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CN109973516A - 一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构 - Google Patents

一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构 Download PDF

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CN109973516A
CN109973516A CN201910223931.0A CN201910223931A CN109973516A CN 109973516 A CN109973516 A CN 109973516A CN 201910223931 A CN201910223931 A CN 201910223931A CN 109973516 A CN109973516 A CN 109973516A
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CN
China
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spoke
wheel hub
vibration damping
honeycomb structure
meta materials
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Application number
CN201910223931.0A
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English (en)
Inventor
李丽霞
吕锐翔
杨继博
解妙霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C13/00—Rolls, drums, discs, or the like; Bearings or mountings therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)

Abstract

一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构，包括轮辐和轮毂，轮辐和轮毂之间以蜂窝状结构连接，轮辐、蜂窝状结构和轮毂均采用相同的单一材料。轮辐和轮毂为径向宽度相同或者不同的空心圆柱，蜂窝状结构沿着轮毂的外侧向轮辐的内侧周期性分布，整体形成轴对称结构。本发明比传统轮盘类结构在刚度以及强度相同情况下质量更轻，并且可以产生低频带隙特性，对弹性波具有可控制的带隙范围。其带隙可通过调整蜂窝状结构六边形的内径大小，相邻六边形的壁厚以及轮辐的径向宽度来进行调节。相对于添加局域共振子的轮盘结构具有良好的加工制造以及低成本优势。本发明在工程机械上有潜在的应用，可以对轮盘结构的低频振动进行有效控制。

Description

一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构
技术领域
本发明属于减振技术领域，特别涉及一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构。
背景技术
众所周知，轮盘类结构广泛应用在工业机械设备中，而轮盘类结构通常在机械设备中作为振动的载体或者传播体，因此对于轮盘类结构，其空间结构以及动态特性对整个机械设备的振动和噪声有重要影响。对于目前来说，轮盘类结构的振动与噪声控制通常采用传统方法，如提高轮盘类结构的加工精度以及提高安装精度来降低振动和噪声，此外增加阻尼装置也可以降低振动和噪声。但是上述方法必然会使得加工难度增加以及制造成本上升，并且不能对振动的传播进行有效的控制。
蜂窝状弹性超材料轮盘结构就是应用蜂窝状结构设计弹性超材料轮盘结构，弹性超材料理论是声子晶体理论范畴中局域共振型声子晶体引申而来，突破了声子晶体理论下结构的限制，继承了其带隙的特性。已有文献通过研究在轮盘体上打孔，进而添加局域共振子的方式来降低轮盘类结构的振动，对于局域共振子，大多为两种或者多种材料构成，对于这类方法，虽然结构产生低频禁带，但是其加工难度以及加工成本会随之上升。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构，具有优异的低频振动带隙特性以及良好的加工制造条件。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构，包括轮辐1和轮毂3，轮辐1和轮毂3之间以蜂窝状结构2连接。
所述蜂窝状结构2由多个等高度的截面为正六边形或者部分正六边形的筒体组成，相邻筒体之间共用一个侧面，从而形成相互连接的周期排列结构，其中最外侧的筒体与轮辐1的内侧面相连，最内侧的筒体与轮毂3的外侧面相连，即最外侧和最内侧的筒体截面为部分正六边形，中部的筒体截面为正六边形。
所述蜂窝状结构2的轴向高度等于或者小于轮辐1和轮毂3的轴向高度，高度相等时，三者的顶面共面，底面共面。
所述轮辐1和轮毂3为径向宽度相同或者不同的空心圆柱。
所述轮辐1、蜂窝状结构2和轮毂3均采用相同的单一材料。
所述轮辐1、蜂窝状结构2和轮毂3整体形成轴对称结构。
所述轮毂3的内圆环半径为35mm，轮辐1的最外侧半径为180mm，蜂窝状结构2的六边形内切圆半径为55mm，相邻六边形之间的壁厚为5mm，轮辐1与轮毂3的径向宽度为10mm，轮辐1、蜂窝状结构2与轮毂3轴向高度均为24mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明蜂窝状弹性超材料轮盘结构具有比传统轮盘类结构在刚度以及强度相同情况下质量更轻，并且可以产生低频带隙特性，对弹性波具有可控制的带隙范围。其带隙可以通过调整蜂窝状结构六边形的内径大小，相邻六边形的壁厚以及轮辐的径向宽度来进行调节。并且本结构采用单一材料，相比于其它通过在轮盘体上打孔添加局域共振子的声子晶体结构，本发明蜂窝状弹性超材料轮盘结构具有良好的加工制造优势，以及低成本优势。
本发明蜂窝状弹性超材料轮盘结构在工业机械中有潜在的应用价值，可以对轮盘类结构的低频振动进行有效控制。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明实施例1中蜂窝状弹性超材料轮盘结构的频响函数曲线图。
图3是本发明实施例2中蜂窝状弹性超材料轮盘结构的频响函数曲线图。
图4是本发明实施例3中蜂窝状弹性超材料轮盘结构的频响函数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构，包括轮辐1和轮毂3，轮辐1和轮毂3之间以蜂窝状结构2连接，轮辐1、蜂窝状结构2和轮毂3均采用相同的单一材料。轮辐1和轮毂3为径向宽度相同或者不同的空心圆柱，蜂窝状结构2沿着轮毂3的外侧向轮辐1的内侧周期性分布，整体形成轴对称结构。
具体而言，蜂窝状结构2由多个等高度的截面为正六边形或者部分正六边形的筒体组成，相邻筒体之间共用一个侧面，从而形成相互连接的周期排列结构，其中最外侧的筒体与轮辐1的内侧面相连，最内侧的筒体与轮毂3的外侧面相连，即最外侧和最内侧的筒体截面为部分正六边形，缺口处为弧线，中部的筒体截面为正六边形。
本发明中，蜂窝状结构2的轴向高度等于或者小于轮辐1和轮毂3的轴向高度，且高度相等时，三者的顶面共面，底面共面。
在本发明的实施例1中，轮毂3的内圆环半径为35mm，轮辐1的最外侧半径为180mm，蜂窝状结构2的六边形内切圆半径为55mm，相邻六边形之间的壁厚为5mm，轮辐1与轮毂3的径向宽度为10mm，轮辐1、蜂窝状结构2与轮毂3轴向高度均为24mm。
本发明使用45钢作为结构的整体材料，具体材料参数为：密度ρ＝7890kg/m3、剪切模量E＝2.09×1011Pa、泊松比μ＝0.269。从图2中可以看出结构在0-4000Hz区间内存在多个带隙，其中第一带隙为586-1266Hz。
在本发明的实施例2中，轮毂3的内圆环半径为35mm，轮辐1的最外侧半径为180mm，蜂窝状结构2的六边形内切圆半径为35mm，相邻六边形之间的壁厚为5mm，轮辐1与轮毂3的径向宽度为10mm，轮辐1、蜂窝状结构2与轮毂3轴向高度均为24mm。
从图3中可以看出结构在0-4000Hz区间内存在多个带隙，其中第一带隙为717-1622Hz。
在本发明的实施例3中，轮毂3的内圆环半径为35mm，轮辐1的最外侧半径为180mm，蜂窝状结构2的六边形内切圆半径为40mm，相邻六边形之间的壁厚为4mm，轮辐1与轮毂3的径向宽度为10mm，轮辐1、蜂窝状结构2与轮毂3轴向高度均为24mm。
从图4中可以看出结构在0-4000Hz区间内存在多个带隙，其中第一带隙为474-986Hz。
可见，采用本发明蜂窝状弹性超材料轮盘结构，可以使轮盘类结构产生低频带隙，对轮盘类结构的振动进行有效的控制。
因此本发明蜂窝状弹性超材料轮盘结构，可以应用于工业机械中，特别是对振动控制有这比较高的要求的机械设备中。

Claims (8)

1.一种具有低频减振特性的蜂窝状弹性超材料轮盘结构，包括轮辐(1)和轮毂(3)，其特征在于，轮辐(1)和轮毂(3)之间以蜂窝状结构(2)连接。
2.根据权利要求1所述蜂窝状弹性超材料减振轮盘，其特征在于，所述蜂窝状结构(2)由多个等高度的截面为正六边形或者部分正六边形的筒体组成，相邻筒体之间共用一个侧面，从而形成相互连接的周期排列结构，其中最外侧的筒体与轮辐(1)的内侧面相连，最内侧的筒体与轮毂(3)的外侧面相连，即最外侧和最内侧的筒体截面为部分正六边形，中部的筒体截面为正六边形。
3.根据权利要求1或2所述蜂窝状弹性超材料减振轮盘，其特征在于，所述蜂窝状结构(2)的轴向高度等于或者小于轮辐(1)和轮毂(3)的轴向高度。
4.根据权利要求1或2所述蜂窝状弹性超材料减振轮盘，其特征在于，所述轮辐(1)和轮毂(3)为径向宽度相同或者不同的空心圆柱。
5.根据权利要求1或2所述蜂窝状弹性超材料减振轮盘，其特征在于，所述轮辐(1)、蜂窝状结构(2)和轮毂(3)均采用相同的单一材料。
6.根据权利要求1或2所述蜂窝状弹性超材料减振轮盘，其特征在于，所述轮辐(1)、蜂窝状结构(2)和轮毂(3)整体形成轴对称结构。
7.根据权利要求1或2所述蜂窝状弹性超材料减振轮盘，其特征在于，所述蜂窝状结构(2)沿着轮毂(3)的外侧向轮辐(1)的内侧周期性分布。
8.根据权利要求1或2所述蜂窝状弹性超材料减振轮盘，其特征在于，所述轮毂(3)的内圆环半径为35mm，轮辐(1)的最外侧半径为180mm，蜂窝状结构(2)的六边形内切圆半径为55mm，相邻六边形之间的壁厚为5mm，轮辐(1)与轮毂(3)的径向宽度为10mm，轮辐(1)、蜂窝状结构(2)与轮毂(3)轴向高度均为24mm。
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