一種聲子晶體減振聯軸器的製作方法

2023-08-06 17:51:01 1

本發明屬於機電傳動裝置技術領域，涉及一種聲子晶體減振聯軸器。

背景技術：

聯軸器在高速重載的動力傳動中具有緩衝、減振和提高軸系動態性能的作用。隨著機械設備運轉速度的提高和扭矩的增大，聯軸器振動問題成為技術規範中必須重視的一個問題。聲子晶體具有的禁帶特性、缺陷態特性，使得它在減振、降噪等方面有著潛在的廣闊應用前景。

中國實用新型專利「zl201420637559.0」公開了一種帶緩衝盤的減振聯軸器，該聯軸器中主動軸和被動軸連接端的端頭上分別安裝有爪齒盤，在爪齒盤之間有由彈性尼龍材料製成的緩衝盤。利用緩衝盤起到了對聯軸器減振降噪的功能，但對原聯軸器的結構改造大，且只能對扭轉振動起作用，且不適用於轉速波動的工況。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種降低中低頻域內扭轉與徑向振動，的聲子晶體減振聯軸器。

一種聲子晶體減振聯軸器，包括第一半聯軸器、第二半聯軸器、布拉格型聲子晶體杆件和局域共振型聲子晶體杆件；所述布拉格型聲子晶體杆件是由第一振子和第二振子構成的圓柱體，第一振子和第二振子的材料密度不同；

局域共振型聲子晶體杆件包括基體杆、非金屬環和金屬環；非金屬環包裹基體杆，金屬環包裹非金屬環；

第一半聯軸器、第二半聯軸器的法蘭盤上有圓孔和螺栓孔，局域共振型聲子晶體杆件安裝於圓孔內；布拉格型聲子晶體杆件安裝於第一半聯軸器和第二半聯軸器的軸孔內,布拉格型聲子晶體杆件的兩端分別與第一轉軸和第二轉軸相連；

本發明還可以包括：

1.所述的布拉格型聲子晶體杆件有多個圓形布拉格型聲子晶體層，相鄰兩個圓形布拉格型聲子晶體層之間的第一振子和第二振子均相互錯開；每個圓形布拉格型聲子晶體層由內到外依次為圓柱型布拉格型聲子晶體內核、第一環形布拉格型聲子晶體圈、第二環形布拉格型聲子晶體圈和第三環形布拉格型聲子晶體圈；圓柱型布拉格型聲子晶體內核為由圓錐型第一振子和圓錐型第二振子依次交替構成；第一環形布拉格型聲子晶體圈、第二環形布拉格型聲子晶體圈和第三環形布拉格型聲子晶體圈均由扇柱型第一振子和扇柱型第二振子依次交替構成；

2.所述第一半聯軸器和第二半聯軸器的法蘭盤上有多個圓孔，圓孔在法蘭盤的中心圓周線兩側成對分布，圓孔對在法蘭盤的圓周方向均勻排列；相鄰兩個螺栓孔之間的圓孔數量大於2對。

3.所述圓孔的孔徑均一致，圓孔孔徑為法蘭盤半徑的6％-14％；

本發明具有如下有益效果：

1.本發明將布拉格型聲子晶體杆件安裝於聯軸器的軸孔內，利用聲子晶體有效抑制禁帶頻率範圍內的振動傳播，能夠有效降低聯軸器在中低頻域內的徑向振動。

2.本發明將局部共振型聲子晶體應用於兩個半聯軸器的連接法蘭盤處，利用聲子晶體有效抑制禁帶頻率範圍內的振動傳播，能夠有效降低聯軸器在中低頻域內扭轉振動與徑向振動。

3.本發明結構簡單，加工方便，對原聯軸器的改動較小。

附圖說明

圖1為本發明裝置的軸向剖視圖；

圖2為本發明裝置的左視圖；

圖3為局域共振型聲子晶體杆件截面圖；

圖4為布拉格型聲子晶體杆件截面圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:

如圖1所示，一種聲子晶體減振聯軸器，包括第一半聯軸器1、第二半聯軸器3、布拉格型聲子晶體杆件5和局域共振型聲子晶體杆件7。

布拉格型聲子晶體杆件5包括第一振子11和第二振子12；本發明的布拉格型聲子晶體杆件5安裝在聯軸器軸孔內，如圖1所示。布拉格型聲子晶體杆件5與轉軸膠連，並且在剛體共振過程中，產生縱波向橫波的轉化，使得無論縱波或橫波入射時，散射橫波均受到相消幹涉，從而使得布拉格型聲子晶體形成完全帶隙，顯著降低中低頻域內徑向振動。本發明根據載荷大小的不同、振動特性的不同，布拉格型聲子晶體杆件5中第一振子11的材料可優選為鋼、銅以及各種合金，第二振子12可優選為尼龍、增強型尼龍、聚合物複合材料或聚苯硫醚。使第一振子11和第二振子12密度差相差較大，使布拉格型聲子晶體杆件形成完全帶隙，降低中低頻域內徑向振動。

通過優化布拉格型聲子晶體杆件的結構可提升振動抑制效果，優選的布拉格型聲子晶體杆件結構如圖4所示。所述的布拉格型聲子晶體杆件有多個圓形布拉格型聲子晶體層，優選為6層，相鄰兩個圓形布拉格型聲子晶體層之間的第一振子和第二振子均相互錯開；每個圓形布拉格型聲子晶體層由內到外依次為圓柱型布拉格型聲子晶體內核、第一環形布拉格型聲子晶體圈、第二環形布拉格型聲子晶體圈和第三環形布拉格型聲子晶體圈；圓柱型布拉格型聲子晶體內核為由圓錐型第一振子和圓錐型第二振子依次交替構成；第一環形布拉格型聲子晶體圈、第二環形布拉格型聲子晶體圈和第三環形布拉格型聲子晶體圈均由扇柱型第一振子和扇柱型第二振子依次交替構成。根據實際工況調整布拉格型聲子晶體杆件的排列長度，增加圓形布拉格型聲子晶體層或者增加環形布拉格型聲子晶體圈的圈數，以增強減振效果。

局域共振型聲子晶體杆件7包括基體杆8、非金屬環9和金屬環10；非金屬環9包裹基體杆8，金屬環10包裹非金屬環9；本發明的非金屬環9充當吸振器的彈簧結構，金屬環10代替集中質量塊，組成分布式環狀動力吸振器。形成具有禁帶特性、缺陷態特性的局部共振型聲子晶體結構。通過局部共振型聲子晶體的聲子帶隙，以及控制填充的局域共振型聲子晶體杆件7材料的剪切模量、材料密度和晶體組的幾何尺寸，來改變彈性波帶隙的區間，達到抑制、降低中低頻域內扭轉振動與徑向振動的目的。本發明根據載荷大小的不同、扭轉波及徑向波特性的不同、工作環境的不同，選擇不同的局域共振型聲子晶體材料，來改變聲子彈性波晶體帶隙的區間。局域共振型聲子晶體杆件7的基體杆8材料為鋁合金、結構鋼或工程塑料，非金屬環9可優選為高阻尼橡膠，金屬環10可優選為鋁合金，基體杆8、非金屬環9及金屬環10之間通過脹緊方式連接。

第一半聯軸器1和第二半聯軸器3的法蘭盤上均有圓孔和螺栓孔；所述的圓孔和螺栓孔在第一半聯軸器1和第二半聯軸器3的法蘭盤上周期性排列，如圖2所示。局域共振型聲子晶體杆件7安裝於圓孔內。法蘭盤上有多個圓孔，圓孔成對在法蘭盤的圓周上均勻排列；每兩個相鄰的螺栓孔之間的圓孔數量大於2對。通過對圓孔6陣列的孔徑和行列間距以及圓孔的個數進行調整，調整聯軸器的承載能力。圓孔的孔徑均一致，圓孔孔徑優選為法蘭盤半徑的6％-14％。承載較大扭矩時可適當減少圓孔個數和孔徑，同時增大行列間距，提高填充材料和聯軸器本體材料的密度比和彈性模量比。

本發明利用聲子晶體能夠有效抑制禁帶頻率範圍內的振動傳播這一原理，來降低傳統聯軸器的中低頻域內扭轉振動與徑向振動。並且本發明結構簡單，加工方便，降噪效果明顯，基本不改變聯軸器的原有結構。

此外，需要說明的是，凡依本發明專利構思所述的構造、特徵及原理所做的等效或簡單變化，均包括於本發明專利的保護範圍內。本發明專利所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，只要不偏離本發明專利的結構或者超越本權利要求書所定義的範圍，均應屬於本發明專利的保護範圍。