本發(fā)明涉及反共振減振
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種具有中低頻減振特性的徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)齒輪輪轂。
背景技術(shù)：
：反共振指的是彈性系統(tǒng)中在某些特定頻率的激勵(lì)作用下，系統(tǒng)整體或某些部位會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)靜止的現(xiàn)象。通過合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以在一定頻率范圍內(nèi)抑制振動(dòng)的傳播。反共振理論在機(jī)械領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在工程機(jī)械中，齒輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)與噪聲，不僅會(huì)降低齒輪的使用壽命，而且還會(huì)造成噪聲污染，影響工作人員的身體健康。因此，減振降噪對提高機(jī)械設(shè)備精度，增加設(shè)備使用壽命境等都具有重要意義。目前減小齒輪振動(dòng)的方法主要有兩類，一是減少振動(dòng)的產(chǎn)生，即提高齒輪等零部件的制造與安裝精度；二是通過隔振等技術(shù)來減小已經(jīng)產(chǎn)生的振動(dòng)。但是，以上技術(shù)很難達(dá)到良好的減振效果，齒輪在傳動(dòng)時(shí)不可避免的會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種具有中低頻減振特性的徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)齒輪輪轂，對于軸向激勵(lì)、徑向激勵(lì)和切向激勵(lì)在很多的中低頻段內(nèi)都具有振動(dòng)衰減的特性，具有結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用的特點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種具有中低頻減振特性的徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)齒輪輪轂，包括由內(nèi)向外設(shè)置的多個(gè)實(shí)心圓環(huán)2，在相鄰實(shí)心圓環(huán)2之間設(shè)置有楔形塊1，相鄰實(shí)心圓環(huán)2之間未設(shè)置楔形塊1的部分為鏤空結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外，每層楔形塊1均相對上一層呈一定角度旋轉(zhuǎn)。所述的實(shí)心圓環(huán)2在半徑方向由內(nèi)向外周期性排列。所述的楔形塊1的中心角均為18°。所述的實(shí)心圓環(huán)2為五層，楔形塊1為四層。所述的每相鄰實(shí)心圓環(huán)2之間的楔形塊1為四個(gè)，均布設(shè)置。所述的由內(nèi)向外均布的每層楔形塊1依次旋轉(zhuǎn)的角度分別為順時(shí)針36°，36°，36°和54°。所述的最外圈實(shí)心圓環(huán)2的外徑為180mm，最內(nèi)圈實(shí)心圓環(huán)2的內(nèi)徑為90mm，相鄰實(shí)心圓環(huán)2之間的徑向鏤空距離為15mm，實(shí)心圓環(huán)2的徑向?qū)挾葹?5mm，實(shí)心圓環(huán)2的軸向高度為24mm，位于實(shí)心圓環(huán)2軸向高度中心的楔形塊1軸向高度為8mm。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)，對于軸向激勵(lì)、徑向激勵(lì)和切向激勵(lì)在很多的中低頻段內(nèi)都具有振動(dòng)衰減的特性；其振動(dòng)衰減的頻段還可通過調(diào)整實(shí)心圓環(huán)和楔形塊的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)齒輪輪轂在機(jī)械工程上具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，可以削弱齒輪在中低頻的振動(dòng)。附圖說明圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)正面視圖。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖面視圖。圖3是本發(fā)明軸向振動(dòng)傳輸仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖4是本發(fā)明徑向振動(dòng)傳輸仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖5是本發(fā)明切向振動(dòng)傳輸仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖6是本發(fā)明實(shí)心圓環(huán)軸向高度h對徑向激勵(lì)下結(jié)構(gòu)第一振動(dòng)衰減頻段的影響。圖7是本發(fā)明楔形塊軸向高度w對徑向激勵(lì)下結(jié)構(gòu)第一振動(dòng)衰減頻段的影響。圖8是本發(fā)明的是徑向鏤空距離n和實(shí)心圓環(huán)的徑向?qū)挾萴的比重發(fā)生變化時(shí)對結(jié)構(gòu)徑向激勵(lì)下第一振動(dòng)衰減頻段的影響。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)敘述。如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種具有中低頻減振特性的徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)齒輪輪轂，包括多個(gè)實(shí)心圓環(huán)2，實(shí)心圓環(huán)2在半徑方向由內(nèi)向外周期性排列，相鄰實(shí)心圓環(huán)2之間由四個(gè)楔形塊1連接。四個(gè)楔形塊1在圓周方向均勻分布，每個(gè)楔形塊的中心角均為18°，且半徑方向由內(nèi)向外四個(gè)均布的楔形塊1依次旋轉(zhuǎn)的角度分別為順時(shí)針36°，36°，36°和54°。本發(fā)明中，為了使得結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度和剛度，整個(gè)鏤空圓盤結(jié)構(gòu)的材料都采用45鋼，具體的材料參數(shù)如表1所示。尺寸參數(shù)：最外圈實(shí)心圓環(huán)2的外徑為d＝180mm，最內(nèi)圈實(shí)心圓環(huán)2的內(nèi)徑為r＝45mm，相鄰實(shí)心圓環(huán)2之間的徑向鏤空距離為n＝15mm，實(shí)心圓環(huán)2的徑向?qū)挾葹閙＝15mm，實(shí)心圓環(huán)2的軸向高度為h＝24mm，位于實(shí)心圓環(huán)2軸向高度中心的楔形塊1軸向高度為w＝8mm，楔形塊由內(nèi)向外旋轉(zhuǎn)一定的角度a＝36°，b＝18°，每個(gè)楔形塊的中心角c＝18°。表1材料參數(shù)材料楊氏模量泊松比密度45號(hào)鋼2.09e11pa0.2697890以下是本發(fā)明的兩個(gè)具體實(shí)施例，給出了三維實(shí)體結(jié)構(gòu)在軸向激勵(lì)、徑向激勵(lì)及切向激勵(lì)下中低頻范圍內(nèi)自由邊界條件下的徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)的減振特性；改變結(jié)構(gòu)參數(shù)對其在徑向激勵(lì)下第一振動(dòng)衰減頻段的影響。實(shí)施例1軸向激勵(lì)，如圖3所示，結(jié)構(gòu)在740～1397hz、1681～1867hz以及3258～3970hz之間存在非常明顯的振動(dòng)衰減區(qū)域。從圖中可以看出，仿真和實(shí)驗(yàn)的對比結(jié)果較好，固有頻率的相對誤差都不超過10％，該誤差在工程應(yīng)用中屬于可接受的合理范圍內(nèi)。徑向激勵(lì)，如圖4所示，振動(dòng)的衰減范圍尤其是在409～1856hz之間將近1500hz的頻寬內(nèi)具有十分良好減振效果，從圖中可以看出甚至在很大一部分頻段內(nèi)振動(dòng)的衰減到達(dá)-20db以上，可以看做振動(dòng)被完全抑制。提取圖中仿真及實(shí)驗(yàn)頻響函數(shù)峰值所在頻率可以得到相對誤差都不超過5％，在工程允許的合理范圍內(nèi)。切向激勵(lì)，如圖5所示，實(shí)驗(yàn)與仿真的結(jié)果在中高頻處對應(yīng)的非常好，但在中低頻做實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了對結(jié)構(gòu)施加切向脈沖載荷方便，在結(jié)構(gòu)上加工了直徑為8mm，并配合螺栓，螺栓與螺紋孔之間存在配合間隙，在敲擊時(shí)間隙對中低頻影響較大，使得固有頻率發(fā)生了了偏移，使得激勵(lì)測得的結(jié)構(gòu)頻響與仿真模型計(jì)算出來的有一定的差別。實(shí)施例2改變實(shí)心圓環(huán)厚度軸向高度h，從圖6中我們可以看到隨著徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)實(shí)心圓環(huán)處的軸向高度變大，結(jié)構(gòu)在徑向激勵(lì)下第一振動(dòng)衰減頻段的下邊界頻率基本保持不變，但是上邊界處的頻率往低頻移動(dòng)，從而使得結(jié)構(gòu)第一振動(dòng)衰減頻段變窄。改變楔形塊的軸向高度w，從圖7中可以看出隨著楔形塊的軸向高度不斷變大，結(jié)構(gòu)在徑向激勵(lì)下第一振動(dòng)衰減頻段的上邊界逐漸升高，然后逐漸趨于平穩(wěn)，軸向高度為20mm時(shí)振動(dòng)衰減的頻寬比軸向高度為4mm時(shí)多了將近400hz，所以如果僅僅考慮結(jié)構(gòu)對徑向激勵(lì)下中低頻段的振動(dòng)衰減，鏤空連接處較厚顯然是更有利的。當(dāng)徑向鏤空距離n和實(shí)心圓環(huán)的徑向?qū)挾萴的比重發(fā)生變化時(shí)，從圖8中可以看到，隨著m的變大n的變小，結(jié)構(gòu)在徑向激勵(lì)下第一振動(dòng)衰減頻段的上邊界往高頻移動(dòng)，下邊界略微往低頻移動(dòng)，當(dāng)鏤空部位的寬度非常窄時(shí)，結(jié)構(gòu)對徑向激勵(lì)有著非常優(yōu)越的隔振能力，當(dāng)m＝25mm，n＝5mm時(shí)結(jié)構(gòu)在376hz～2323hz將近2000hz的頻段內(nèi)都具有減振效果?？梢?，采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以使得：結(jié)構(gòu)在軸向激勵(lì)、徑向激勵(lì)及切向激勵(lì)下中低頻都有非常優(yōu)良的減振特性。通過調(diào)整其結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)在徑向激勵(lì)下第一振動(dòng)衰減頻段進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，本發(fā)明徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于機(jī)械工程，削弱齒輪在中低頻的振動(dòng)。本發(fā)明的工作原理：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)，理論上該結(jié)構(gòu)可以看做是齒輪的輪轂部分，區(qū)別于傳統(tǒng)齒輪輪轂的實(shí)心圓盤結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在徑向方向上呈現(xiàn)周期性鏤空，在鏤空部位四個(gè)均布的楔形塊1將相鄰的兩個(gè)實(shí)心圓環(huán)2連接，由內(nèi)向外四個(gè)均布的楔形塊1也呈一定的角度旋轉(zhuǎn)。由于齒輪在傳動(dòng)的過程中，與齒輪輪轂連接的軸受到齒輪傳動(dòng)過程中傳過來的振動(dòng)，振動(dòng)再通過不斷傳遞到軸上繼而傳遞到機(jī)器的其他部位，引發(fā)機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)。根據(jù)振動(dòng)理論的基礎(chǔ)知識(shí)可知，對于多自由度系統(tǒng)而言，在兩階固有頻率之間存在一個(gè)反共振頻率，所謂的反共振指的是彈性系統(tǒng)中在某些特定頻率的激勵(lì)作用下，系統(tǒng)整體或某些部位會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)靜止的現(xiàn)象。假如利用力學(xué)阻抗的概念來分析，反共振現(xiàn)象也就是說系統(tǒng)在某些頻率出現(xiàn)位移導(dǎo)納(動(dòng)柔度)為零的情形。由上文中徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)頻響曲線可知，徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)曲線峰值頻率正好對應(yīng)結(jié)構(gòu)的固有頻率，尤其對徑向激勵(lì)來說，共振峰之間的頻段存在著明顯的振動(dòng)衰減區(qū)域，故而徑向鏤空周期結(jié)構(gòu)中低頻的振動(dòng)衰減是由于結(jié)構(gòu)的反共振特性造成的。當(dāng)前第1頁12