一种基于声子晶体的减震车轮的制作方法

本发明涉及车轮技术领域，尤其涉及一种基于声子晶体的减震车轮。

背景技术

车轮是各种车辆的重要组成部分，是介于轮胎和车轴间承受载荷的旋转组件。一般车轮整体为刚性结构，虽然大多数车轮安装了车胎，但是车胎能起到的减震作用很有限，目前车辆的减震主要不是靠车轮，而是通过安装减震器等结构实现减震，这使车架的结构变得更加复杂，维修保养成本增加。如果车轮本身就具有良好的减震性能，那么车辆整体的减震性能将有很大提高。

现有技术主要是通过车轮的弹性变形，来使车轮自身具备减震功能。例如，申请公布号为cn106671694a的中国发明专利，公开的“自减震车轮”，其通过在外轮圈与花鼓之间设置弹性钢板，利用弹性钢板的弹性变形来使车轮自身具备减震的功能。再如，授权公告号为cn206841074u的中国实用新型专利，公开的“一种减震可调轮毂”，其在外轮毂和内轮毂之间设置由弹簧和减震杆组成的减震结构，通过该减震结构的弹性变形来使车轮自身具备减震的功能。上述的现有技术，虽然能使车轮自身具备减震功能，但这种功能是需要通过车轮的弹性变形来实现，如果车轮受力过大，那车轮就会发生过大的弹性变形甚至发生塑性变形，如果几个车轮的受力不均匀，那各车轮的变形就会有很大的差异，严重时甚至引起车辆的倾覆，这些情况都严重影响车辆的行驶安全。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于声子晶体的减震车轮，其结构简单，刚度和强度高，制造安装方便，减震效果良好。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种基于声子晶体的减震车轮，包括轮胎、轮辋、轮辐、轮毂、轮轴孔、局域共振子、布拉格散射型声子晶体圆环、端盖，所述局域共振子由弹性体和质量块紧密贴合而成，所述弹性体和所述质量块形状相同，所述局域共振子紧密贴合在所述轮辐同一径向尺寸的两个端面上的对称位置，所述局域共振子在所述轮辐径向等间距布置，所述局域共振子沿每条径向设置数大于等于三，所述轮辐和周期性布置于其上的所述局域共振子，形成局域共振型声子晶体结构，所述布拉格散射型声子晶体圆环，其是由密度差异大的基体和散射体交替紧密贴合形成的层状周期性结构，周期数大于等于三，所述基体和所述散射体同为圆环状，所述布拉格散射型声子晶体圆环，其安装在所述轮毂中心的孔中，所述布拉格散射型声子晶体圆环，其两端有固定于所述轮毂上的所述端盖。

优选的，所述弹性体和所述质量块同为圆柱状，也可以同为圆环状。

优选的，所述质量块可以用铜制作，也可以用密度、弹性模量相近的其他金属材料替代。

优选的，所述弹性体可以用橡胶制作，也可以用弹性相近的其他材料替代。

优选的，所述质量块和所述弹性体之间，以及所述弹性体和所述轮辐之间均可用强力胶实现紧密贴合，也可以通过螺栓连接使所述轮辐、所述弹性体和所述质量块之间实现紧密贴合。

优选的，所述基体和所述散射体为厚度相同的薄圆环。

优选的，所述基体可以用钢制作，也可以用密度、弹性模量相近的其他金属材料替代。

优选的，所述散射体可以用电木制作，也可以用密度、弹性模量相近的其他材料替代。

优选的，所述基体和所述散射体之间可用强力胶实现紧密贴合。

本发明基于声子晶体的带隙原理，结合声子晶体带隙可调的特性，实现对目标频段内的弹性波传播的抑制。车辆在行驶过程中受到地面的激励，当由激励引起的弹性波的频率处在声子晶体带隙的范围内时，弹性波的传播被抑制，从而达到减震的效果。

本发明的有益效果在于：

本发明把局域共振型声子晶体结构和布拉格散射型声子晶体结构引入到车轮中，局域共振型声子晶体结构实现对中低频率弹性波传播的抑制，布拉格散射型声子晶体结构实现对中高频率弹性波传播的抑制，故本发明可同时实现对高频弹性波、中频弹性波和低频弹性波传播的抑制，减震效果好。

进一步的，本发明根据声子晶体带隙位置及带隙宽度可调的特性，通过调整声子晶体的几何参数、声子晶体的材料参数和周期数，实现带隙位置及带隙宽度的变化，以满足不同路况下频段区间的减震要求。

进一步的，本发明的结构简单、强度高、刚度好、安装方便、易于调整维护。

进一步的，本发明的声子晶体结构布置在车轮的对称位置，当车轮工作时，不会引起附加的动载荷。

附图说明

图1为本发明第一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明第一种实施方式的剖视图；

图3为本发明第二种实施方式的结构示意图；

图4为本发明第二种实施方式的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

图1和图2表示了本发明的第一种实施方式。如图1和图2所示，一种基于声子晶体的减震车轮，包括轮胎1、轮辋2、轮辐3、轮毂4、轮轴孔5、局域共振子6、布拉格散射型声子晶体圆环9、端盖12、螺钉13。所述局域共振子6由弹性体7和质量块8紧密贴合而成，所述弹性体7和所述质量块8同为圆柱状，所述弹性体7一端面通过强力胶紧密贴合于所述轮辐3，另一端面也通过强力胶和所述质量块8端面紧密贴合，所述质量块8中心线和所述弹性体7中心线在贴合时重合，所述弹性体7可以用橡胶制作，也可以用弹性相近的其他材料替代，所述质量块8可以用铜制作，也可以用密度、弹性模量相近的其他金属材料替代，所述局域共振子6紧密贴合在所述轮辐3同一径向尺寸的两个端面上的对称位置，所述局域共振子6在所述轮辐3径向等间距布置，所述局域共振子6沿每条径向设置三个时可达到良好的减震效果，为达到更好的减震效果，可以在所述轮辐3尺寸允许的范围内适当增加局域共振子6的数目，所述轮辐3和周期性布置于其上的所述局域共振子6，形成局域共振型声子晶体结构，所述布拉格散射型声子晶体圆环9，其是由密度差异大的基体10和散射体11交替紧密贴合形成的层状周期性结构，周期数为三时，可达到良好的减震效果，为达到更好的减震效果，可以适当增加周期数，所述基体10和所述散射体11为厚度相同的薄圆环，所述基体10可以用钢制作，也可以用密度、弹性模量相近的其他金属材料替代，所述散射体11可以用电木制作，也可以用密度、弹性模量相近的其他材料替代，所述基体10和所述散射体11之间可用强力胶达到紧密贴合的效果，所述布拉格散射型声子晶体圆环9，其安装在所述轮毂4中心的孔中，为防止布拉格散射型声子晶体圆环9沿轴向的运动，在其两端面安装了所述端盖12，所述端盖12通过所述螺钉13固定于所述轮毂4上，可以通过对所述局域共振子6的个数和所述布拉格散射型声子晶体圆环9的周期数的改变，以及所述弹性体7、所述质量块8、所述基体10和所述散射体11材料参数的调整，实现带隙位置及带隙宽度的变化，以满足不同路况频段区间的减震要求。

图3和图4表示了本发明的第二种实施方式。如图3和图4所示，与第一种实施方式不同的是，所述弹性体7和所述质量块8同为圆环状，所述轮辐3和安装在其两侧的所述弹性体7、所述质量块8之间通过螺栓14连接以达到紧密贴合的效果。

图1和图2表示本发明的第一种实施方式，其主要适用于非机动车辆。图3和图4表示本发明第二种实施方式，其主要适用于机动车辆。

上述实施方式，并非用于限定本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应视为本发明的保护范围。