一种具有中低频减振特性的径向镂空周期结构齿轮轮毂的制作方法

本发明涉及反共振减振
技术领域：
，特别涉及一种具有中低频减振特性的径向镂空周期结构齿轮轮毂。
背景技术：
：反共振指的是弹性系统中在某些特定频率的激励作用下，系统整体或某些部位会出现振动静止的现象。通过合理设计系统的结构参数，可以在一定频率范围内抑制振动的传播。反共振理论在机械领域有着广泛的应用前景。在工程机械中，齿轮在高速运转时会产生不同程度的振动与噪声，不仅会降低齿轮的使用寿命，而且还会造成噪声污染，影响工作人员的身体健康。因此，减振降噪对提高机械设备精度，增加设备使用寿命境等都具有重要意义。目前减小齿轮振动的方法主要有两类，一是减少振动的产生，即提高齿轮等零部件的制造与安装精度；二是通过隔振等技术来减小已经产生的振动。但是，以上技术很难达到良好的减振效果，齿轮在传动时不可避免的会产生振动。技术实现要素：为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种具有中低频减振特性的径向镂空周期结构齿轮轮毂，对于轴向激励、径向激励和切向激励在很多的中低频段内都具有振动衰减的特性，具有结构简单，实用的特点。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有中低频减振特性的径向镂空周期结构齿轮轮毂，包括由内向外设置的多个实心圆环2，在相邻实心圆环2之间设置有楔形块1，相邻实心圆环2之间未设置楔形块1的部分为镂空结构，由内向外，每层楔形块1均相对上一层呈一定角度旋转。所述的实心圆环2在半径方向由内向外周期性排列。所述的楔形块1的中心角均为18°。所述的实心圆环2为五层，楔形块1为四层。所述的每相邻实心圆环2之间的楔形块1为四个，均布设置。所述的由内向外均布的每层楔形块1依次旋转的角度分别为顺时针36°，36°，36°和54°。所述的最外圈实心圆环2的外径为180mm，最内圈实心圆环2的内径为90mm，相邻实心圆环2之间的径向镂空距离为15mm，实心圆环2的径向宽度为15mm，实心圆环2的轴向高度为24mm，位于实心圆环2轴向高度中心的楔形块1轴向高度为8mm。本发明的有益效果是：本发明径向镂空周期结构，对于轴向激励、径向激励和切向激励在很多的中低频段内都具有振动衰减的特性；其振动衰减的频段还可通过调整实心圆环和楔形块的结构参数进行调节。本发明径向镂空周期结构齿轮轮毂在机械工程上具有潜在的应用价值，可以削弱齿轮在中低频的振动。附图说明图1为本发明结构正面视图。图2为本发明结构剖面视图。图3是本发明轴向振动传输仿真及实验结果。图4是本发明径向振动传输仿真及实验结果。图5是本发明切向振动传输仿真及实验结果。图6是本发明实心圆环轴向高度h对径向激励下结构第一振动衰减频段的影响。图7是本发明楔形块轴向高度w对径向激励下结构第一振动衰减频段的影响。图8是本发明的是径向镂空距离n和实心圆环的径向宽度m的比重发生变化时对结构径向激励下第一振动衰减频段的影响。具体实施方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。如图1和图2所示，本发明一种具有中低频减振特性的径向镂空周期结构齿轮轮毂，包括多个实心圆环2，实心圆环2在半径方向由内向外周期性排列，相邻实心圆环2之间由四个楔形块1连接。四个楔形块1在圆周方向均匀分布，每个楔形块的中心角均为18°，且半径方向由内向外四个均布的楔形块1依次旋转的角度分别为顺时针36°，36°，36°和54°。本发明中，为了使得结构具有一定的强度和刚度，整个镂空圆盘结构的材料都采用45钢，具体的材料参数如表1所示。尺寸参数：最外圈实心圆环2的外径为d＝180mm，最内圈实心圆环2的内径为r＝45mm，相邻实心圆环2之间的径向镂空距离为n＝15mm，实心圆环2的径向宽度为m＝15mm，实心圆环2的轴向高度为h＝24mm，位于实心圆环2轴向高度中心的楔形块1轴向高度为w＝8mm，楔形块由内向外旋转一定的角度a＝36°，b＝18°，每个楔形块的中心角c＝18°。表1材料参数材料杨氏模量泊松比密度45号钢2.09e11pa0.2697890以下是本发明的两个具体实施例，给出了三维实体结构在轴向激励、径向激励及切向激励下中低频范围内自由边界条件下的径向镂空周期结构的减振特性；改变结构参数对其在径向激励下第一振动衰减频段的影响。实施例1轴向激励，如图3所示，结构在740～1397hz、1681～1867hz以及3258～3970hz之间存在非常明显的振动衰减区域。从图中可以看出，仿真和实验的对比结果较好，固有频率的相对误差都不超过10％，该误差在工程应用中属于可接受的合理范围内。径向激励，如图4所示，振动的衰减范围尤其是在409～1856hz之间将近1500hz的频宽内具有十分良好减振效果，从图中可以看出甚至在很大一部分频段内振动的衰减到达-20db以上，可以看做振动被完全抑制。提取图中仿真及实验频响函数峰值所在频率可以得到相对误差都不超过5％，在工程允许的合理范围内。切向激励，如图5所示，实验与仿真的结果在中高频处对应的非常好，但在中低频做实验时，为了对结构施加切向脉冲载荷方便，在结构上加工了直径为8mm，并配合螺栓，螺栓与螺纹孔之间存在配合间隙，在敲击时间隙对中低频影响较大，使得固有频率发生了了偏移，使得激励测得的结构频响与仿真模型计算出来的有一定的差别。实施例2改变实心圆环厚度轴向高度h，从图6中我们可以看到随着径向镂空周期结构实心圆环处的轴向高度变大，结构在径向激励下第一振动衰减频段的下边界频率基本保持不变，但是上边界处的频率往低频移动，从而使得结构第一振动衰减频段变窄。改变楔形块的轴向高度w，从图7中可以看出随着楔形块的轴向高度不断变大，结构在径向激励下第一振动衰减频段的上边界逐渐升高，然后逐渐趋于平稳，轴向高度为20mm时振动衰减的频宽比轴向高度为4mm时多了将近400hz，所以如果仅仅考虑结构对径向激励下中低频段的振动衰减，镂空连接处较厚显然是更有利的。当径向镂空距离n和实心圆环的径向宽度m的比重发生变化时，从图8中可以看到，随着m的变大n的变小，结构在径向激励下第一振动衰减频段的上边界往高频移动，下边界略微往低频移动，当镂空部位的宽度非常窄时，结构对径向激励有着非常优越的隔振能力，当m＝25mm，n＝5mm时结构在376hz～2323hz将近2000hz的频段内都具有减振效果。可见，采用本发明的结构，可以使得：结构在轴向激励、径向激励及切向激励下中低频都有非常优良的减振特性。通过调整其结构参数对结构在径向激励下第一振动衰减频段进行调节。因此，本发明径向镂空周期结构可以应用于机械工程，削弱齿轮在中低频的振动。本发明的工作原理：本发明设计了一种新型的径向镂空周期结构，理论上该结构可以看做是齿轮的轮毂部分，区别于传统齿轮轮毂的实心圆盘结构，该结构在径向方向上呈现周期性镂空，在镂空部位四个均布的楔形块1将相邻的两个实心圆环2连接，由内向外四个均布的楔形块1也呈一定的角度旋转。由于齿轮在传动的过程中，与齿轮轮毂连接的轴受到齿轮传动过程中传过来的振动，振动再通过不断传递到轴上继而传递到机器的其他部位，引发机器产生振动。根据振动理论的基础知识可知，对于多自由度系统而言，在两阶固有频率之间存在一个反共振频率，所谓的反共振指的是弹性系统中在某些特定频率的激励作用下，系统整体或某些部位会出现振动静止的现象。假如利用力学阻抗的概念来分析，反共振现象也就是说系统在某些频率出现位移导纳(动柔度)为零的情形。由上文中径向镂空周期结构频响曲线可知，径向镂空周期结构的频响函数曲线峰值频率正好对应结构的固有频率，尤其对径向激励来说，共振峰之间的频段存在着明显的振动衰减区域，故而径向镂空周期结构中低频的振动衰减是由于结构的反共振特性造成的。当前第1页12