CN114552858A - 一种基于Sheet-Primitive结构的轻质电动舵机隔声外壳及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Sheet‑Primitive结构的轻质电动舵机隔声外壳，包括外壳本体和覆盖于所述外壳本体表面的隔声层；所述隔声层采用片层状极小曲面Sheet‑Primitive结构制作；本发明在不改变舵机原有设计的情况下，通过适形贴合在舵机外壳表面的轻质高强、高比表面积的多孔点阵结构，实现衰减机械振动声波并隔离噪声。
Description
技术领域
本发明属于水下航行器技术领域，具体涉及一种轻质高强、可高效隔声吸能的电动舵机多孔隔声外壳，实现大幅降噪减振。
背景技术
电动舵机系统是如今舰船、潜艇等控制系统中重要的高精度执行机构，在如今世界各国的海洋安全意识不断强化、海洋军事力量发展不断壮大的背景下，其性能提升迫在眉睫。
噪声与振动对舰船的声隐身战略性、运作安全性以及人员舒适性有着重要影响，电动舵机的性能提升的一个重要指标就是隔声降噪，以提升航行器隐蔽性，利于舰船的声隐身功能。为了降低舵机运转带来的机械振动噪声，目前主要通过以下三种方式实现：1)舵机内部结构的优化设计；2)舵机外部附加隔声装置；3)采用隔声材料制备舵机外壳。优化舵机内部结构设计实现降噪功能，可能在一定程度上牺牲舵机的工作性能；外部附加隔声装置的实用性较强，设计不受限于壳体的几何精度要求，也不影响舵机本身的结构设计，但是增加了整体舵机系统的结构复杂度和制备成本；而直接采用单层或双层的隔声复合材料制备舵机外壳，设计与制备过程复杂，并且在一定程度上会影响舵机外壳的抗冲击、承载力学性能和安装稳定性，存在使用安全隐患。
发明内容
因此，本发明的目的是面向如今电动舵机的隔声需求，针对其内部电机的机械振动噪声抑制问题，考虑不改变舵机原有设计的情况下，设计一种能够适形贴合在舵机外壳表面的轻质高强、高比表面积的多孔点阵结构，实现衰减机械振动声波并隔离噪声的舵机隔声外壳。
本发明的基于Sheet-Primitive结构的轻质电动舵机隔声外壳，包括外壳本体和覆盖于所述外壳本体表面的隔声层；所述隔声层采用片层状极小曲面Sheet-Primitive结构制作。
进一步，所述隔声层厚度为2mm，片层状极小曲面Sheet-Primitive结构点阵单胞的尺寸为2×2×2mm，片层厚度为0.2mm。
进一步，所述隔声层采用铝合金材料通过增材制造选择性激光熔化技术制造。
本发明还公开了一种制造所述电动舵机减振外壳的方法，包括以下步骤：
s1.绘制Sheet-Primitive极小曲面；
s2.将绘制出的所述极小曲面进行加厚形成片层状极小曲面Sheet-Primitive结构单胞；
s3.基于舵机外壳本体表面进行适形设计，将得到的片层状极小曲面Sheet-Primitive结构单胞阵列组合成整体隔声层模型；
s4.采用铝合金材料通过增材制造选择性激光熔化技术制备出所述隔声层，完成修边与清理后通过专用粘结剂与舵机外壳本体表面紧密连接。
本发明的有益效果为：
1.本发明的隔声层采用极小曲面结构，其具有大量相互贯通的连续且均匀的片层空腔、比表面积大，能够极大程度地衰减机械振动声波，隔离舵机内部噪声，实现吸能降噪。
2.本发明的舵机隔声外壳的Sheet-Primitive极小曲面点阵结构具有轻质高强的力学特性，能够增强舵机壳体的强度与刚度，提高舵机运转安全性与稳定性。
3.本发明的舵机外壳表面独立的极小曲面隔声层结构设计，加工制备方便、整体结构简单，能够很好地适形于舵机外壳表面，不影响原有舵机的内部结构设计与舵机安装。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：
图1为本发明的舵机外壳本体的示意图；
图2为Sheet-Primitive极小曲面点阵单胞与阵列结构模型示意图；
图3为舵机隔声外壳示意图。
具体实施方式
本实施例的基于Sheet-Primitive结构的轻质电动舵机隔声外壳，包括外壳本体和覆盖于所述外壳本体表面的隔声层；外壳本体的基本几何结构由舵机的机构尺寸及运行空间要求确定，外壳本体一般由顶盖2与底座1组成，如图1所示。
所述隔声层具体由片层状Sheet-Primitive极小曲面点阵结构设计而成，其函数表达式如下，通过改变相应参数t可实现结构形状的变化：
此处设置等值面参数t为0，基于实际结构尺寸设置周期性参数为π，并且设置结构大小范围参数x，y，z均为(0，2)，然后使用Matlab进行曲面绘制，由此获得了单胞尺寸为2mm的Primitive极小曲面。再使用三维建模软件将曲面进行加厚，设置厚度为0.2mm，获得轻质高强、高孔隙率、高比表面积、优越隔声性能的片层状Sheet-Primitive极小曲面点阵结构，具体结构如图2所示。
基于获得的片层极小曲面结构，进一步根据舵机外壳形状阵列设计、结构组合获得了厚度为2mm的隔声层(图2)。采用本舵机隔声外壳的舵机在工作时，舵机内部振动噪声进入隔声层内部大量空腔中，经过内表面多次反射和透射，消耗并吸收大量能量，使得噪声声波极大衰减，达到降噪减振的目的，实现对外隔声，有益于舵机声隐身。
本实施例的轻质电动舵机隔声外壳的制造方法，包括以下步骤：
s1.绘制Sheet-Primitive极小曲面；
s2.将绘制出的所述极小曲面进行加厚形成片层状极小曲面Sheet-Primitive结构单胞；
s3.基于舵机外壳本体表面进行适形设计，将得到的片层状极小曲面Sheet-Primitive结构单胞阵列组合成整体隔声层模型；
s4.采用铝合金材料通过增材制造选择性激光熔化技术制备出所述隔声层，完成修边与清理后通过专用粘结剂与舵机外壳本体表面紧密连接。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种基于Sheet-Primitive结构的轻质电动舵机隔声外壳，其特征在于：包括外壳本体和覆盖于所述外壳本体表面的隔声层；所述隔声层采用片层状极小曲面Sheet-Primitive结构制作。
2.根据权利要求1所述的电动舵机隔声外壳，其特征在于：所述隔声层厚度为2mm，片层状极小曲面Sheet-Primitive结构点阵单胞的尺寸为2×2×2mm，片层厚度为0.2mm。
3.根据权利要求1所述的电动舵机隔声外壳，其特征在于：所述隔声层采用铝合金材料通过增材制造选择性激光熔化技术制造。
4.一种制造权利要求1-3任一项所述的电动舵机隔声外壳的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1.绘制Sheet-Primitive极小曲面；
s2.将绘制出的所述极小曲面进行加厚形成片层状极小曲面Sheet-Primitive结构单胞；
s3.基于舵机外壳本体表面进行适形设计，将得到的片层状极小曲面Sheet-Primitive结构单胞阵列组合成整体隔声层模型；
s4.采用铝合金材料通过增材制造选择性激光熔化技术制备隔声层，完成修边与清理后通过专用粘结剂与舵机外壳本体表面紧密连接。
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| CN202210082360.5A CN114552858A (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种基于Sheet-Primitive结构的轻质电动舵机隔声外壳及其制造方法 |
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