一种仿生层间过渡振动能耗散结构的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及用于给机械结构减振降噪的阻尼结构，具体为一种仿生层间过渡振动能耗散结构，为横截面为环形层状结构的管体，管体的里层为过渡缓冲层，中间层为仿生阻尼层，最外层为弹性约束层，其中弹性约束层所用材料的材料弹性模量取值范围为7×1010～2.1×1011Pa，泊松比取值范围为0.25～0.35，密度取值范围为2500～7850kg/m3，仿生阻尼层所用材料的材料弹性模量取值范围为1×105～1×107Pa，泊松比取值范围为0.45～0.5，密度取值范围为800～1400kg/m3，过渡缓冲层所用材料的材料弹性模量取值介于仿生阻尼层和弹性约束层之间，泊松比取值范围为0.3～0.45，密度取值范围为30～1200kg/m3，本发明可广泛用于各类机械或结构的减振降噪，尤其是应用于一些薄壳结构的曲面上，例如，鼓风机外壳、各种管道、轴类零件、各类工程车辆等。
【专利说明】一种仿生层间过渡振动能耗散结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于给机械结构减振降噪的阻尼结构，具体为一种仿生层间过渡振动 能耗散结构。
【背景技术】
[0002] 在进行机械结构减振降噪设计中，增加阻尼结构是一种行之有效的方法。然而，同 一阻尼结构又通常有两种不同的形态：自由阻尼型结构和约束阻尼型结构，所谓自由阻尼 型结构，是把一层具有大阻尼的粘弹性阻尼材料，通过一定方式，附着于需要做减振处理的 机械结构上，这样，当机械结构振动时，粘弹性阻尼材料就会受到交变的拉压应力和应变， 从而将机械振动能转化为热能进行耗散；约束阻尼型结构，是在上述自由阻尼型结构的基 础上，又添加了一层弹性约束层，这样，机械结构振动时，粘弹性阻尼材料同时承受拉压变 形和剪切变形，因此，增加了约束阻尼型结构的耗能效果。
[0003] 专利号为201110054805. 0的管道减振降噪方法及周期性阻尼结构，其特征在于： 在管道外侧按一定的间隔粘附多个阻尼片。该结构在一定程度上能降低管道振动及辐射噪 声。但是，上述专利的管道减振阻尼结构，为前面所述的自由阻尼型结构，其在振动能量耗 散的能力方面是有一定限制的。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有的阻尼结构的能量耗散能力有限的问题，提供了一种仿生层 间过渡振动能耗散结构。
[0005] 本发明是采用如下的技术方案实现的：一种仿生层间过渡振动能耗散结构，为横 截面为环形层状结构的管体，管体的里层为过渡缓冲层，中间层为仿生阻尼层，最外层为弹 性约束层，其中弹性约束层所用材料的材料弹性模量取值范围为7X 101(l~2. 1 X 1011 Pa，泊 松比取值范围为0. 25、. 35,密度取值范围为250(T7850 kg/m3,仿生阻尼层所用材料的材 料弹性模量取值范围为1 X 105~1 X 107 Pa，泊松比取值范围为0. 45~0. 5,密度取值范围为 80(T1400 kg/m3,过渡缓冲层所用材料的材料弹性模量取值介于仿生阻尼层所用材料的材 料弹性模量和弹性约束层所用材料的材料弹性模量之间，泊松比取值范围为〇. 3、. 45,密 度取值范围为30?1200 kg/m3。
[0006] 自然界的动植物经过漫长的进化和优胜劣汰的选择，已经具有很好的力学特性， 为机械结构的缓冲设计提供了一定的参考，对马蹄特有的"角质层/皮下层/弹性纤维脂肪 层"组织结构进行分析，研究其优越的承重、耐磨、抗冲击性能。根据马蹄角质层对马蹄起到 包裹、保护作用的原理，在本发明的仿生层间过渡振动能耗散结构中，可采用一种类马蹄角 质层结构的弹性约束层，以增加需要保护的机械结构的抗冲击、耐磨性能；分析弹性纤维脂 肪层对振动能高耗能的特性，在仿生层间过渡振动能耗散结构中设置了具有高振动能量耗 散率的仿生阻尼层，以模仿实现弹性纤维脂肪层的类似功能；模仿皮下层所具有的弹性缓 冲功能，设置了过渡缓冲层结构，类似于杠杆放大作用，可增加仿生阻尼层的剪切变形，同 时，过渡缓冲层还具有类似弹簧的作用，能够储存瞬时冲击能；特别地在仿生层间过渡振动 能耗散结构中增加了过渡缓冲层，大幅度增大仿生阻尼层的剪切变形效果，增大仿生层间 过渡振动能耗散结构的损耗因子值，从而达到预期的减振效果；同时对各层所用材料进行 了优选，保证了耗能的效果。
[0007] 上述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，仿生阻尼层的靠里层加入了片状或颗 粒状石墨，石墨可以增加仿生阻尼层内部摩擦，限制其内部长分子链的活动，加大了对外界 振动能量的转化。
[0008] 上述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，仿生阻尼层的靠外层加入金属绕丝和 金属颗粒，金属绕丝可以为直径范围为〇. 2~lmm的铝丝、铝箔材料丝、钢丝、铜丝等，金属颗 粒可以为A1203、SiC、Fe、钢颗粒、Cu颗粒等，该仿生层间过渡振动能耗散结构中设有过渡缓 冲层，过渡缓冲层增加了仿生阻尼层的剪切变形效果，仿生阻尼层由振动能转化为的热能 也增加，所以为了满足热强度的要求，在仿生阻尼层的靠外层中加入金属绕丝和颗粒复合 材料，有助于热能的耗散。
[0009] 上述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，管体在圆周方向等分为3-8段，每段 之间的间断距离为3-5mm;多段间隔后，整个结构的耗能为仿生阻尼层的剪切变形的耗能 和间断处部分材料的拉伸应变耗能之和，故有更好的减振作用。
[0010] 上述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，过渡缓冲层所用材料的材料弹性模量 与仿生阻尼层所用材料的材料弹性模量之比不小于10,过渡缓冲层与仿生阻尼层厚度之比 不小于1. 5,为了保证过渡缓冲层具有一定的剪切刚度，从而能够把基础层的剪切变形传递 到仿生阻尼层，而不是其本身吸收了基础层的剪切变形；同时，能够保证对该仿生层间过渡 振动能耗散结构的弯曲刚度不会有很大的影响。
[0011] 上述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，弹性约束层所用材料为金属基复合材 料，以金属为基体，并添加石墨纤维等为增强体，以增加需要保护的机械结构的抗冲击、耐 磨性能。
[0012] 本发明的仿生层间过渡振动能耗散结构，可广泛用于各类机械或结构的减振降 噪，尤其是应用于一些薄壳结构的曲面上，例如，鼓风机外壳、各种管道、轴类零件、各类工 程车辆等。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的结构示意图。
[0014] 图2为图1的横截面图。
[0015] 图3为加入过渡缓冲层的振动能耗散结构和未加入过渡缓冲层的振动能耗散结 构的结构损耗因子对比图。
[0016] 图4为驱动链轮的结构示意图。
[0017] 图5为实施例二的实施示意图。
[0018] 图中：1-过渡缓冲层，2-仿生阻尼层，3-弹性约束层，4-要保护的机械构件。
【具体实施方式】
[0019] 实施例一，履带式行走系中"四轮(驱动链轮、托链轮、张紧轮和支重轮)"在行走运 动中经常与履带板之间发生碰撞冲击，是履带式行走系中的主振动源，其中的驱动链轮在 传递动力的同时还受到来自工作装置和地面的强大振动与冲击。对大型、特大型工程机械 而言，其工作载荷大，当直接剥离表土、岩石等进行作业时，设备尾部剧烈的冲击载荷直接 作用到驱动链轮上；另外当工程机械遇到需要翻越坚硬突出的障碍物时，由于设备落地时 形成的振动冲击同样会对驱动链轮产生脉冲载荷，因此对驱动链轮实施减振技术就显得十 分重要及必要。
[0020] 图4为一种组合式驱动链轮示意图。从中可以看出，对驱动链轮现存的整体式 结构进行了拆分，演变为由分离的内、外齿盘组合而成。每个内齿盘的外围轮缘处突出十 个"大拇指"状圆筒，圆筒直径92mm，本发明的仿生层间过渡振动能耗散结构正好套在突 出的十个圆筒上，该结构的过渡缓冲层厚13mm，所用材料为树脂玻璃，材料弹性模量取为 4. 59X109Pa，泊松比为0. 35,密度为1200kg/m3 ;仿生阻尼层厚5. 5mm，所用材料为3M公司 的ISD-112,材料弹性模量取为2. 67X106Pa，泊松比为0. 49,密度为999kg/m3 ;在其靠里层 添加颗粒状石墨，靠外层添加直径为1_的不锈钢丝和钢颗粒，弹性约束层厚8_，所用材 料为铁基复合材料，材料弹性模量取为1. 2X10nPa，泊松比为0. 25,密度为7550kg/m3.在 圆周方向等分为3段，每段之间的间断距离为3_。安装时用压力机把该仿生层间过渡振动 能耗散结构压到内齿盘上，然后把装有仿生层间过渡振动能耗散结构的内齿盘再嵌入外齿 盘中。此圆柱状层间过渡振动能耗散结构为一种对称阻尼结构，这样设计的好处在于，不论 工程机械前进或后退，该耗能结构均可把作用在其行走系上的机械能转换成阻尼层材料的 内摩擦能，并且以热能形式散逸掉，故在一定程度上可以降低车辆工作时的振动级别。
[0021] 仿生层间过渡振动能耗散结构在工程机械的驱动链轮应用后的有益效果为：1)因 工程机械作业工况变化多端，且十分恶劣，工程机械上的大多数套状(管、环）结构又属易损 件，使用寿命约为200(T3000h，更换频繁，在这些套状结构上安装上此仿生层间过渡振动 能耗散结构后，使用寿命可达10 00(T12000h;2)提高了工程机械司机的驾驶舒适性，在 座椅处所测的振动水平降低8% ;3)提高了工程机械作业生产率达12%。
[0022] 实施例二：将仿生层间过渡振动能耗散结构应用到某轮式工程车辆悬挂结构 中，该轮式工程车辆的一个轮胎质量11^=451^，轮式工程车辆的车体及工作装置总质量 m2=1200kg，轮胎的刚度k1=2. 6X105N/m，车轮的结构损耗因子neO. 05,仿生层间过渡 振动能耗散结构的刚度匕=3.5\10%/!11，仿生层间过渡振动能耗散结构的结构损耗因子 n2=〇. 14,该结构过渡缓冲层所用材料为美国声涂料公司生产的DYAD609,材料弹性模量 取为2. 9X108Pa，泊松比为0. 3,密度为1200kg/m3,厚度为3mm，仿生阻尼层所用材料为 一种弹性凝胶，材料弹性模量取为6.IX106Pa，泊松比为0. 499,密度为1130kg/m3,厚 度为1. 2mm，弹性约束层所用材料是由钢和石墨纤维制成的复合材料，材料弹性模量取为 2. 0X10nPa，泊松比为0.33,密度为7850kg/m3,厚度为1.0mm。在圆周方向等分为6段， 每段之间的间断距离为3mm。在两种不同的路面条件下（1.野外崎岖不平地面；2.农村耕 地类路面）进行仿真分析。
[0023] 下表为第一种路面条件下，安装仿生层间过渡振动能耗散结构前后的车体质心对 路面输入的加速度响应的均方根值对比。（加速度单位：m/s2)
【权利要求】
1. 一种仿生层间过渡振动能耗散结构，其特征在于为横截面为环形层状结构的管体， 管体的里层为过渡缓冲层（1)，中间层为仿生阻尼层（2)，最外层为弹性约束层（3)，其中弹 性约束层（3)所用材料的材料弹性模量取值范围为7X 101(l~2. 1 X 1011 Pa，泊松比取值范围 为0. 25、. 35,密度取值范围为250(T7850 kg/m3,仿生阻尼层（2)所用材料的材料弹性模量 取值范围为1X 1〇5?1 X 1〇7 Pa，泊松比取值范围为0. 45、. 5,密度取值范围为80(Tl400 kg/ m3,过渡缓冲层（1)所用材料的材料弹性模量取值介于仿生阻尼层所用材料的材料弹性模 量和弹性约束层所用材料的材料弹性模量之间，泊松比取值范围为0. 3、. 45,密度取值范 围为 30?1200 kg/m3。
2. 根据权利要求1所述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，其特征在于仿生阻尼层 (2)的靠里层加入了片状或颗粒状石墨。
3. 根据权利要求1或2所述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，其特征在于仿生阻 尼层（2)的靠外层加入金属绕丝和金属颗粒。
4. 根据权利要求1或2所述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，其特征在于管体在 圆周方向等分为3-8段，每段之间的间隔为3-5mm。
5. 根据权利要求1或2所述的一种仿生层间过渡振动能耗散结构，其特征在于过渡缓 冲层（1)所用材料的材料弹性模量与仿生阻尼层所用材料的材料弹性模量之比不小于10， 过渡缓冲层与仿生阻尼层厚度之比不小于1. 5。
【文档编号】F16F15/02GK104265828SQ201410483212
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】燕碧娟, 孙大刚, 王军, 宋勇, 孙宝 申请人:太原科技大学