CN211207960U - 吸声装置和具有该吸声装置的车轮 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及吸声装置和具有该吸声装置的车轮。所述吸声装置(10)构造为呈长方六面体状的盒体并形成一种多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构，同时，所述盒体形式的吸声装置(10)自身形成一种结构共振吸声器件，其第一阶固有模态频率与车轮气室(30)的第一阶固有模态频率一致。根据本申请提出的盒式吸声结构，在其组装于车轮中时，可以实现赫姆霍兹共振吸声和结构共振吸声有机结合的双重吸收车轮气室声共振的功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种吸声装置以及一种具有该吸声装置的车轮，特别是配有充气轮胎的汽车车轮。
背景技术
车轮在正常行驶过程中，路面对车轮的激励和车轮旋转不平衡导致的轮轴对车轮的激励，均可激发车轮内的空气室产生声共振，该共振又经过轮轴、悬架系统传至车身结构，继而向车内辐射噪声。其噪声特征以低频窄带为主，量值较高，给车内乘坐环境形成噪声干扰，需进行有效控制。
目前，有众多研究和专利提供了有效控制这种声共振的方法。该方法主要采用吸声控制原理，其中赫姆霍兹共振吸声应用较为广泛，效果较好。例如，中国专利CN101301842B、CN104981359B、CN105209267B、CN104908513B涉及一系列基于赫姆霍兹共振器降噪法实施的车轮技术方案。然而，在由现有技术已知的方案中，赫姆霍兹共振器的构造设计和安装结构较为复杂，并且在其吸声效果方面亦不甚理想。特别是，由于四车轮行驶过程中的状态不尽相同，会存在多个不同分布特性的窄带高值噪声，使得其在较宽频带内呈现出较大的噪声量值，这与赫姆霍兹窄带吸声的优点相矛盾。所以，基于赫姆霍兹吸声原理的结构仍需不断发展改进。同时，基于这种原理的结构多样，在控制幅值和频带宽度方面还有进一步提升的空间。另外，赫姆霍兹吸声原理也适宜与其它降噪原理(例如盒式结构共振吸声)相结合，以弥补赫姆霍兹原理的不足，从而能够更加有效地提高控制空气室共振的效率，但目前多种降噪原理的融合，在车轮气室声共振降低方面并未得以推广应用。
实用新型内容
本实用新型拟提出一种基于赫姆霍兹共振器原理特别构造的吸声装置，将其应用于车轮降噪，以克服现有技术中存在的上述缺陷，尤其是，通过采用双层多孔赫姆霍兹结构吸声和盒式结构共振吸声相结合的方式，实现更为有效的降噪效果。
为了提升车轮气室共振控制效果，本实用新型主要基于如下思想：一是采用双层多孔共振吸声结构，在控制原理上克服单一赫姆霍兹共振吸声在有限体积下提高低频吸声能力较困难以及吸声频带偏窄的缺陷；二是采用呈长方六面体状的盒式结构，优选由塑料材料制作，设计其结构共振频率和空气室共振频率一致，在双层多孔共振吸声基础上进一步增加吸声量，并扩展吸声频段。
具体而言，本实用新型提供一种吸声装置，该吸声装置安装在处于气体环境的运动部件上用以降低声共振，其特征在于，所述吸声装置构造为呈长方六面体状的盒体并形成一种多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构，其中，所述盒体具有两个在运动部件的运动方向上限定该盒体两端边界的侧面，盒体内部通过隔板被分割为沿着所述运动部件的运动方向相继布置的第一空腔和第二空腔，所述隔板平行于所述盒体的一端侧面，在所述侧面上安装有两个空心管，所述两个空心管分别在该侧面上具有向车轮气室开放的管口并且以相应于其管长的距离延伸到所述第一空腔之中，在所述隔板上安装有一个空心管，所述一个空心管在该隔板上具有向所述第一空腔开放的管口并且以相应于其管长的距离延伸到所述第二空腔之中，所述第一空腔和第二空腔构成所述多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的两个分层作用的共振腔。
在此，有利的是，盒体的结构参数由所述多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的预定吸声系数和吸声量确定，所述结构参数包括所述隔板和所述侧面的板体厚度、各所述空心管的管口孔径以及管长、所述第一空腔和第二空腔的形状、体积和壁厚。
值得注意的是，本申请所述“呈长方六面体状”并非严格限制于几何意义下精确的长方体形状，而是大体上呈现类似于长方六面体的形状即可，其中一个或多个面构造为具有一定的弧度和/或具有局部的凸起或者凹陷结构、相交面之间不是绝对正交、相对面之间不是绝对平行，均不影响本实用新型技术方案的实施。
相应地，本实用新型提供一种车轮，该车轮配备有如上所述的吸声装置，所述吸声装置安装于车轮气室内部用以降低声共振。
在车轮的轮毂上可以安装有一个或多个所述吸声装置。
在车轮的轮毂上也可并排设置有多个所述吸声装置或者沿着轮毂周向分布设置有多个所述吸声装置，以优化车轮整体的吸声降噪效果或其动平衡特性。
在此，所述吸声装置在安装状态适宜以其盒体底面贴靠在轮毂的轮辋底周面上，并且布置为：以安装有两个空心管的所述侧面作为车轮旋转运动时的气体迎流面。
优选地，所述吸声装置通过绑带(例如钢带)固定在车轮的轮毂上，易于拆装、更换。
有利的是，所述吸声装置盒体由金属或者塑料材料制成并且自身形成一种结构共振吸声器件，作为该结构共振吸声器件，其第一阶固有模态频率与车轮气室的第一阶固有模态频率一致。该吸声装置具备赫姆霍兹共振吸声和结构共振吸声有机结合的双重吸收车轮气室声共振的功能。
优选地，所述吸声装置在其对置于所述盒体底面的盒体顶面上设有U形凹槽，所述绑带嵌入所述U形凹槽并绕轮毂一周对吸声装置盒体进行固定。
优选地，所述绑带的两个端头通过卡扣紧固连接，绑带紧固力(或者说绑带张力)能够借助紧固工具调定和/或显示。
于是，根据本实用新型，便可实现一种安装于轮毂上用以降低车轮气室声共振的结构。其具体实施为一种呈长方六面体状的盒式结构，内由一层薄板分割成两个空腔，盒式结构的一个侧面(平行于盒内分割薄板)安装两个空心管，盒内分割薄板安装一个空心管，所述两个空心管的一端管口平面和盒式结构的侧面在一个面上，管长延伸到空腔内，所述一个空心管的一端管口平面和盒内分割薄板在一个面上，管长延伸到另一空腔内。所述结构的两个空心管和轮胎空气室相通，其安装于轮毂圆形弧周面上形成多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构。这种结构与单腔单孔式赫姆霍兹共振吸声相比，设计更容易向低频靠近，同时吸声频带更宽。所述结构的相关参数利用双层赫姆霍兹共振吸声结构的吸声系数和吸声量确定。
所述盒式结构优选由具有一定刚度和强度的塑料材料制作而成，紧贴于轮毂圆形弧周面上，并利用钢带进行固定安装。在此安装方式下的所述结构，其第一阶固有模态频率和车轮气室第一阶固有模态频率一致，形成结构共振吸声结构。
该结构的固有模态通过板厚和形状调节达到设计要求，该调节需要通过有限元计算实现。一方面其设计可以进一步增加上述多孔双层共振吸声结构的吸声量，也可以通过设计进一步增加吸声带宽。
由多孔双层共振吸声和结构共振吸声组成的这种盒式吸声结构，上表面可设计有U形凹槽，该盒式结构的安装方式是利用钢带通过U形凹槽，并绕轮毂一周对其进行固定。按实际需要和具体设计情况，在轮毂上布置多个盒式吸声结构也是可能的，钢带绕轮毂一周将轮毂上的几个盒式吸声结构一同固定。钢带连接处用卡扣紧固，紧固力可以用紧固工具显示，以判断安装的牢固程度。
本实用新型所能实现的有益技术效果特别在于，由多孔双层共振吸声和结构共振吸声组成的综合吸声结构，实现更有效的吸声效果，这体现在：一、吸声频率更容易向低频靠近；二、吸声频带更宽；三、吸声量更高。
附图说明
图1为本实用新型的吸声装置示意图。
图2为吸声装置在车轮上的安装位置示意图。
图3为吸声装置与轮毂的组装及固定方式示意图。
其中：1-盒体的安装有两个空心管的侧面，2-空心管，3-空心管，4-第一空腔,5-隔板，6-空心管，7-第二空腔，8-U形凹槽；10-吸声装置，20-轮毂，30-车轮气室，40-轮胎，50-绑带。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变换措辞，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
本申请提供一种吸声装置10，该吸声装置安装在处于气体环境(如图2所示，尤其是车轮气室30)的运动部件(如图2所示，尤其是配有充气轮胎40的汽车车轮的轮毂20)上用以降低声共振，如图1所示，所述吸声装置构造为呈长方六面体状的盒体并形成一种多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构，所述盒体具有两个在运动部件的运动方向上限定该盒体两端边界的侧面，盒体内部通过隔板5被分割为沿着所述运动部件的运动方向相继布置的第一空腔4和第二空腔7，所述隔板平行于所述盒体的一端侧面1，在所述侧面1上安装有两个空心管2、3，所述两个空心管分别在该侧面1上具有向车轮气室开放的管口并且以相应于其管长的距离延伸到所述第一空腔4之中，在所述隔板5上安装有一个空心管6，所述一个空心管在该隔板5上具有向所述第一空腔4开放的管口并且以相应于其管长的距离延伸到所述第二空腔7之中，所述第一空腔4和第二空腔7构成所述多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的两个分层作用的共振腔。盒体的结构参数由所述多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的预定吸声系数和吸声量确定，所述结构参数包括所述隔板5和所述侧面1的板体厚度、各所述空心管的管口孔径以及管长、所述第一空腔4和第二空腔7的形状、体积和壁厚。对此还将在下文作进一步阐释。
在此基础上，本申请还提供一种车轮，该车轮配备有如所述的吸声装置10，所述吸声装置安装于车轮气室30内部用以降低声共振。在车轮的轮毂20上安装有一个或多个所述吸声装置10。可行的是，在车轮的轮毂20上并排设置有多个所述吸声装置10或者沿着轮毂周向分布设置有多个所述吸声装置10。如图2所示，吸声装置10在安装状态以其盒体底面贴靠在轮毂20的轮辋底周面上，并且布置为：以安装有两个空心管的所述侧面1作为车轮旋转运动时的气体迎流面。如图3所示，吸声装置10通过绑带50(例如钢带)固定在车轮的轮毂20上。特别在利的是，吸声装置盒体由金属或者塑料材料制成并且自身形成一种结构共振吸声器件，作为该结构共振吸声器件，其第一阶固有模态频率与车轮气室30的第一阶固有模态频率一致。如图2和图3所示，所述吸声装置(10)在其对置于所述盒体底面的盒体顶面上设有U形凹槽8，所述绑带50嵌入所述U形凹槽并绕轮毂20一周对吸声装置盒体进行固定。所述绑带50的两个端头通过卡扣紧固连接，绑带紧固力能够借助紧固工具调定和/或显示。
图1示出了本实用新型吸声装置的实施例，其体现为一种由注塑加工的呈长方六面体状的盒式结构。内由一层薄板(隔板5)分割成两个空腔，亦即第一空腔4和第二空腔7，盒式结构的一个侧面1(平行于盒内分割薄板)上安装有两个空心管2和3，盒内分割薄板上安装有一个空心管6。
两个空心管2和3的一端管口平面和盒式结构的侧面1在一个面上，管长延伸到第一空腔4内，空心管6的一端管口平面和盒内分割薄板(隔板5)在一个面上，管长延伸到第二空腔7内。
图1中所示盒式共振吸声结构的两个空心管2和3和图2所示的车轮气室(或者说轮胎空气室)3相通，该盒式共振吸声结构安装于图2所示轮毂2圆形弧周面上，形成多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构。
图1所示呈长方六面体状的盒式结构的相关参数利用双层赫姆霍兹共振吸声结构的吸声系数和吸声量确定，如下式所述：
Z为共振结构的声阻抗。Zp1为第一层穿孔结构的孔的声阻抗，Za1为第一层空腔的声阻抗。Zp2为第二层穿孔结构的孔的声阻抗，Za2为第二层空腔的声阻抗。
式中，ρ为空气密度，c为空气声速，ω＝2πf，f为频率。γ为空气运动粘滞系数,γ＝15×10-6m2/s。t1和t2分别为第一层和第二层板的厚度，d1和d2分别为第一层和第二层板的孔径，δ1和δ2分别为第一层和第二层板的穿孔率，D1和D2分别为第一层和第二层空腔的厚度。
Zr为共振结构的相对声阻抗率。
令R为Zr的实部，X为Zr的虚部，共振吸声结构的吸声系数为：
吸声量计算公式：A＝αs
其中：A为共振吸声结构的吸声量。
S为共振吸声结构空心管2和空心管3的横截面积之和。
图1所示呈长方六面体状的盒式结构作为共振吸声结构，其第一阶固有模态频率和车轮气室第一阶固有模态频率一致。其固有频率通过板厚和形状调节达到设计要求，其调节方式需要通过有限元计算实现。
如图1所示的多孔双层共振吸声结构，其上表面设计有U形凹槽8，是为了将该吸声结构安装在图3所示的轮毂1上。如图2和图3所示，安装方式是：将钢带作为绑带3通过并嵌入U形凹槽8，绕轮毂一周将共振吸声结构紧压在轮毂上对其进行固定。钢带绕轮毂一周可以在轮毂上固定一个或多个吸声结构。钢带连接处用卡扣紧固，紧固力可以用紧固工具显示，以判断安装的牢固程度。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种吸声装置(10)，该吸声装置安装在处于气体环境的运动部件上用以降低声共振，其特征在于，所述吸声装置构造为呈长方六面体状的盒体并形成一种多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构，其中，所述盒体具有两个在运动部件的运动方向上限定该盒体两端边界的侧面，盒体内部通过隔板(5)被分割为沿着所述运动部件的运动方向相继布置的第一空腔(4)和第二空腔(7)，所述隔板平行于所述盒体的一端侧面(1)，在所述侧面(1)上安装有两个空心管(2，3)，所述两个空心管分别在该侧面(1)上具有向车轮气室开放的管口并且以相应于其管长的距离延伸到所述第一空腔(4)之中，在所述隔板(5)上安装有一个空心管(6)，所述一个空心管在该隔板(5)上具有向所述第一空腔(4)开放的管口并且以相应于其管长的距离延伸到所述第二空腔(7)之中，所述第一空腔(4)和第二空腔(7)构成所述多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的两个分层作用的共振腔。
2.根据权利要求1所述的吸声装置(10)，其特征在于，盒体的结构参数由所述多孔双层赫姆霍兹共振吸声结构的预定吸声系数和吸声量确定，所述结构参数包括所述隔板(5)和所述侧面(1)的板体厚度、各所述空心管的管口孔径以及管长、所述第一空腔(4)和第二空腔(7)的形状、体积和壁厚。
3.一种车轮，该车轮配备有按照权利要求1或2所述的吸声装置(10)，其特征在于， 所述吸声装置安装于车轮气室(30)内部用以降低声共振。
4.根据权利要求3所述的车轮，其特征在于，在车轮的轮毂(20)上安装有一个或多个所述吸声装置(10)。
5.根据权利要求3所述的车轮，其特征在于，在车轮的轮毂(20)上并排设置有多个所述吸声装置(10)或者沿着轮毂周向分布设置有多个所述吸声装置(10)。
6.根据权利要求4或5所述的车轮，其特征在于，所述吸声装置(10)在安装状态以其盒体底面贴靠在轮毂(20)的轮辋底周面上，并且布置为：以安装有两个空心管的所述侧面(1)作为车轮旋转运动时的气体迎流面。
7.根据权利要求6所述的车轮，其特征在于，所述吸声装置(10)通过绑带(50)固定在车轮的轮毂(20)上。
8.根据权利要求7所述的车轮，其特征在于，所述吸声装置(10)盒体由金属或者塑料材料制成并且自身形成一种结构共振吸声器件，作为该结构共振吸声器件，其第一阶固有模态频率与车轮气室(30)的第一阶固有模态频率一致。
9.根据权利要求7所述的车轮，其特征在于，所述吸声装置(10)在其对置于所述盒体底面的盒体顶面上设有U形凹槽(8)，所述绑带(50)嵌入所述U形凹槽并绕轮毂(20)一周对吸声装置盒体进行固定。
10.根据权利要求9所述的车轮，其特征在于，所述绑带(50)的两个端头通过卡扣紧固连接，绑带紧固力能够借助紧固工具调定和/或显示。
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