路段时所产生的尖啸噪声。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.弹性车轮降噪阻尼器，包括与车箍侧面贴合固定的环形过渡板（1）和与环形过渡板（1）刚性连接且与车箍侧面轴向隔开的阻尼器本体（2），其特征在于所述的阻尼器本体（2）包括依次叠层的金属板（3）和填充在金属板（3）之间的橡胶阻尼层（4），多层金属板（3）通过铆钉（5）固接，与环形过渡板（1）也通过铆钉（5）固接，且铆钉（5）的铆固力不作用在橡胶阻尼层（4）上；

所述的金属板（3）包括圆弧形状且沿环形过渡板（1）周向均匀隔离分布的基板（31），和夹在相邻层基板（31）之间的连接板（32）、橡胶阻尼层（4）填充在相邻层基板（31）之间，基板（31）、连接板（32）和环形过渡板（1）通过铆钉（5）固接成一体，并通过镙钉（6）与车箍连接；

所述的橡胶阻尼层（4）的数量为至少两层，最表层或最内层的基板（31）为具有通孔缝（33）的开缝板（34），通孔缝（33）的数量为多个将开缝板（34）径向割开形成之个悬臂多振枝，从基板（31）到开缝板（34）厚度逐层增加。

2.根据权利要求1所述的弹性车轮降噪阻尼器，其特征在于夹在相邻层基板（31）之间的连接板（32）为与环形过渡板（1）同轴对齐的环形连接板（32.1），夹在基板（31）与开缝板（34）之间的连接板（32）为长条形的条形连接板（32.2），环形过渡板（1）、基板（31）和环形连接板（32.1）通过铆钉（5）铆固，基板（31）、条形连接板（32.2）和开缝板（34）也通过铆钉（5）铆固。

3.根据权利要求2所述的弹性车轮降噪阻尼器，其特征在于所述的环形连接板（32.1）位于与之同层的橡胶阻尼层（4）的径向外侧，且环形过渡板（1）与环形连接板（32.1）的内径和外径均相等，所述的条形连接板（32.2）位于与之同层的橡胶阻尼层（4）的中间位置。

4.根据权利要求3所述的弹性车轮降噪阻尼器，其特征在于所述的通孔缝（33）为从开缝板（34）的端部边缘沿周向开设的圆弧形长条缝，且从开缝板（34）两端边缘开设的通孔缝（33）周向隔开，通孔缝（33）在开缝板（34）上的内端为圆孔端（33.1）且靠近条形连接板（32.2）。

5.根据权利要求1所述的弹性车轮降噪阻尼器，其特征在于所述的开缝板（34）的径向宽度小于基板（31）的径向宽度，基板（31）与开缝板（34）内径相等，外径大于开缝板（34）外径，且与开缝板（34）相邻层的基板（31）上开有圆弧形的割缝（35），割缝（35）位于开缝板（34）的径向外侧，镙钉（6）穿过基板（31）、环形连接板（32.1）和环形过渡板（1）与轮箍侧面的螺纹孔连接，且镙钉（6）头部沉于基板（31）中。

6.根据权利要求1所述的弹性车轮降噪阻尼器，其特征在于所述的橡胶阻尼层（4）的数量为一层，连接板（32）呈圆环形状，两层基板（31）上均通过铆固有质量块（7）。

7.权利要求1至6任一项所述的弹性车轮降噪阻尼器的组装安装方法，包括以下步骤：

一.根据弹性车轮运行时振动噪声主频和轮箍各阶轴向模态频率，确定弹性降噪阻尼器自身的固有频率参数，使之与轮箍轴向模态频率匹配；

二.根据弹性降噪阻尼器固有频率参数、轮箍轴向模态质量和安装空间尺寸，确定阻尼器本体（2）中金属层（3）层数、形状尺寸、质量和材质，以及橡胶阻尼层（4）的弹性模量；

三.根据确定的阻尼器本体（2）的性能参数组装阻尼器本体（2），先将多层金属板（3）用铆钉（5）固接，然后在金属板（3）之间填充橡胶阻尼层（4）形成阻尼器本体（2），之后再将阻尼器本体（2）与环形过渡板（1）通过铆钉（5）同轴固接形成弹性降噪阻尼器，最后将弹性降噪阻尼器安装到车箍侧面。

8.根据权利要求7所述的弹性降噪阻尼器的组装安装方法，其特征在于步骤二中“确定阻尼器本体（2）中金属层（3）层数、形状尺寸、质量和材质”是指：确定基板（31）圆弧尺寸、厚度、材质以及相邻层基板（31）的间距，开缝板（34）的位置、通孔缝（33）的数量、径向位置尺寸及弧度尺寸。

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