一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮的制作方法

本发明属于齿轮减振技术领域，尤其涉及一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮。

背景技术：

齿轮传动作为机械传动装置中最常见的方式之一，广泛应用于船舶、汽车、冶金、矿山、建筑、石油钻采等领域的各类机器设备中。其中的一些设备常常工作在低速重载的恶劣工况下，使得安装在设备上的普通低速齿轮产生剧烈振动，齿轮的振动通过安装在其上的轴、轴承传递到轴承座等齿轮支撑件最后传递到整个机械设备，从而诱发复杂的机械故障，导致机械不能正常运行，甚至引发严重的安全事故。

目前，减少齿轮振动的方法主要有两种：一是以预防为主，即保证齿轮等零部件的加工精度与安装精度来尽量减小齿轮的异常振动和故障发生；二是通过隔振等技术来减小齿轮运行时的振动。

但是，低速重载条件下的齿轮振动通过齿轮支撑件传递难以阻隔，以上技术很难达到良好的齿轮减振效果，齿轮的振动控制仍是目前预防齿轮故障的难题。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明要解决的问题是提供一种无需改变齿轮本身结构、齿轮“带隙”位置与“带隙”宽度可调且适用于不同工况条件下的普通低速减振齿轮。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮，包括轮齿、轮辐、轮毂与键槽，还包括局域共振型声子晶体，所述局域共振型声子晶体包括基体、弹性体与质量块，所述基体为轮辐上与弹性体在同一径向尺寸处的部位，所述弹性体呈圆环状，所述弹性体一面紧密贴合在基体上，另一面与质量块紧密贴合，所述质量块呈圆环状，所述质量块的圆环中心线与所述弹性体圆环的中心线重合；所述局域共振型声子晶体在轮辐上同一径向尺寸处的两个端面上对称分布，所述局域共振型声子晶体在轮辐径向方向上等间距均匀布置，靠近轮毂处安装的局域共振型声子晶体的圆环直径小，靠近轮齿处安装的局域共振型声子晶体的圆环直径大；所述局域共振型声子晶体设置有四个时可达到良好的减振效果，为使减振效果更佳可在轮幅上空间允许范围内适当增加局域共振型声子晶体的个数；通过调整局域共振型声子晶体在轮辐上的安装位置可使齿轮“带隙”位置可调，通过调整相邻局域共振型声子晶体间的径 向距离可使齿轮“带隙”宽度可调。

本发明基于局域共振型声子晶体的低频带隙原理，结合局域共振型声子晶体带隙可调的特性来实现齿轮在低频频段内的减振。齿轮在运行过程中受到的弹性波作为局域共振型声子晶体的弹性波激励，当弹性波的频率处于局域共振型声子晶体的带隙范围内时，弹性波将被极大程度甚至完全衰减，即形成“禁带”，从而达到减振的效果。根据齿轮材料、尺寸、运行工况的不同可以设计与之匹配的各种类型的局域共振型声子晶体，从而有目的地对低频段内各种工况下的齿轮进行减振，实现减振降噪的有益效果。

优选的，所述弹性体可以选用橡胶材料制作，也可以用刚度相当、弹性相当的其他弹性材料代替。

优选的，所述质量块可以选用钨材料制作，也可以用密度、弹性模量、泊松比相当的其他金属材料代替。

优选的，所述基体与安装在基体两侧的弹性体、质量块之间可用强力胶达到紧密贴合的效果。

优选的，所述基体与安装在基体两侧的弹性体、质量块之间可通过在圆周方向上等间距均匀设置的8个螺栓联接达到紧密贴合的效果。

与现有技术相比，本发明一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮具有以下有益效果：

本发明将局域共振型声子晶体引入到齿轮低频减振中，基于局域共振型声子晶体的低频禁带特性，在齿轮的轮辐上径向等间距地布置环状声子晶体结构，在不改变齿轮结构条件下达到对齿轮低频减振的效果。

进一步地，本发明根据局域共振型声子晶体禁带带隙与禁带位置的可调性，可通过调整声子晶体的安装位置与相邻声子晶体之间的距离以满足不同工况下的齿轮减振要求，具有“低带隙”和“宽禁带”的良好减振效果。

进一步地，本发明将圆环状声子晶体对称布置在齿轮轮辐的两个端面上，具有高对称性，与轮辐的形状、齿轮工作时的旋转运动相匹配，不会引起齿轮工作时的偏心问题。

附图说明

图1为本发明一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮具体实施方式一的剖面视图；

图2为本发明一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮具体实施方式一的正面视图：

图3为本发明一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮具体实施方式二的剖面示意图；

图4为本发明一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮具体实施方式二的正面视图。

具体实施方式

图1和图2示出了本发明一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮的第一种实施方式。如图1和图2所示，一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮包括轮齿1、轮辐2、轮毂3与键槽4、局域共振型声子晶体5。所述局域共振型声子晶体5包括基体6、弹性体7与质量块8，所述基体6为轮辐2上与弹性体7在同一径向尺寸处的部位，所述弹性体7呈圆环状，所述弹性体7一面通过强力胶紧密贴合在基体6上，另一面与质量块8通过强力胶紧密贴合，所述质量块8的圆环中心线与所述弹性体7圆环的中心线重合。所述弹性体7可以选用橡胶材料制作，也可以用刚度相当、弹性相当的其他弹性材料代替。所述质量块8可以选用钨材料制作，也可以用密度、弹性模量、泊松比相当的其他金属材料代替。所述局域共振型声子晶体5在轮辐2上同一径向尺寸处的两个端面上对称分布，所述局域共振型声子晶体5设置有4个且在轮辐2径向方向上等间距均匀布置，靠近轮毂3处安装的局域共振型声子晶体5的圆环直径小，靠近轮齿1处安装的局域共振型声子晶体5的圆环直径大。通过调整局域共振型声子晶体5在轮辐2上的安装位置可使齿轮“带隙”位置可调，通过调整相邻局域共振型声子晶体5间的径向距离可使齿轮“带隙”宽度可调。

图3和图4示出了本发明一种基于局域共振型声子晶体的普通低速减振齿轮的第二种实施方式。如图3和图4所示，与具体实施方式一不同的是，所述基体6与安装在基体6两侧的弹性体7、质量块8之间可通过在圆周方向上等间距均匀设置的8个螺栓9联接达到紧密贴合的效果。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。