本發(fā)明涉及人工彈性波超構(gòu)材料，尤其涉及一種用于隔振降噪的可變截面顆粒阻尼彈性波超結(jié)構(gòu)裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，基于彈性波與振動(dòng)在周期結(jié)構(gòu)傳播特性的研究引起了廣泛的關(guān)注，彈性波超結(jié)構(gòu)具有彈性波和振動(dòng)的禁止傳播頻率帶隙，因此可應(yīng)用于機(jī)械工程、土木工程、航空航天等隔振降噪領(lǐng)域中。

2、傳統(tǒng)的隔振系統(tǒng)，如橡膠隔振器、空氣彈簧隔振器等，一旦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)固定，其隔振頻率在一個(gè)固定的范圍，無(wú)法適用于激勵(lì)頻率變化的情況。此外，在傳統(tǒng)隔振系統(tǒng)中，彈性波的傳輸路徑單一，只能針對(duì)某一特定方向的振動(dòng)進(jìn)行抑制，在復(fù)雜工況下難以實(shí)現(xiàn)良好的減振效果。人工周期結(jié)構(gòu)可以利用自身幾何/材料的特殊設(shè)計(jì)產(chǎn)生彈性波帶隙，以達(dá)到減振降噪的目的。通過(guò)對(duì)于周期結(jié)構(gòu)中組分的彈性常數(shù)、密度、組分的填充比、結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以對(duì)周期結(jié)構(gòu)的帶隙位置以及寬度進(jìn)行調(diào)整。利用周期結(jié)構(gòu)的帶隙特性和通帶特性實(shí)現(xiàn)隔振降噪效果，相對(duì)于傳統(tǒng)減振系統(tǒng)，周期結(jié)構(gòu)能夠在滿足結(jié)構(gòu)機(jī)械性能的條件下，通過(guò)調(diào)整帶隙位置以應(yīng)對(duì)激勵(lì)頻率變化的情況，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)減振設(shè)計(jì)具有重要意義。

3、顆粒阻尼器是一種魯棒性很強(qiáng)的被動(dòng)型阻尼器，相比其它阻尼器，顆粒阻尼器對(duì)于工作環(huán)境要求不高，可以在各種環(huán)境下正常工作，將顆粒阻尼器加入到隔振裝置中可以有效提高隔振效果。顆粒阻尼器由腔體和內(nèi)部顆粒組成，將不同材料、形狀、尺寸的顆粒物封閉在一個(gè)腔體內(nèi)，這個(gè)腔體可以是結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空腔，也可以是附著在結(jié)構(gòu)上的空腔，顆粒阻尼器具有高度的非線性行為，通過(guò)顆粒與腔體壁面的碰撞以及顆粒間的摩擦碰撞來(lái)耗散結(jié)構(gòu)的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)減振效果。顆粒阻尼器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，減振效果良好，適用于多種復(fù)雜環(huán)境，顆粒阻尼減振技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在航空航天、土木建筑及汽車等多個(gè)領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于隔振降噪的可變截面顆粒阻尼彈性波超結(jié)構(gòu)裝置，該裝置實(shí)現(xiàn)了散射體截面可變的剛性連接隔振方式，能夠滿足較高支撐強(qiáng)度下的隔振問(wèn)題。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種用于隔振降噪的可變截面顆粒阻尼彈性波超結(jié)構(gòu)裝置，包括基座、蓋板、立柱、振源裝置、圍擋面板、滑動(dòng)裝置和剛性球顆粒；所述基座和蓋板均為三角形結(jié)構(gòu)，且基座和蓋板的三個(gè)頂角處均做切角處理；靠近基座每條邊的一側(cè)均設(shè)有直槽口、正方形卡槽和矩形卡槽，基座的切角側(cè)均設(shè)有用于安裝立柱的圓形卡槽；所述蓋板上設(shè)有與所述圓形卡槽相對(duì)應(yīng)的圓形通孔；

4、所述圍擋面板設(shè)有三個(gè)，每個(gè)圍擋面板的左右兩側(cè)相交錯(cuò)的設(shè)有柵格，三個(gè)所述圍擋面板通過(guò)柵格兩兩可活動(dòng)的交錯(cuò)連接形成三棱柱空腔結(jié)構(gòu)；每個(gè)圍擋面板的中部設(shè)有矩形通孔；每個(gè)圍擋面板的底部均設(shè)有能夠滑動(dòng)連接于所述直槽口的平鍵，通過(guò)所述平鍵限制所述圍擋面板的移動(dòng)方向；

5、每個(gè)圍擋面板的外側(cè)均通過(guò)所述正方形卡槽固定有所述振源裝置，所述振源裝置設(shè)有伸入所述矩形通孔的振源長(zhǎng)桿；

6、所述振源裝置的兩側(cè)固定有所述滑動(dòng)裝置，所述滑動(dòng)裝置包括設(shè)有與所述圍擋面板表面接觸的直齒條，所述直齒條的底部設(shè)有滑動(dòng)連接于所述矩形卡槽的平鍵；

7、所述剛性球顆粒設(shè)置在三棱柱空腔結(jié)構(gòu)、基座和蓋板所包圍的空間中，形成一個(gè)三棱柱形狀的堆疊體；

8、所述蓋板通過(guò)所述立柱和圓形通孔固定。

9、進(jìn)一步的，所述振源裝置包括振源長(zhǎng)桿、可調(diào)滑塊、支撐柱、壓縮彈簧以及螺母；所述支撐柱的橫截面為正方形，支撐柱的底部嵌入所述正方形卡槽，支撐柱的表面設(shè)置有刻度；所述可調(diào)滑塊與支撐柱活動(dòng)連接，滑塊一端設(shè)置有螺紋孔，通過(guò)緊固螺栓和螺紋孔實(shí)現(xiàn)可調(diào)滑塊的鎖定與活動(dòng)；所述振源長(zhǎng)桿與可調(diào)滑塊活動(dòng)連接，并能夠隨著可調(diào)滑塊上下移動(dòng)；所述螺母設(shè)置于振源長(zhǎng)桿的前端，螺母和可調(diào)滑塊之間套接有所述壓縮彈簧，所述壓縮彈簧的一端與可調(diào)滑塊的表面接觸，另一端與所述螺母的尾部接觸；所述振源長(zhǎng)桿的前端穿過(guò)螺母和矩形通孔與剛性球顆粒接觸。

10、進(jìn)一步的，每個(gè)滑動(dòng)裝置包括平鍵、直齒輪、直齒條、搖桿、棘爪、軸承及齒輪箱；所述直齒條通過(guò)固定在其下表面平鍵實(shí)現(xiàn)在矩形卡槽內(nèi)前后移動(dòng)；所述齒輪箱通過(guò)緊固螺栓固定在基座上；齒輪箱內(nèi)設(shè)有圓柱和所述直齒輪，所述棘爪與齒輪箱中的圓柱可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，用于鎖定直齒條的向后移動(dòng)；所述直齒輪的內(nèi)孔與所述搖桿的圓柱表面固定連接，所述搖桿通過(guò)軸承固定在齒輪箱上，直齒條和直齒輪相互嚙合。

11、進(jìn)一步的，所述直槽口和矩形卡槽內(nèi)添加有自潤(rùn)滑材料，用于減小摩擦，減少滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。

12、進(jìn)一步的，相鄰圍擋面板的柵格部分相互接觸且相鄰圍擋面板之間能夠相對(duì)移動(dòng)。

13、進(jìn)一步的，所述直槽口垂直于基座的側(cè)邊；隨著圍擋面板的前后移動(dòng)，剛性球顆粒堆疊體橫截面大小和高度發(fā)生變化；所述剛性球顆粒堆疊體高度高于圍擋面板矩形通孔的最低點(diǎn)，低于蓋板的下表面；剛性球顆粒的直徑大于圍擋面板柵格部分的行間距以及直槽口寬度。

14、進(jìn)一步的，所述可調(diào)滑塊的一側(cè)設(shè)置有正方形通孔，能夠與支撐桿相配合，實(shí)現(xiàn)可調(diào)滑塊沿著支撐桿的上下滑動(dòng)；所述可調(diào)滑塊的另一側(cè)設(shè)置有圓形通孔，該圓形通孔與正方形通孔的中心線相互垂直；在正方形通孔的一側(cè)設(shè)置有螺紋通孔，用以與緊固螺栓相配合鎖定可調(diào)滑塊在支撐桿的位置；所述支撐桿設(shè)置有刻度的一側(cè)表面與基座的側(cè)邊同向，以便觀察各個(gè)可調(diào)滑塊所在的位置；

15、所述振源長(zhǎng)桿為圓形截面，振源長(zhǎng)桿能夠通過(guò)可調(diào)滑塊的圓形通孔前后移動(dòng)；振源長(zhǎng)桿前端設(shè)有倒角。

16、進(jìn)一步的，所述壓縮彈簧的長(zhǎng)度大于所述圍擋面板表面與可調(diào)滑塊之間最大的距離，當(dāng)振源長(zhǎng)桿與剛性球產(chǎn)生接觸時(shí)，所述壓縮彈簧處于壓縮狀態(tài)。

17、進(jìn)一步的，通過(guò)搖桿兩邊的軸承將直齒輪固定在齒輪箱上，轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿實(shí)現(xiàn)直齒輪的旋轉(zhuǎn)，直齒輪驅(qū)動(dòng)直齒條沿著基座表面相應(yīng)矩形卡槽方向前后移動(dòng)，并帶動(dòng)圍擋面板的移動(dòng)；所述搖桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)直齒條向前移動(dòng)，搖桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)直齒條向后移動(dòng)。

18、進(jìn)一步的，所述棘爪的一端能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于直齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的鎖定；另一端設(shè)有一個(gè)圓形按盤，通過(guò)按壓圓形按盤用于解除棘爪對(duì)于直齒輪旋轉(zhuǎn)的鎖定，以便將直齒條恢復(fù)至初始位置。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：

20、1.本發(fā)明的裝置整體屬于三角形結(jié)構(gòu)，各部件之間的主要連接方式屬于剛性結(jié)構(gòu)連接，相較于傳統(tǒng)柔性隔振降噪結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、高荷載情況下屈服量較小。

21、2.本發(fā)明的滑動(dòng)裝置采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)，齒輪齒條傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有滑動(dòng)，具有較高的傳動(dòng)穩(wěn)定性，通過(guò)合理設(shè)計(jì)齒輪齒條的齒形，可以保證較高的傳動(dòng)精度，并且可以通過(guò)傳動(dòng)比的調(diào)整以滿足不同的工作環(huán)境要求，相較于一般的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有精度高、穩(wěn)定性好、耐用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

22、3.本發(fā)明的裝置可以通過(guò)改變可調(diào)滑塊在支撐桿上的位置實(shí)現(xiàn)對(duì)于振源長(zhǎng)桿高度的調(diào)整，不同的支撐桿上具有相同的刻度條，可以準(zhǔn)確的調(diào)整不同的振源長(zhǎng)桿位于相同的或者不同的高度，從而在剛性球散射體中形成不同的彈性波傳輸路徑，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜情況下的隔振降噪。

23、4.本發(fā)明的圍擋面板可以沿著基座上的直槽口方向前后移動(dòng)，三個(gè)方向的圍擋面板獨(dú)立移動(dòng)，無(wú)相互約束，圍擋面板、基座和蓋板所圍成的三棱柱空間截面的大小可以實(shí)現(xiàn)更大的變化范圍。

24、5.本發(fā)明的圍擋面板包含中間實(shí)心部分以及左右兩邊交錯(cuò)分布的柵格部分，相鄰圍擋面板的相對(duì)移動(dòng)發(fā)生在柵格部分上，可以根據(jù)實(shí)際需要合理設(shè)計(jì)圍擋面板上實(shí)心部分以及柵格部分的占比，從而增大或者減小面板所圍成的三棱柱空間截面的變化范圍，可以滿足不同振動(dòng)情況下的隔振需求。

25、6.本發(fā)明實(shí)施例為三維構(gòu)型，相較于一維、二維的隔振降噪裝置具有三維多方向、多角度、多層次抑制振動(dòng)的特點(diǎn)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)圍擋面板中柵格部分的占比以及三個(gè)面板的位置，可以得到不同橫截面積、不同高度的剛性球散射體，依靠剛性球顆粒之間的碰撞耗散振動(dòng)能量，可以實(shí)現(xiàn)不同的顆粒阻尼效應(yīng)，從而對(duì)于多種復(fù)雜的振動(dòng)情況可以實(shí)現(xiàn)更好的振動(dòng)抑制效果。

26、7.本發(fā)明的齒輪箱中固定有棘爪機(jī)構(gòu)，在選定空間截面大小的情況下，可以鎖定齒輪齒條的傳動(dòng)，保持剛性球散射體截面的大小，并且可以通過(guò)按壓棘爪另一端的圓形按盤解除鎖定，將裝置恢復(fù)至初始位置。

27、8.本發(fā)明中基座表面的直槽口、圍擋面板與剛性球接觸的前表面均涂覆自潤(rùn)滑材料，以減小摩擦。此外振源長(zhǎng)桿的前端在設(shè)置倒角的同時(shí)，可以對(duì)倒角的邊緣進(jìn)行磨削增大曲率半徑以降低與剛性球接觸時(shí)產(chǎn)生的接觸應(yīng)力，從而提高本發(fā)明裝置的隔振降噪效果。