低频宽带多级超材料径向减振轴承系统

本发明属于旋转机械系统振动控制领域，尤其涉及一种低频宽带多级超材料径向减振轴承系统。

背景技术：

1、旋转机械设备由于不平衡质量，装配工艺等因素常会出现不对中，引发转子系统的摩擦振动，特别是对于水下航行器的推进系统，轴系的摩擦振动不仅降低推进效率，而且极大影响其隐身作战能力。传统的减振器的减振频率一般作用在其固有频率附近，可调节性差，低频宽带减振能力弱。并且，船舶推进系统的安装空间有限，传统减振器的体积需要根据机舱空间进行精确设计，增大设备制作成本。

2、声学超材料是通过人为设计由两种或以上材料构成周期性/非周期性几何结构，可以实现声聚焦、声隐身、声成像、声波导、声学黑洞等超常特性。其中的声子晶体其结构单元尺寸远小于控制的波长，具有减振频带宽、减振能力好等优势，在船舶低频减振领域有着很好地前景。研究声学超材料对船舶低频振动的抑制等关键科学技术问题，不仅可以延长船舶轴系使用寿命，增加可靠度，还对促进船舶声隐身领域的发展具有重要的意义，同时为研制低频减振超材料奠定关键理论以及技术基础。

3、因此，本发明利用两种声学超材料的特殊性质，提出低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，能够抑制转子系统自激振动与外界激励之间的振动双向传递，并且声学超材料的带隙叠加特性可使径向轴承系统具备低频宽带减振能力。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种能够抑制转子系统自激振动与外界激励之间的振动双向传递的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统。

2、本申请是这样实现的：

3、本申请提供一种低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，包括轴承座和与轴承座相连的轴承底座，其特征在于：所述轴承座包括由内至外依次设置的衬套、局域共振型超材料减震层和外壳，所述轴承底座包括阵型超材料减振层。

4、在一些可选的实施方案中，所述轴承座为分体式结构，分为上、下两个部分。

5、在一些可选的实施方案中，所述局域共振型超材料减振层由多个单体晶胞阵列构成，所述单体晶胞包括六面体结构的基体，在基体内设有散射体，所述散射体外周设有包覆层。

6、在一些可选的实施方案中，所述散射体安设在基体的中间，为刚性材料制成，各个单晶胞呈均匀的阵列分布。

7、在一些可选的实施方案中，各个单晶胞中散射体的外径不一致，按照散射体大小，横向方向，其由小到大排布形成超材料减振层。

8、在一些可选的实施方案中，所述点阵型超材料减振层包括多个呈阵列分布的单胞结构单元，其中，胞元为体心立方结构，胞元大小相同，呈多层阵列分布，形成点阵型超材料减振层。

9、在一些可选的实施方案中，所述点阵型超材料减振层包括多个呈阵列分布的单胞结构单元，其中，胞元为三周期极小曲面结构，胞元大小相同，呈多层阵列分布，形成点阵型超材料减振层。

10、在一些可选的实施方案中，所述衬套内设有轴承内衬和轴承外衬。

11、在一些可选的实施方案中，在外壳上对应轴承内衬和轴承外衬的两端分别设有轴承端盖，所述轴承端盖通过紧固件固定在轴承座上。

12、在一些可选的实施方案中，所述局域共振型超材料减振层围合在衬套的四周，形成包围型结构。

13、本发明轴承座中引入局域共振型声学超材料和点阵型声学超材料，结合超材料特殊性质，在径向轴承系统中设置两个超材料减振层，使其能够抑制转子系统自激振动和外界激励的双向振动传递，并具有优异的低频宽带减振能力。

14、本申请的有益效果是：

15、1)本发明的径向轴承系统主要利用局域共振型超材料的局域共振特性和点阵型超材料的轻质、抗冲击性能强和减振降噪能力好的优势，分别在轴承壳内部布置局域共振型超材料减振层，用以降低转子系统产生的低频振动；在轴承底部布置布置点阵型超材料减振层，用以支撑径向轴承系统，并抑制轴承座与外界环境的双向振动传递。通过多级超材料减振层形成的带隙叠加效应，使径向轴承系统具备小尺寸控制大波长的能力。多种超材料单元的阵列排布可拓宽减振范围，以实现对旋转机械的低频，宽带振动的抑制。

16、2)本发明通过对超材料人工周期性结构进行布置并嵌入径向轴承系统，以实现转子系统的支撑部件与减振设备一体化的设计，该装置具有结构紧凑、安装方便等特点，可以满足不同安装环境的需求。

17、3)本发明结构中的两级超材料减振层可针对目标的振动控制需求进行精细化设计，可通过改变局域共振型超材料减振层和点阵型超材料减振层的晶胞结构参数、阵列排布方式来调节减振频段的范围，使该径向轴承系统的应用面广，适应性强。

技术特征：

1.低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，包括轴承座和与轴承座相连的轴承底座，其特征在于：所述轴承座包括由内至外依次设置的衬套、局域共振型超材料减震层和外壳，所述轴承底座包括阵型超材料减振层。

2.根据权利要求1所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，所述轴承座为分体式结构，分为上、下两个部分。

3.根据权利要求1或2所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，所述局域共振型超材料减振层由多个单体晶胞阵列构成，所述单体晶胞包括多面体结构的基体，在基体内设有散射体，所述散射体外周设有包覆层。

4.根据权利要求3所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，所述散射体安设在基体的中间，为刚性材料制成，各个单晶胞呈均匀的阵列分布。

5.根据权利要求3所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，各个单晶胞中散射体的外径不一致，按照散射体大小，横向方向，其由小到大排布形成超材料减振层。

6.根据权利要求1或2所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，所述点阵型超材料减振层包括多个呈阵列分布的单胞结构单元，其中，胞元为体心立方结构，胞元大小相同，呈多层阵列分布，形成点阵型超材料减振层。

7.根据权利要求1或2所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，所述点阵型超材料减振层包括多个呈阵列分布的单胞结构单元，其中，胞元为三周期极小曲面结构，胞元大小相同，呈多层阵列分布，形成点阵型超材料减振层。

8.根据权利要求6所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，所述衬套内设有轴承内衬和轴承外衬。

9.根据权利要求8所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，在外壳上对应轴承内衬和轴承外衬的两端分别设有轴承端盖，所述轴承端盖通过紧固件固定在轴承座上。

10.根据权利要求1或2所述的低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，其特征在于，所述局域共振型超材料减振层围合在衬套的四周，形成包围型结构。

技术总结
本申请提供了一种低频宽带多级超材料径向减振轴承系统，包括轴承座和与轴承座相连的轴承底座，其特征在于：所述轴承座包括由内至外依次设置的衬套、局域共振型超材料减震层和外壳，所述轴承底座包括阵型超材料减振层。本发明轴承座中引入局域共振型声学超材料和点阵型声学超材料，结合超材料特殊性质，在径向轴承系统中设置两个超材料减振层，使其能够抑制转子系统自激振动和外界激励的双向振动传递，并具有优异的低频宽带减振能力。

技术研发人员：欧阳武,刘祺霖,陈浩东,金勇
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13