CN114771797A - 粘弹性材料填充曲杆化点阵结构舵机减振底座及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粘弹性材料填充曲杆化点阵结构舵机减振底座，包括底座本体和嵌入所述底座本体表面的复合材料减振层；所述复合材料减振层包括弧形杆点阵结构和填充于弧形杆点阵结构内的粘弹性填充材料。本发明在舵机底座壳体内嵌入粘弹性材料填充力学性能优良的点阵多孔结构的减振层结构，设计出兼具承载与吸收机械振动、噪声的舵机减振底座，有效减小舵机系统的振动幅度。
Description
技术领域
本发明属于水下航行器技术领域，具体涉及一种同时具有优良承载性能与振动抑制效果的电动舵机减振底座，实现结构振幅大范围降低。
背景技术
在海洋事业飞速发展、世界各国海洋防卫意识不断增强的时代背景下，大幅提升水下航行器的声隐身功能已经成为业内关注的重点问题。
舰船等航行器工作时产生的振动与噪音问题显得尤为突出。为了降低水下航行器中舵机振动带来的危害，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)舵机外部附加减振装置；3)采用减振缓冲材料制备舵机底座。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，并且振动抑制范围十分有限；外部附加减振装置的实用性较强，设计不受限于外壳的几何精度要求，也不影响舵机本身的结构设计，但是增加了整体舵机结构系统的复杂度和制备成本；而直接采用单一或复合的减振缓冲材料制备舵机外壳，设计复杂、加工制备精度高，并且无法保证舵机系统的力学承载性能以及安装稳定性，很难同时达到结构与阻尼的理想效果。
本发明针对现有技术中存在的上述不足，基于粘弹性材料与承载性能优异的轻质曲杆化点阵结构的特点，设计一种有利于舰船的声隐身功能、解决舵机结构内部承载与吸振减振相互约束的问题，内壳嵌入减振层的舵机减振底座。该减振底座具有良好的力学承载、抗冲击性能以及减振功能。
发明内容
因此，本发明的目的是面向当前舵机底座的迫切减振需求，针对其面临的承载与阻尼相互制约的问题，对底座结构进行设计，考虑于舵机底座壳体内嵌入粘弹性材料填充力学性能优良的点阵多孔结构的减振层结构，实现兼具承载与吸收机械振动、噪声的舵机减振底座，有效减小舵机系统的振动幅度。
本发明的粘弹性材料填充曲杆化点阵结构的电动舵机减振底座，包括底座本体和嵌入所述底座本体表面的复合材料减振层；所述复合材料减振层包括弧形杆点阵结构和填充于弧形杆点阵结构内的粘弹性填充材料。
进一步，所述弧形杆点阵结构为采用尼龙材料制作的BCT Curve弧形杆点阵结构。
进一步，所述粘弹性填充材料为热固性聚氨酯。
进一步，所述复合材料减振层厚度为2.5mm；BCT Curve弧形杆点阵结构单胞尺寸为1.5×2×2.5mm，杆径为0.3mm，相对密度为0.1027，单胞阵列方向垂直于点阵单胞的最长边，BCT Curve弧形杆点阵结构单胞端点至中心连线。
本发明还公开了一种用于制造所述电动舵机减振底座的方法，包括以下步骤：
s1.构建弧形杆点阵结构单胞；
s2.将构建出的弧形杆点阵结构单胞沿垂直于最长边的方向阵列形成弧形杆点阵结构；
s3.以尼龙为母材，采用选择性激光烧结技术打印出所述弧形杆点阵结构；
s4.将固性聚氨酯真空浇注填充到打印出的点阵结构的空隙中，以低于尼龙材料热变形的温度进行固化，经过冷却密封、修边处理掉表面多余材料并清洗干净；
s5.获得匹配舵机底座壳体尺寸及满足安装需求的复合材料减振层，通过粘结剂将复合材料减振层内嵌于舵机底座本体的内壳，获得减振底座。
本发明的有益效果为：
1.基于粘弹性材料填充曲杆化点阵结构的底座减振层通过复合材料层设计能够有效提升底座的减振性能，获得高阻尼，达到高效吸能、减小振幅的目的，并具有带隙设计的潜力。
2.本发明的舵机减振底座的固有频率与实心结构相差不大，具有高刚度、高强度的优良承载性能。
3.本发明的舵机减振底座重量较轻、加工制备简单，减振层内嵌于底座内壳，不影响原有舵机内部结构的设计与安装。
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为舵机底座的示意图；
图2(a)为BCT Curve点阵单胞结构的示意图；
图2(b)为BCT Curve点阵结构的示意图；
图3为舵机减振底座制造方法流程图；
图4为舵机减振底座的示意图。
具体实施方式
本实施例的粘弹性材料填充曲杆化点阵结构的舵机减振底座，包括底座本体1和嵌入所述底座本体1表面的复合材料减振层2；底座本体1的基本几何结构由舵机的机构尺寸及运行空间要求确定，如图1所示。所述复合材料减振层2包括弧形杆点阵结构和填充于弧形杆点阵结构内的粘弹性填充材料3。所述弧形杆点阵结构为采用尼龙材料制作的BCTCurve弧形杆点阵结构4，该弧形杆结构是由单胞尺寸为1.5×2×2.5mm，杆径为0.3mm的经典体心立方BCT直杆点阵单胞(中心对称结构)沿x，y，z三个方向进行阵列以及合并后，其中形成的沿任意水平方向上的平面四边形转换为对应且唯一的外接圆或外接椭圆而形成的单层弧形杆结构。BCT Curve弧形杆点阵单胞在原经典BCT直杆点阵单胞的支柱结点处的曲率变为0。
BCT Curve弧形杆点阵结构4由曲杆化单胞组成，单胞由弧形杆组成，具有高比表面积、高孔隙率、受载应力集中较少、力学性能优于直杆点阵结构2倍以上的特性。本实施例中的所述复合材料减振层2厚度为2.5mm；BCT Curve弧形杆点阵结构单胞尺寸为1.5×2×2.5mm，杆径为0.3mm，相对密度为0.1027，单胞阵列方向垂直于点阵单胞的最长边。本实施例所采用的粘弹性填充材料3为热固性聚氨酯。
如图3所示，本实施例的电动舵机减振底座的制造方法，包括以下步骤：
s1.构建弧形杆点阵结构单胞；通过计算机三维建模软件构造合适结构尺寸的曲杆化结构，如图2(a)所示，本实施例选择轻质高强、屈曲性能与抗压性能大幅优于直杆点阵结构的BCT Curve弧形杆点阵结构单胞，该单胞尺寸为1.5×2×2.5mm，杆径为0.3mm，相对密度为0.1027；
s2.将构建出的弧形杆点阵结构单胞沿垂直于最长边的方向阵列形成弧形杆点阵结构；如图2(b)所示，阵列形成的点阵结构厚度为2.5mm；
s3.以尼龙(PA6)为母材，采用选择性激光烧结技术(SLS)打印出所述弧形杆点阵结构，其泊松比为0.34；
s4.将固性聚氨酯真空浇注填充到打印出的点阵结构的空隙中，以低于尼龙材料热变形的温度进行固化，经过冷却密封、修边处理掉表面多余材料并清洗干净；尼龙材料热变形温度为145℃，因此，本实施例中选取的固化温度为120℃；固化时间为3小时。
s5.获得匹配舵机底座壳体尺寸及满足安装需求的复合材料减振层2，通过粘结剂将复合材料减振层2内嵌于舵机底座本体1的内壳，获得减振底座。
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 (5)
1.一种粘弹性材料填充曲杆化点阵结构舵机减振底座，其特征在于：包括底座本体和嵌入所述底座本体表面的复合材料减振层；所述复合材料减振层包括弧形杆点阵结构和填充于弧形杆点阵结构内的粘弹性填充材料。
2.根据权利要求1所述的舵机减振底座，其特征在于：所述弧形杆点阵结构为采用尼龙材料制作的BCT Curve弧形杆点阵结构。
3.根据权利要求1所述的舵机减振底座，其特征在于：所述粘弹性填充材料为热固性聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的舵机减振底座，其特征在于：所述复合材料减振层厚度为2.5mm；BCT Curve弧形杆点阵结构单胞尺寸为1.5×2×2.5mm，杆径为0.3mm，相对密度为0.1027，单胞阵列方向垂直于点阵单胞的最长边。
5.一种用于制造权利要求1-4任一项所述的舵机减振底座的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1.构建弧形杆点阵结构单胞；
s2.将构建出的弧形杆点阵结构单胞沿垂直于最长边的方向阵列形成弧形杆点阵结构；
s3.以尼龙为母材，采用选择性激光烧结技术打印出所述弧形杆点阵结构；
s4.将固性聚氨酯真空浇注填充到打印出的点阵结构的空隙中，以低于尼龙材料热变形的温度进行固化，经过冷却密封、修边处理掉表面多余材料并清洗干净；
s5.获得匹配舵机底座壳体尺寸及满足安装需求的复合材料减振层，通过粘结剂将复合材料减振层内嵌于舵机底座本体的内壳，获得减振底座。
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