CN114294363A - 抑振降噪单元结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抑振降噪单元结构，包括支撑柱、围栏框以及配重体，支撑柱具有支撑端和安装端，安装端用于连接待抑振结构,围栏框安装在支撑端上；配重体包括多个，其中，配重体具有如下任一种安装形式：配重体安装在围栏框上；配重体通过弹性杆安装在围栏框上；配重体通过弹性杆安装在支撑柱上，本发明中的抑振降噪单元结构，几何形状和装配关系简单，制备简易，可适合于大曲面的待抑振结构表面的安装，方便施工，安全可靠。

Description

抑振降噪单元结构

技术领域

本发明涉及抑振降噪应用技术领域，具体地，涉及一种抑振降噪单元结构。

背景技术

日常生活及工业生产中遇到的噪声问题大部分来自于动力设备的振动及其产生的声波辐射，具有低频且宽带的频谱特征。例如，洗衣机在不同负载和不同工况工作时，其“电机-内筒-机壳”系统会产生几十赫兹至几百赫兹频段的低频振动噪声；直升机在不同状态和不同速度飞行时，其“引擎-螺旋桨-机身”系统会产生几赫兹至几百赫兹频段的低频振动噪声。受限于重量空间、附加成本以及安全性等多个方面的约束，直接对噪声源(如洗衣机电机、直升机引擎等)实施抑振降噪措施通常存在很大的技术难度甚至根本无法实施，此时最为可行的方法是在振声传递路径的末端(如洗衣机机壳、直升机机身等)实施抑振降噪措施，例如贴敷阻尼材料、安装动力吸振器、包覆隔声罩等。然而，这些传统的抑振降噪措施很难针对不同噪声问题所独有的低频宽带频谱特征进行灵活设计与调整。

专利文献CN103590501B公开了一种用于低频隔声的轻质组合式板结构，由隔声基板，梁片单元和支撑构件组成；梁片单元通过支撑构件固定连接在隔声基板上，梁片单元包括至少一个呈长方体结构的梁片，梁片的中心点均与支撑构件固定连接；一个梁片的最低阶共振频率和一个目标噪声频率相同。这种组合式板结构中的梁片单元和支撑构件的主要作用在于增强隔声基板的隔声量。具体而言，当目标噪声作用于隔声基板使其产生弯曲振动时，会激起附加梁片的强烈共振，从而对隔声基板施加巨大的反作用力，迫使基板的振动响应大为减弱，进而使其辐射噪声大为降低，最终使得基板的隔声量显著提高。通过引入多种不同尺寸的梁片，可以产生多个共振频率，在多个目标频率处实现大的隔声量，完成对多目标噪声的隔离。然而，该技术方案中所述的梁片单元和支撑构件以离散且外露的方式安装于隔声基板之上，一方面极大地增加了制备及施工的复杂程度，并且外露的梁片边缘会对人员造成伤害风险；另一方面单元个体之间相互独立，主要的隔声增益来自于单个梁片单元产生的多个共振，不仅功能单一，而且可用于调频的参数仅限于梁片的材料、长度、宽度和厚度。

综上所述，现有的抑振降噪措施尚未在制备简易、施工方便、安全可靠和性能优异之间取得平衡，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种抑振降噪单元结构。

根据本发明提供的一种抑振降噪单元结构，包括：

支撑柱，具有支撑端和安装端，所述安装端用于连接待抑振结构；

围栏框，安装在所述支撑端上；

配重体，包括多个，具有如下任一种安装形式：

所述配重体安装在所述围栏框上；

所述配重体通过弹性杆安装在所述围栏框上；

所述配重体通过弹性杆安装在所述支撑柱上。

优选地，所述弹性杆和/或配重体具有可调频参数，所述可调频参数包括如下任一种或任多种物理量或结构：

密度；

杨氏模量；

泊松比；

尺寸，所述尺寸包括长度、宽度和/或厚度；

所述弹性杆相对于配重体的安装位置；

所述配重体上具有配重体通孔，多个所述配重体通孔的形状完全相同、部分相同或完全不相同。

优选地，所述配重体通过弹性杆安装在所述围栏框的内部并形成自由端，其中，所述配重体具有如下至少一种特征：

多个所述配重体在所述围栏框的内部呈对称布置或非对称布置；

多个所述配重体的结构完全相同、部分相同或完全不相同；

所述配重体为圆形、圆角矩形、矩形、正多边形或非对称结构；

所述配重体为均匀材质制作、混合材质制作的块状结构或者采用镶嵌形式制作的块状结构，其中，镶嵌形式制作的块状结构包括内部采用金属材料外部包覆热熔成型的轻密度塑料的结构。

优选地，具有如下任一种或任多种结构：

具有安装座，所述安装座上具有凸台，所述安装端匹配安装在凸台上；

所述围栏框与支撑柱铰接，所述围栏框上设置有至少一个配重体；

抑振降噪单元结构背离所述安装端的一侧的安装面上设置有膜层结构。

优选地，所述安装座上还设置有连框，每相邻的两个凸台通过连框相连并共同围成空槽。

优选地，所述安装面为平面，所述膜层结构与支撑柱、围栏框、弹性杆、配重体均接触；

所述膜层结构采用橡胶或硅胶膜制作。

优选地，采用一体成型、增材制造或者零件组合的方式制备。

优选地，所述支撑柱上开设有两个呈对称或非对称布置的支撑柱通孔，每个围栏框均贯穿多个支撑柱通孔，所述的多个支撑柱通孔中的每一个支撑柱通孔位于不同的支撑柱上，所述围栏框与支撑柱通孔间隙配合。

优选地，多个支撑柱所具有的安装端的端面形成一个平面或形成一个可调节的曲面。

优选地，抑振降噪单元结构包括一层或多层，每层所述抑振降噪单元结构包括一个或多个抑振降噪单元，相邻的两层抑振降噪单元结构之间采用胶粘、焊接、铆接和/或螺接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中的抑振降噪单元结构，其几何形状和装配关系简单，可采用一体成型、增材制造或者零件组合的方式制备，制备简易。

2、本发明采用多个单元相互连接形成整体，避免了现有技术中的单个单元离散安装的缺陷，并且围栏框与支撑柱可采用活动方式连接，可适合于大曲面的待抑振结构表面的安装，方便施工。

3、本发明中围栏框设置在支撑端的一侧，弹性杆和配重体均设置在围栏框的内部，克服了现有技术中的外露锋利边缘会对人员造成伤害的缺陷；而且支撑柱的安装端可配合使用大面积的安装座用于与待抑振结构的表面更牢固的紧固连接，因此安全可靠。

4、本发明一方面通过多个弹性杆和配重体配合构成多个可调频的谐振系统，利用共振时引起的反相位惯性力降低待抑振结构的振动幅度；另一方面，通过多个单元结构之间围栏框的连接引入单元总体的集群效应，利用附加刚度和附加重量进一步减小待抑振结构的振动幅度。克服了现有技术中仅依赖单元个体功能的缺陷，并且可用于调频的参数不限于弹性杆的材料、长度、宽度和厚度还包括配重块的质量和相对于弹性杆的安装位置，因此性能优异。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中实施例1的结构示意图；

图2为本发明中具有安装座时单元整体结构的示意图；

图3为本发明中围栏框为方形时的结构示意图；

图4为本发明中围栏框为圆形时的结构示意图；

图5为本发明中围栏框为正六边形时的结构示意图；

图6为本发明中围栏框为矩形时的结构示意图；

图7为本发明主要体现实施例中可曲面贴附的单元整体结构的示意图；

图8为本发明主要体现实施例中另一种可曲面贴附的单元整体结构的示意图；

图9为本发明主要体现实施例中贴敷薄膜层结构的单元整体结构的示意图；

图10为本发明主要体现实施例中多层单元叠加的整体结构的示意图；

图11为本发明主要体现实施例安装于均匀铝板的隔声量实验结果。

图中示出：

单元整体结构1 支撑柱11 支撑柱通孔111

安装座2 围栏框12 配重体通孔141

膜层结构3 弹性杆13 离散脚414

附加单元整体结构4 配重体14

凸台21

连框22

空槽23

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

基础实施例：

本发明提供了一种抑振降噪单元结构，尤其适用于低频宽带的抑振降噪单元结构，为了便于介绍，将抑振降噪单元结构命名为单元整体结构1，包括支撑柱11、围栏框12以及配重体14，支撑柱11具有支撑端和安装端，安装端用于连接待抑振结构，进而实现待抑振结构的抑振降噪效果；围栏框12安装在支撑端上；配重体14包括多个，在实际应用中，配重体14具有如下任一种安装形式：

配重体14安装在围栏框12上；

配重体14通过弹性杆13安装在围栏框12上；

配重体14通过弹性杆13安装在支撑柱11上。

在实际应用中，每个弹性杆13和配重体14的材料参数和几何参数可不相同，由此形成四个可调频的谐振系统，这些可调频的参数定义为可调频参数，即：弹性杆13和/或配重体14具有可调频参数，可调频参数包括如下任一种或任多种物理量或结构：

密度；

杨氏模量；

泊松比；

尺寸，尺寸包括长度、宽度和/或厚度；

弹性杆13相对于配重体14的安装位置；

配重体14上具有配重体通孔141，多个配重体通孔141的形状完全相同、部分相同或完全不相同。

配重体14通过弹性杆13安装在围栏框12的内部并形成自由端，在受到外部的振动时，会发生颤振从而起到抑制振动的作用，其中，配重体14具有如下至少一种特征：

多个配重体14在围栏框12的内部呈对称布置或非对称布置；

多个配重体14的结构完全相同、部分相同或完全不相同；

配重体14为圆形、圆角矩形、矩形、正多边形或非对称结构；

配重体14为均匀材质制作、混合材质制作的块状结构或者采用镶嵌形式制作的块状结构，其中，镶嵌形式制作的块状结构包括内部采用金属材料外部包覆热熔成型的轻密度塑料的结构。

具体地，本发明中的抑振降噪单元结构，还具有如下任一种或任多种结构：

具有安装座2，安装座2上具有凸台21，安装端匹配安装在凸台21上。进一步地，安装座2上还设置有连框22，每相邻的两个凸台21通过连框22相连并共同围成空槽23。

围栏框12与支撑柱11铰接，围栏框12上设置有至少一个配重体14；

抑振降噪单元结构背离安装端的一侧的安装面上设置有膜层结构3，安装面为平面，膜层结构3与支撑柱11、围栏框12、弹性杆13、配重体14均接触；膜层结构3采用橡胶或硅胶膜制作。

具体地，本发明中的抑振降噪单元结构采用一体成型、增材制造或者零件组合的方式制备。

在实际应用中，多个支撑柱11所具有的安装端的端面形成一个平面，可匹配安装到具有平面的待抑振结构上。多个支撑柱11所具有的安装端的端面也可以将其设计后形成一个可调节的曲面，以满足待抑振结构外部为曲面的应用场景。

本发明中的抑振降噪单元结构包括一层或多层，每层所述抑振降噪单元结构包括一个或多个抑振降噪单元，相邻的两层抑振降噪单元结构之间采用胶粘、焊接、铆接和/或螺接等形式。

实施例1：

本实施例为基础实施例的一个优选例。

本实施例中，如图1所示，本实施例中的单元整体结构1包括4×3个矩形抑振降噪单元，每个矩形抑振降噪单元之间以围栏框12为界进行区分和连接。每个矩形抑振降噪单元中包含四个弹性杆13以及各自所设置的配重体14，每个弹性杆13和配重体14的材料参数和几何参数可不相同，由此形成四个可调频的谐振系统。可调频参数具体包括弹性杆13和配重体14各自的密度、杨氏模量和泊松比以及弹性杆13和配重体14各自的长度、宽度、厚度以及配重体14相对于弹性杆13的安装位置。

如图1所示，本实施例所示的单元整体结构1中的支撑柱11为短粗结构，而且每个弹性杆13的一端设置在围栏框12与支撑柱11交接的位置，目的是为了保证每个谐振系统在共振时产生的反相位惯性力更直接地传递至待抑振结构上。

如图2所示，本实施例所示的单元整体结构1在施工时使用了安装座2，安装座2包括凸台21、连框22以及凸台21、连框22相连后围成的空槽23。其中，凸台21用于与单元整体结构1中的每个支撑柱11形成紧密配合；连框22用于将安装座2维持为一个连续整体；空槽23用于去除非必要的面积，一方面减小增加使用安装座2所带来的附加重量代价，另一方面避免与具有大曲率的待抑振结构进行安装时无法紧密贴合的问题。

本实施例中的抑振降噪单元的几何形状和装配关系简单，可采用一体成型、增材制造或者零件组合的方式制备。抑振降噪单元的几何形状可采用多种结构，如图3、图4、图5、图6所示，亦即围栏框12的几何形状包括图3所示正方形、图4所示圆形、图5所示六边形以及图6所示矩形。

本实施例中，抑振降噪单元中每个弹性杆13的长度、宽度和厚度参数可不一致；配重体14可以为圆形、圆角矩形、矩形等任意形状；弹性杆13的数量为至少两个，由此可与配重体14形成至少两个可调频的谐振系统。

本实施例中，如图3、图4、图5、图6所示，抑振降噪单元中配重体14还包括其上开设的配重体通孔141，这样设计的目的在于：一方面有利于减少抑振降噪单元的附加重量，另一方面通过改变配重体通孔141的形状和大小改变配重体14的重量，从而增加一个调频参数。

进一步地，配重体14可以为由均匀材质制作的块状结构，也可以为混合材质或者内部镶嵌密度更大材料，如铁、铜、铅等金属材料，而外部包覆方便热熔成型的轻密度塑料，如橡胶、TPU、TPV、Peek、ABS、PLA、PC、PI、PP、PEI、PET等高分子材料。在使用模具进行一体成型时，可将配重块14在模具中做成镶件形式，可以通过模具中的镶件来调整配重块的形状和尺寸等参数。当需要进行频率调整时，可以通过更换其他的镶件来实现。

实施例2：

本实施例为基础实施例的一个变化例。

本实施例中，支撑柱11上开设有两个呈对称或非对称布置的支撑柱通孔111，每个围栏框12均贯穿多个支撑柱通孔111，的多个支撑柱通孔111中的每一个支撑柱通孔111位于不同的支撑柱11上，围栏框12与支撑柱通孔111间隙配合。

具体地，为了能够更好地在具有大曲率的待抑振结构的表面安装本发明提供的低频宽带抑振降噪单元结构，如图7所示，支撑柱11中开设两个支撑柱通孔111，圆环形状的围栏框12穿过支撑柱通孔111，并可以自由转动，如此每个围栏框12可提供给每个支撑柱11足够的变形空间，从而确保每个支撑柱11均能够与待抑振结构的表面实现良好地接触。

本实施例中，围栏框12的形状不限于圆环，并且支撑柱11中开设的两个支撑柱通孔111的尺寸可略大于围栏框12的尺寸或者明显大于围栏框12的尺寸，例如两个支撑柱通孔111合并为一个长条形的通孔，由此提供给每个支撑柱11更大的变形空间。

实施例3：

本实施例为基础实施例的另一个变化例。

本实施例中，弹性杆13被省略，图8所示，围栏框12兼具了之前实施例中弹性杆13的作用，围栏框12上设置至少一个配重体14，并且围栏框12与支撑柱11采用活动铰链的连接形式，以确保围栏杆12可以围绕该活动铰链自由转动，如此围栏框12可提供给每个支撑柱11足够的变形空间，从而确保每个支撑柱11均能够与待抑振结构的表面实现良好地接触。

单元整体结构1中的安装端相当于离散脚414，利用多个呈间隔设置的离散脚414的非连续性，从而使单元整体结构1能够更好的贴合于具有大曲率形状的筋板结构。

实施例4：

本实施例为基础实施例的又一个变化例。

本实施例中，如图9所示，本实施例中，单元整体结构1在背离支撑柱11安装端的一侧为平整面，膜层结构3与支撑柱11、围栏框12、弹性杆13和配重体14均接触。膜层结构3的主要作用在于对从待抑振结构辐射出的空气声波进行阻挡，由此增加一条空气声波传播的抑制路径，补充之前实施例中仅依靠由弹性杆13和配重体14配合构成的谐振系统对待抑振结构传递的结构声波的抑制效果。

此外，膜层结构3的材质可选用高阻尼的橡胶或硅胶膜等，从而增加由弹性杆13和配重体14配合构成的谐振系统在共振时的阻尼损耗，因此能够进一步拓展抑振带宽。

实施例5：

本实施例为基础实施例的再一个变化例。

本实施例中，如图10所示，单元整体结构1可与另一个附加单元整体结构4进行层叠应用。层叠的单元整体结构1的数量不限于图10所示的两层，而且层叠的单元整体结构1和附加单元整体结构4的构成参数可以相同亦可不同。

当层叠的单元整体结构1和附加单元整体结构4的构成参数相同时，可以进一步提高抑振频率上的抑振幅度；而当层叠的单元整体结构1和附加单元整体结构4的构成参数不同时，可以引入更多频率的谐振系统，从而拓展抑振带宽。

层叠的单元整体结构1和附加单元整体结构4之间可以采用胶粘、焊接、铆接、螺栓等方式实现连接。层叠的单元整体结构1和附加单元整体结构4之间不限于如图10所示的均在支撑柱11处进行连接的情况，单元整体结构1的支撑柱11还可以与附加单元整体结构4的围栏框12、弹性杆13或配重体14连接。

实验结果：

图11所示为本发明图1所示的实施例安装于均匀铝板的隔声量实验结果。

实验中使用的待抑振声结构为直径225mm，厚度1.2mm，6000系列铝合金板。单元整体结构1的整体尺寸为：长*宽*高152mm*114mm*10mm，4*2个抑振降噪单元阵列排布，由ABS材料采用增材制造，经过3D打印成型。

按照ASTM美国材料与试验协会，American Society for Testing and Materials标准E2611-19：“Standard Test Method for Normal Incidence Determination ofPorous Material Acoustical Properties Based on the Transfer Matrix Method”，在声阻抗管中采用四传声器法测试本实施例的单元整体结构1安装于待抑振结构后整体结构的法向入射隔声量。隔声量的数值越大表明待抑振结构的振动幅度越小，即声波透过的越少。

实验结果如图11所示，其中，虚线代表待抑振结构自身的结果，实线代表单元整体结构1安装于待抑振结构后的结果。据图可知，安装本实施例的单元整体结构1后待抑振结构的隔声性能在100Hz～480Hz频段得到明显的提升，其中108Hz、216Hz、324Hz和432Hz呈现出明显的隔声量尖峰，这四个隔声量尖峰的频率恰好对应抑振降噪单元中四个弹性杆13和配重体14配合构成的四个可调频谐振系统的共振频率。实验结果直接证明了本发明提出的低频宽带抑振降噪单元结构具备优异的性能。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种抑振降噪单元结构，其特征在于，包括：

支撑柱(11)，具有支撑端和安装端，所述安装端用于连接待抑振结构；

围栏框(12)，安装在所述支撑端上；

配重体(14)，包括多个，具有如下任一种安装形式：

所述配重体(14)安装在所述围栏框(12)上；

所述配重体(14)通过弹性杆(13)安装在所述围栏框(12)上；

所述配重体(14)通过弹性杆(13)安装在所述支撑柱(11)上。

2.根据权利要求1所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，所述弹性杆(13)和/或配重体(14)具有可调频参数，所述可调频参数包括如下任一种或任多种物理量或结构：

密度；

杨氏模量；

泊松比；

尺寸，所述尺寸包括长度、宽度和/或厚度；

所述弹性杆(13)相对于配重体(14)的安装位置；

所述配重体(14)上具有配重体通孔(141)，多个所述配重体通孔(141)的形状完全相同、部分相同或完全不相同。

3.根据权利要求1所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，所述配重体(14)通过弹性杆(13)安装在所述围栏框(12)的内部并形成自由端，其中，所述配重体(14)具有如下至少一种特征：

多个所述配重体(14)在所述围栏框(12)的内部呈对称布置或非对称布置；

多个所述配重体(14)的结构完全相同、部分相同或完全不相同；

所述配重体(14)为圆形、圆角矩形、矩形、正多边形或非对称结构；

所述配重体(14)为均匀材质制作、混合材质制作的块状结构或者采用镶嵌形式制作的块状结构，其中，镶嵌形式制作的块状结构包括内部采用金属材料外部包覆热熔成型的轻密度塑料的结构。

4.根据权利要求1所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，具有如下任一种或任多种结构：

具有安装座(2)，所述安装座(2)上具有凸台(21)，所述安装端匹配安装在凸台(21)上；

所述围栏框(12)与支撑柱(11)铰接，所述围栏框(12)上设置有至少一个配重体(14)；

抑振降噪单元结构背离所述安装端的一侧的安装面上设置有膜层结构(3)。

5.根据权利要求4所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，所述安装座(2)上还设置有连框(22)，每相邻的两个凸台(21)通过连框(22)相连并共同围成空槽(23)。

6.根据权利要求4所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，所述安装面为平面，所述膜层结构(3)与支撑柱(11)、围栏框(12)、弹性杆(13)、配重体(14)均接触；

所述膜层结构(3)采用橡胶或硅胶膜制作。

7.根据权利要求1所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，采用一体成型、增材制造或者零件组合的方式制备。

8.根据权利要求1所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，所述支撑柱(11)上开设有两个呈对称或非对称布置的支撑柱通孔(111)，每个围栏框(12)均贯穿多个支撑柱通孔(111)，所述的多个支撑柱通孔(111)中的每一个支撑柱通孔(111)位于不同的支撑柱(11)上，所述围栏框(12)与支撑柱通孔(111)间隙配合。

9.根据权利要求1所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，多个支撑柱(11)所具有的安装端的端面形成一个平面或形成一个可调节的曲面。

10.根据权利要求1所述的抑振降噪单元结构，其特征在于，抑振降噪单元结构包括一层或多层，每层所述抑振降噪单元结构包括一个或多个抑振降噪单元，相邻的两层抑振降噪单元结构之间采用胶粘、焊接、铆接和/或螺接。

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