CN2123564U - 高阻尼宽频带吸声壁 - Google Patents

Abstract

一种能在齿轮箱和车间等内壁安装、降低噪声的 高阻尼宽频带吸声壁，由若干吸声壁单元组成。该单 元包括三棱条形吸声尖劈(设微孔d₁和小空腔若干 )、空气阻尼箱的面板(设若干微孔d₂小孔d₃)和阻尼 盒(设若干小阻尼腔)、阻尼箱外的空盒、空盒外的凸 状燕尾台和凹状燕尾槽、隔声板。沿着声传播方向， 从微孔d₁经小空腔、微孔d₂到对应的小阻尼腔，从 尖劈间的谷底小孔d₃至对应的小阻尼腔，分别为声 波的双层和单层空腔共振器，使其成为双层、单层起 伏相间的微穿孔板吸声结构。

Description

本实用新型是涉及一种高阻尼宽频带的、且以吸声为主兼有隔声和散射功能的消声装置。具体而言，可用于汽车、拖拉机、内燃机、机床、减速机等机器的齿轮箱，或其它机械设备的壳形体（机壳、机座、箱体、盖、罩）和容器中的吸声、隔声。噪声大的车间和房间内壁上也可以安装它。

有效地降低机器噪声的主要途径之一，是减少它的齿轮箱噪声。而减少齿轮箱的噪声，又主要是：一、从声源上根洽噪声；二、在噪声传播的途径上用吸声和隔声的方法降低噪声。本实用新型就是在噪声传播的途径上实现降低齿轮箱等的噪声之技术。

关于声的吸收，现有的主要有四种吸声结构。华中理工大学出版社于1990年8月出版的《噪声控制理论》一书中的144～148页，中国农业机械出版社于1983年7出版的《机械噪声控制技术》一书中的146～149页，列举了：

1.薄板共振吸声结构。其共振频率在80Hz～300Hz范围内，共振时的吸声系数在0.2～0.5之间，薄板后的空气层所占用空间（包括厚度）大；

2.穿孔板共振吸声结构。只有外界声波频率和它的固有频率一致时，消耗声能才最多。因此该结构对噪声频率的选择性很强，只要偏离了它的固有频率，吸声效果就差；

3.微穿孔板吸声结构。它的吸声系数比较大、吸声频带宽、散热性好。但要吸声效果显著，一般采用双层的（或多层的）微孔板吸声结构，其阻尼空腔串联以后，一般前腔深80mm，后腔深120mm；

4.吸声尖壁结构。当它的高度等于噪声中最低频率的声波长度（λ）一半时，其吸声系数可达0.98，几乎可以吸收全部声能。

如果将上述吸声结构应用于齿轮箱、壳形体中，达到吸声降噪目的，是不可能的。因为在齿轮箱内安装吸声壁，必须符合三个最基本条件：

1.吸声壁的厚度，不能超过齿轮顶端和箱体内壁之间的最小间隙。在绝大多数齿轮箱中，这个最小间隙一般在10mm～30mm之间。

2.由于齿轮箱发射的噪声大、频带宽，因而要求吸声壁的吸声系数高、透过系数小、吸声频带宽，高、中、低频的噪声大部分能被吸收。

3.容易装拆，且不因取用阻尼材料而使齿轮箱温度升高超过标准，具有一定的散热能力。

上述四种吸声结构，第一种以吸收低频声波为主；第二种吸收频带选择性太强；第三种吸声的频带虽然较宽，但因有双层阻尼空腔而使厚度加大；第四种对高、中、低频声均可吸收，但因吸声尖壁高度等于最低频率声波长的一半，使其厚度更大。总之，现有吸声结构，没有一种能全面符合三个最基本条件，是不能在齿轮箱等中安装的。并且，根据国内外专利检索，能达到上述三个基本条件的，在齿轮箱等内壁安装的吸声壁也是没有的。

为此，本实用新型的目的，就是要为齿轮箱等提供一种吸声壁，不仅具备现有吸声结构之优点，而且符合齿轮箱等内壁安装吸声壁的三个最基本条件。

本实用新型的技术解决方案是：一种高阻尼、宽频带吸声壁，尤其是适宜于机器的齿轮箱、壳形件内壁安装的吸声壁。它包括了由若干吸声壁单元组成的吸声壁主体、与主体两侧连接的楔形块、装在齿轮箱（或车间）内壁的并使主体两侧楔形块定位的箱角（屋角）楔形定位板。

组成吸声壁主体的每个吸声壁单元，沿着声传播的方向，又包括了三棱条形吸声尖壁、空阻尼箱所属的面板和阻尼盒、套装在阻尼箱外的空盒、空盒外边的凸状燕尾台和凹状燕尾槽、隔声板。其要点是：

1.三棱条形吸声尖壁的尖端设有若干微孔〔d₁〕，其内设有若干小空腔，且孔和腔连通，数量相等；三棱条形吸声尖劈的底部（大端）都座落在空气阻尼箱的面板上，所占处的面积呈长方形（长为宽的二倍），和面板的面积相等；由于三棱条形吸声尖劈的长度只有面板长度的一半，因此它们在面板上的排列，横向一半，纵向一半，互相垂直。

2.空气阻尼箱由面板和阻尼盒组成，面板在其上，设有若干微孔〔d₂〕和若干小孔〔d₃〕；阻尼盒在其下，盒内设有若干小阻尼腔。微孔〔d₂〕在三棱条形吸声尖劈之下，上通尖劈的小空控，下连相对应的阻尼盒内的小阻尼腔。并且，微孔〔d₂〕和微孔〔d₂〕所对应的小空腔、小阻尼腔，三者的数量相等。小孔〔d₃〕在两个三棱条形吸声尖劈之间的谷底，上通齿轮箱等内的空气层，下连相对应的阻尼盒内的小阻尼腔。并且，小孔〔d₃〕和小孔〔d₃〕所对应的小阻尼腔，两者数量相等。

3.在每个吸声壁单元上，空气阻尼箱的阻尼盒的四周，套装在既无顶又无底的长方形空盒内，空盒的四个外边有凸状燕尾（梯形）台和凹状（梯形）燕尾槽，一左一右，一上一下，彼此对应。

4.在空气阻尼箱的后面（底部），又连着一层隔声板。

组装时，将一个吸声壁单元的凸状燕尾台插入另一个吸声壁单元的凹状燕尾槽内，就可装成需要的各种面积的吸声壁主体。在主体的两端又连接着两直角边相等的、呈直角三角形的楔形块。再在齿轮箱内的四角装上箱角楔形定位板，箱体内就呈现出四个大的凹状燕尾槽，而后将装有楔形块的吸声壁主体插入箱体内凹状燕尾槽中，使其定位，就成了完整的吸声壁。

如果齿轮箱、壳形体、容器中盛有润滑油，就在吸声壁的外表面蒙上一层尼龙簿膜，防止润滑油的渗入，以免消声功能大幅度降低。

上述结构，综合论之，吸声壁单元的根本特征是吸声尖劈和空气阻尼箱组成了一起一伏的、彼此相间的双层和单层微穿孔吸声结构——从吸声尖劈尖端微孔〔d₁〕经尖劈内的的小空腔、空气阻尼箱面板上的微孔〔d₂〕，到微孔所对应的小阻尼腔，类似双层微穿孔板吸声结构（双层空腔共振器）；从吸声尖劈间的谷底所辖面板上的小孔〔d₃〕，到小孔〔d₃〕所对应的小阻尼腔，属于单层微穿孔板吸声结构（单层空腔共振器）。

在这单层和双层兼备的微穿孔板吸声结构中，值得注意的技术条件是：

如果在齿轮箱、壳形体、容器、车间里，倍频程中声压级最大的噪声之波长为λ，则吸声尖劈的高度〔h〕为波长〔λ〕的 1/4 ～1/20 ；

如果吸声尖劈的高度为h，则每个吸声尖劈的宽度［B］控制在0.2h～1.15h之间；

吸声壁的高度［h₀］，在齿轮箱中，应小于齿轮顶端至箱体内壁之间的最小间隙。应用于齿轮箱、壳形体、管道中，高度一般在30mm以下，应用于车间、动力房内时，高度一般控制在30～200mm之间；

吸声尖劈的板厚［δ₁］采用非金属材料时，为0.5～2.5mm，采用金属材料时，为0.4～1mm；

空气阻尼箱的面板厚［δ₁］，控制在1mm之下；

吸声尖劈上的微孔［d₁］穿孔率p₁（指与尖劈、微孔d₁轴心线相垂直的、又为尖劈所辖的平面上的穿孔率）为1％～5％；

空气阻尼箱面板上微孔［d₂］的穿孔率p₂，根据试验为0.33p₁～0.88p₁。面板上两尖劈之间的小孔［d₃］的穿孔率为所辖面积的1％－5％；吸声尖劈上的微孔［d₁］和它对应的面板上的微孔［d₂］直径为0.6～1mm。面板上的小孔［d₃］直径为0.8～1.2mm；

吸声壁在介质温度高于80℃时，用金属簿板制成，隔声板根据其耐温性能而定，可用亦可不用。在介质温度低于80℃时，可用麻城降噪材料厂产的HM87－10降噪板或用“PVC”塑料板，或采用无毒聚氯乙烯硬板，或用以聚氨脂为主要成分的聚合软木板模压成吸声尖劈；以聚四氟乙烯板SFB－1型，或无毒聚氯乙烯硬板，模压或铸塑成空气阻尼箱；而隔声板也由聚合软木板制成。

由于本实用新型融合了吸声尖劈和双层微穿孔板吸声结构之长，使得自身的声阻增大，声质量减小，从而提高了吸声系数，拓宽了吸声频带，并使共振阻尼腔的深度大大缩短〔注〕。因而在齿轮箱和车间等的内壁上所占的厚度（空间）小，用材少，生产成本低。经试验还证明：对于高、中低频噪声均有良好的吸声和隔声效果，吸声频带在100Hz～20000Hz之间，吸声系数从0.2到0.995，吸声壁厚度可压缩到30mm以下。而且使齿轮箱等的振动三值（加速度、速度、振幅）明显下降，沿长了使用寿命。此外，第三层隔声板的再次隔声吸声作用，使得齿轮箱等系统内的透耐系数达到0.01～0.30。

本实用新型的机理是：当吸声尖劈受到外声压的挤压时，由于尖劈和表面层的高阻尼吸声材料的吸声作用，一部分大于尖劈本身敏感声波频率〔f_m〕的声波就被吸收掉；一部分通过尖劈斜面形成了声的散射（漫反射），反回到齿轮箱或车间中，消除了混响；一部分声波通过尖劈上微孔〔d₁〕进入尖劈内空腔时，微孔中的空气柱有一定的声质量m，而空腔内空气有弹性，可视为弹簧k，它们组成了一个简单的弹性共振系统。微孔〔d₁〕中空气柱m受声波压力和空腔中空气（弹簧）k的两种作用，就像活塞一样进行往复运动，与孔壁产生摩擦，使声能转变为热能而被消耗。总之，相当多的高、中频声波在尖劈内外被吸收。

余下的以中低频为主的声波，有的经面板上的微孔〔d₂〕而进入空气阻尼箱中相应的小阻尼腔，由于双层微穿孔板吸声结构的第二次吸声作用，中、低频声的大部分声能被消耗掉。而经过两尖劈中间谷底上的小孔〔d₃〕而进入小阻尼腔的声波，由于单层微穿孔板吸声结构的吸声作用，又有以中波为主的一部分声波被吸收。

最后剩下的少量的低频为主的声波，在经过聚合软木板（隔声板）时，除了板少量被吸收外，其多数被隔绝而不能透射出去。

在上述优点和机理支配下，本实用新型应用齿箱内可降低噪声3～8分贝，应用车间降低噪声4～12分贝，应用于容器或管道中降低噪声5～15分贝，应用于高速气流管道中，消声量可达15～40分贝。

附图的图面说明如下：

图1是本实用新型一个吸声壁单元主视图。

图2是图1A－A处的剖视图。

图3是图1B－B处的剖视图。

图4是吸声壁主体和主体两侧楔形块的结构示意主视图。

图5是图4的俯视图。

图6是凹状楔形块的主视图。

图7是图6的俯视图。

图8是凸状楔形块的主视图。

图9是图8的俯视图。

图10是箱角楔形定位板的主视图。

图11是箱角楔形定位板的左视图。

本实用新型下面将结合附图作进一步详述：

参看图1、图2、图3，作为组成吸声壁的吸声壁单元，包括了纵向的和横向的三棱条形吸声尖〔1〕〔13〕、空气阻尼箱面板〔2〕、空气阻尼箱的阻尼盒〔3〕、隔声板〔4〕、还有空盒〔11〕四个侧面的凸状燕尾台〔5〕、〔7〕和凹状燕尾槽〔6〕、〔8〕。

它们之间的关系是：三棱条形吸声尖劈〔1〕、〔13〕间的谷底〔9〕固定在空气阻尼箱的面板〔2〕上，面板〔2〕又固定在空气阻尼箱的阻尼盒〔3〕的顶部〔10〕上，阻尼盒〔3〕的四周套装在空盒〔11〕内，空盒〔11〕的四边又固定凸状燕尾台〔5〕、〔7〕和凹状燕尾槽〔6〕、〔8〕，最后将隔声板〔4〕固定在阻尼盒〔3〕的底面〔12〕上。上述固定方式，可用801强力胶等粘结，亦可用螺钉连接。

在吸声壁单元上，吸声尖劈的构成，有三棱条形吸声尖劈〔1〕、〔13〕共2n条，纵向、横向各设n个，且互相垂直。吸声壁单元的宽为a，则该单元的长为b等于2a。每条“三棱条形吸声尖劈”的尖端设有（2n－1）个微孔〔14（d₁）〕，其内又设有（2n－1）个小空腔〔15〕。因此，在该单元内，就有微孔〔14（d₁）〕共2n（2n－1）个，亦有小空腔〔15〕共2n（2n－1）个（图1、图2、图3中n＝5，小空腔和微孔d₁均为90个）。

另外，在吸声壁单元上，构成吸尖劈的，还有“三棱条形吸声尖劈”之间的谷底〔9〕。每条谷底〔9〕上有小孔〔d₃〕，其数量为〔2n－1〕个，而一个单元上的谷底有2〔n－1〕条，因此一个单元上的小孔〔d₃〕就有2（n－1）（2n－1）个［图中为2（5－1）×（2×5－1）＝72个］。

同样可知，在吸声壁单元中的空气阻尼箱的面板〔2〕上，有与尖劈小孔腔〔15〕相连的微孔〔d₂〕共2n（2n－1）个，也有与谷底〔9〕贯通的小孔〔d₃〕，其总数也是2（n－1）（2n－1）个。

在吸声壁单元上空气阻尼盒〔3〕内，设有与空腔〔15〕相连通的小阻尼腔〔16〕，其数量是2n（2n－1）个；还设有与谷底〔9〕相应的小阻尼腔〔17〕，其数量和小孔〔d₃〕的孔数相等。

参看图4、图5（并结合图6、图7、图8、图9），它是由若干个（图中是18个）吸声壁单元和凸、凹状的楔形块〔22〕、〔23〕组装而成的吸声壁主体的示意图。从图可知，组装必须遵循一个原则：凸台〔7〕、〔5〕入凹槽〔6〕、〔8〕，凸凹各一边，凸台（凹槽）若在左，凹槽〔凸台〕在右边，凸台（凹槽）若在上，凹槽（凸槽）就在下。如图所示凸状燕尾台〔18〕、〔20〕，凹状燕尾槽〔19〕、〔21〕。然后再将凹状楔形块〔22〕套装在左端凸燕尾台〔18〕上，凸状楔形块〔23〕装入右端凹状燕槽〔19〕内，就成了齿轮箱（或车间）内壁任意一方所需之吸声壁主体。

参看图12（结合图10、图11），它是齿轮箱的截面图，该截面与齿轮箱内各轴〔30〕、〔31〕〔32〕相垂直。在齿轮箱体〔36〕的内壁〔37〕的四角，装好箱角楔形定位板〔24〕（用螺钉连接定位），而后将组装的吸声壁主体的两端凹、凸楔形块〔22〕、〔23〕，分别插入箱角楔形定位板〔24〕中。图12中的〔25〕是四个吸声壁主体，〔26〕、〔27〕、〔28〕、〔29〕是四个相啮合的齿轮，〔30〕、〔31〕、〔32〕是三根旋转的轴，〔33〕、〔34〕、〔35〕是齿轮孔和轴配合后的定位销。如果齿轮箱内装有油，则在吸声壁外面套装一层极簿的尼龙簿膜，其厚度在0.1mm以下。以防油浸入三种孔〔d₁〕、〔d₂〕、〔d₃〕内。

〔注〕如果在吸声尖劈上，吸收1000Hz的声波，尖劈高度为170mm，吸声系数才达到0.99；而运用双层微穿孔吸声结构，第一层穿孔率p₁＝4％，阻尼腔深15mm，第二层穿孔率p₂＝2％，阻尼腔深15mm，吸声系数亦可达0.99。相比之，后一种比前一种的吸声高度下降了170mm－30mm＝140mm。见“机械噪声控制技术”一书的148面和213面表2的第9纵行。

Claims (7)

1、一种高阻尼、宽频带吸声壁，尤其是在齿轮箱和车间内壁使用的消声装置，由多个吸声壁单元连接成的吸声壁主体[25]、与主体两侧相连的楔形块[22][23]、装在齿轮箱内壁并使楔形块定位的箱角楔形定位板[24]组成，每个吸声壁单元的特征是，沿着声的传播方向，按它们的顺序，首先设有三棱条形吸声尖劈[1][13]，该尖劈[1][13]带有尖端，该尖端有微孔d₁，该微孔d₁下有小空腔[15]，还有带着若干个微孔d₂和小孔d₃的空气阻尼箱的面板[2]，其次是内部设有若干小阻尼腔[16][17]的空气阻尼箱之阻尼盒[3]，再就是空气阻尼箱外的空盒[11]，接着是空盒[11]外面的凸状燕尾台[5][7]和凹状燕尾槽[6][8]，最后是隔声板[4]，从吸声尖劈尖端上微孔d₁经小空腔[15]和微孔d₂，到微孔d₂所对应的小阻尼腔[16]，是声波的双层空腔共振器，从吸声尖劈之间的谷底[9]上的小孔d₃、至对应的小阻尼腔[17]，是声波的单层空腔共振器，使吸声壁单元成为一起伏的、彼此相间的双层和单层微穿孔板吸声结构。

2、根据权利要求1所述的吸声壁，其特征在于每个吸声壁单元上，三棱条形吸声尖壁［13］在纵向的和横向的均为n条，尖劈间的谷底［9］在纵向、横向各有（n－1）条，互直垂直。

3、根据权利要求1.2所述的吸声壁，其特征在于每个吸声壁单元上，尖劈尖端的微机［d₁］，尖劈内的小空腔［15］，小空腔下的微孔［d₂］，微孔［d₂］下的小阻尼腔［16］，在每条吸声尖劈所对应的范围内，各有（2n－1）个，在一个单元内，各有2n（2n－1）个；在尖劈之间谷底上的小孔［d₃］及其所对应的小阻尼腔［17］，每条谷底各有（2n－1）个，在一个单元内，各有2（2n－1）（n－1）个。

4、根据权利要求1.2.3所述的吸声壁，其特征在于尖壁上的微孔［d₁］和面板上的微孔［d₂］，其直径为0.6～1mm，并且微孔［d₁］的穿孔率p₁为尖劈所占据面板［2］的面积的1％～5％，微孔［d₂］的穿孔率p₂为0.33p₁～0.88p₁，面板上的小孔［d₃］直径为0.8～1.2mm，其穿孔率p₃为谷底［9］所占面积的1％～5％。

5、根据权利婪要求1.2.3所述的吸声壁，其特征在于三棱条形吸声劈［1］、［13］的高度［h］，应为发声体倍频程中声压级最大噪声之波长［λ］的 1/4 ～ 1/20 ，吸声尖劈的宽度［B］应在0.2h～1.15h之间，吸声壁的高度［h₀］，应用于齿轮箱时，控制在30mm以下。应用于车间等地方时，控制在30～200mm之间。

6、根据权利要求1.2.3.5所述的吸声壁，其特征在于，当介质温度低于80℃时，吸声尖劈［1］［13］用HM87－10降噪板，或用“P.V.C”塑料板，或用无毒聚氯乙烯硬板，或用以聚氨脂为主要成分的聚合软木板制成，其厚度［δ₁］为0.5～2.5mm，空气阻尼箱的面板［2］和阻尼合［3］，用无毒聚氯乙烯硬板或聚四氟乙烯板SFB－1型制成，其厚度［δ₂］在1mm以下；当介质温度高于80℃时，采用金属簿板，吸声劈［1］［13］、面板［2］、阻尼合［3］的厚度均为0.4～1mm。

7、根据权利要求1.2所述的吸声壁，其特征在于，当介质温度在80℃以下时，每个吸声壁单元的四个边上所设的凸状燕尾台［5］［7］和凹状燕尾槽［6］［8］，以及凸、凹状楔形块［22］［23］，它们的材料均为聚四乙烯塑料。

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