CN113182922B - 一种主轴的三自由度低频吸振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主轴的三自由度低频吸振装置，包括吸振装置主体、第一声学黑洞以及第二声学黑洞，所述第一声学黑洞与主轴的轴向平行，所述第二声学黑洞与主轴的轴向垂直，所述第一声学黑洞和第二声学黑洞都为圆环形，且第一声学黑洞和第二声学黑洞以主轴的轴心线为对称轴，所述吸振装置主体包括圆环形结构，所述第一声学黑洞为圆环形结构内表面形成的空腔，所述圆环形结构的内外表面之间的距离由从所述圆环形结构的中轴线向外边缘逐渐减小变化，所述圆环形结构包括第一声学黑洞，该主轴的三自由度低频吸振装置，结构合理，有更佳的能量聚集效率和更宽的吸振频带，有效地实现低频吸振，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于主轴减震技术领域，具体涉及一种主轴的三自由度低频吸振装置。
背景技术
机床在高速运作时，由于外界的激励、被加工工件表面不平整、机床各零部件老化、支撑松动等因素，总会带来各种各样的振动，而这些振动的产生则会伴随着许多不必要危害的出现。比如，在车削、铣削加工过程中，机床主轴振动过大将会降低工件的加工精度和表面光滑度,进而加剧刀具的磨损和疲劳破坏，不仅会缩短刀具的寿命，甚至会导致危险事故的发生。长时间的剧烈振动会导致机床正常功能的丧失，造成机床各部件连接处的松动，影响机床的加工精度和使用寿命。工业噪声的产生通常都与机械振动有关，而振动噪音则影响到工人的身心健康和工作效率；
声学黑洞(ABH)将天文物理学中的黑洞概念引入到波动和声振领域中，并将其作为一种全新的概念提出。目前实现声学黑洞效应的主要方式是按照一定的幂函数改变结构的厚度，当弯曲波在变厚度结构中传播，结构厚度按一定幂函数减小时，弯曲波的相速度和群速度也相应的减小。理想情况下，当厚度减小为零时，结构边缘的波速可减小到零，达到波的零反射，将所有的波动能量集中在结构的尖端位置，通过结构的阻尼和附加在结构上的阻尼材料，达到能量吸收或减振降噪的目的。
声学黑洞的突出优势在于黑洞效应作用频率范围宽，在截止频率以上均有效。而截止频率往往受到ABH尺寸影响，而在ABH大小受限制的运用中其低频黑洞效应难以实现。当多个声学黑洞结构周期分布到结构中时,在声学黑洞截止频率以下的较低频率范围之内,仍有很好的减振降噪效果，但受到安装空间和主轴结构的限制，能安装的声学黑洞结构有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主轴的三自由度低频吸振装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种主轴的三自由度低频吸振装置，包括吸振装置主体、第一声学黑洞以及第二声学黑洞；
所述第一声学黑洞与主轴的轴向平行，所述第二声学黑洞与主轴的轴向垂直，所述第一声学黑洞和第二声学黑洞都为圆环形，且第一声学黑洞和第二声学黑洞以主轴的轴心线为对称轴；
所述吸振装置主体包括圆环形结构，所述第一声学黑洞为圆环形结构内表面形成的空腔，所述圆环形结构的内外表面之间的距离由从所述圆环形结构的中轴线向外边缘逐渐减小变化，所述圆环形结构包括第一声学黑洞，所述第一声学黑洞的上、下表面之间的距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变化。
优选的，所述圆环形结构包括均匀区域，所述均匀区域设置于所述圆环形结构的中轴线位置并位于所述第一声学黑洞的内侧，所述均匀区域的内外表面之间的距离不变，并且等于所述第一声学黑洞的内外表面之间的最大距离。
优选的，所述圆环形结构包括第二声学黑洞，所述第二声学黑洞为均匀区域内表面形成的空腔，且第二声学黑洞与第一声学黑洞相连通。
优选的，所述圆环形结构还包括延伸区域，所述延伸区域设置于所述圆环形结构的外边缘位置，并位于所述第一声学黑洞的外侧。
优选的，所述延伸区域的内部开设有呈圆形的腔室，且腔室与第一声学黑洞相连通，所述延伸区域的内外表面之间的距离不变，并且等于所述第一声学黑洞的内外表面之间的最小距离。
优选的，所述均匀区域的外表面构造有减振降噪圆环，所述减振降噪圆环远离圆环形结构的一面朝向圆环形结构的中轴线向外边缘逐渐减小变化，且减振降噪圆环远离圆环形结构的一面从圆环形结构的中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变化。
优选的，所述吸振装置主体包括第一圆环形阻尼垫片、第二圆环形阻尼垫片和第三圆环形阻尼垫片，所述第一圆环形阻尼垫片的外径与所述圆环形结构的延伸区域外径相同，且第一圆环形阻尼垫片粘附于所述圆环形结构的延伸区域外表面处。
优选的，所述第三圆环形阻尼垫片的外径与所述圆环形结构的均匀区域内径相同，并粘附于所述圆环形结构的均匀区域内表面处。
优选的，所述第二圆环形阻尼垫片的外径与所述均匀区域外表面减振降噪圆环的外径相同，且第二圆环形阻尼垫片沾附于所述减振降噪圆环的顶面。
本发明的技术效果和优点：该主轴的三自由度低频吸振装置，得益于吸振装置主体、圆环形结构、延伸区域、均匀区域、减振降噪圆环、第一声学黑洞和第二声学黑洞的设置，不破坏主轴结构完整性，实现低频、中频及高频振动的吸收，安装容易，吸振装置主体有着更大的阻尼安装面积，加强了吸振的效果；
在机床主轴有限的长度上，采用一维声学黑洞结构能够最大化的降低结构的截止频率，在最小截断厚度不变的基础上，一维声学黑洞结构的最大厚度比二维声学黑洞结构大，有更佳的能量聚集效率和更宽的吸振频带，有效地实现低频吸振；
由均匀区域的第二圆环形阻尼垫片和第三圆环形阻尼垫片和减振装置可以构成被动减振结构，扩展有效频带；
吸振装置主体中包括第一声学黑洞和第二声学黑洞，可实现主轴三个自由度的吸振，有效抑制了其他方向振动；
相比于一维声学黑洞和二维声学黑洞，三自由的的声学黑洞结构具有更高的减振效果，利用两组声学黑洞的耦合，在三个方向上都具有更佳的减振特性。
附图说明
图1为本发明在主轴结构上的安装示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明图1中A-A处的剖视图；
图4为本发明图3中B处结构的放大示意图；
图5为本发明图3中C处结构的放大示意图。
图中：1吸振装置主体、2圆环形结构、3延伸区域、301第一圆环形阻尼垫片、302第二圆环形阻尼垫片、4均匀区域、401第三圆环形阻尼垫片、5减振降噪圆环、6第一声学黑洞、7第二声学黑洞。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了实现低频吸振，如图1、图2和图3所示，该主轴的三自由度低频吸振装置，包括吸振装置主体1、第一声学黑洞6以及第二声学黑洞7；
所述第一声学黑洞6与主轴的轴向平行，所述第二声学黑洞7与主轴的轴向垂直，所述第一声学黑洞6和第二声学黑洞7都为圆环形，且第一声学黑洞6和第二声学黑洞7以主轴的轴心线为对称轴，吸振装置主体1中包括第一声学黑洞6和第二声学黑洞7，可实现主轴三个自由度的吸振，有效抑制了其他方向振动；
所述吸振装置主体1包括圆环形结构2，所述第一声学黑洞6为圆环形结构2内表面形成的空腔，所述圆环形结构2的内外表面之间的距离由从所述圆环形结构2的中轴线向外边缘逐渐减小变化，所述圆环形结构2包括第一声学黑洞6，所述第一声学黑洞6的上、下表面之间的距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变化，得益于吸振装置主体1、圆环形结构2、延伸区域3、均匀区域4、减振降噪圆环5、第一声学黑洞6和第二声学黑洞7的设置，不破坏主轴结构完整性，实现低频、中频及高频振动的吸收，安装容易，吸振装置主体1有着更大的阻尼安装面积，加强了吸振的效果；
所述圆环形结构2包括均匀区域4，所述均匀区域4设置于所述圆环形结构2的中轴线位置并位于所述第一声学黑洞6的内侧，所述均匀区域4的内外表面之间的距离不变，并且等于所述第一声学黑洞6的内外表面之间的最大距离，由均匀区域4的第二圆环形阻尼垫片401和第三圆环形阻尼垫片402和减振装置可以构成被动减振结构，扩展有效频带；
所述均匀区域4的外表面构造有减振降噪圆环5，所述减振降噪圆环5远离圆环形结构2的一面朝向圆环形结构2的中轴线向外边缘逐渐减小变化(具体实施时，当主轴振动时，振动波沿第一声学黑洞6传导至第二声学黑洞7内，接着传导至减振降噪圆环5内，由于减振降噪圆环5远离圆环形结构2的一面朝向圆环形结构2的中轴线向外边缘逐渐减小变化，故振动波传导过程中，减振降噪圆环5的边缘厚度逐渐降低，进而降低振动波的波速，达到减振功能)，且减振降噪圆环5远离圆环形结构2的一面从圆环形结构2的中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变化。
为了方便安装，如图3、图4和图5所示，该主轴的三自由度低频吸振装置，所述圆环形结构2包括第二声学黑洞7，所述第二声学黑洞7为均匀区域4内表面形成的空腔，且第二声学黑洞7与第一声学黑洞6相连通；
所述圆环形结构2还包括延伸区域3，所述延伸区域3设置于所述圆环形结构2的外边缘位置，并位于所述第一声学黑洞6的外侧；
所述延伸区域3的内部开设有呈圆形的腔室，且腔室与第一声学黑洞6相连通，所述延伸区域3的内外表面之间的距离不变，并且等于所述第一声学黑洞6的内外表面之间的最小距离；
所述吸振装置主体1包括第一圆环形阻尼垫片301、第二圆环形阻尼垫片302和第三圆环形阻尼垫片401，所述第一圆环形阻尼垫片301的外径与所述圆环形结构2的延伸区域3外径相同，且第一圆环形阻尼垫片301粘附于所述圆环形结构2的延伸区域3外表面处(具体实施时，通过第一圆环形阻尼垫片301、第二圆环形阻尼垫片302和第二圆环形阻尼垫片401可与机床的主轴进行固定连接)；
所述第一圆环形阻尼垫片301的外径与所述圆环形结构2的延伸区域3内径相同，并粘附于所述圆环形结构2的延伸区域3内表面；
所述第二圆环形阻尼垫片302的外径与所述均匀区域4外表面减振降噪圆环5的外径相同，且第二圆环形阻尼垫片302沾附于所述减振降噪圆环5的顶面。
Claims (4)
1.一种主轴的三自由度低频吸振装置，包括吸振装置主体(1)、第一声学黑洞(6)以及第二声学黑洞(7)；
其特征在于：所述第一声学黑洞(6)与主轴的轴向平行，所述第二声学黑洞(7)与主轴的轴向垂直，所述第一声学黑洞(6)和第二声学黑洞(7)都为圆环形，且第一声学黑洞(6)和第二声学黑洞(7)以主轴的轴心线为对称轴；
所述吸振装置主体(1)包括圆环形结构(2)，所述第一声学黑洞(6)为圆环形结构(2)内表面形成的空腔，所述圆环形结构(2)的内外表面之间的距离由从所述圆环形结构(2)的中轴线向外边缘逐渐减小变化，所述圆环形结构(2)包括第一声学黑洞(6)，所述第一声学黑洞(6)的上、下表面之间的距离从中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变化；
所述圆环形结构(2)包括均匀区域(4)，所述均匀区域(4)设置于所述圆环形结构(2)的中轴线位置并位于所述第一声学黑洞(6)的内侧，所述均匀区域(4)的内外表面之间的距离不变，并且等于所述第一声学黑洞(6)的内外表面之间的最大距离；
所述圆环形结构(2)包括第二声学黑洞(7)，所述第二声学黑洞(7)为均匀区域(4)内表面形成的空腔，且第二声学黑洞(7)与第一声学黑洞(6)相连通；
所述圆环形结构(2)还包括延伸区域(3)，所述延伸区域(3)设置于所述圆环形结构(2)的外边缘位置，并位于所述第一声学黑洞(6)的外侧；
所述延伸区域(3)的内部开设有呈圆形的腔室，且腔室与第一声学黑洞(6)相连通，所述延伸区域(3)的内外表面之间的距离不变，并且等于所述第一声学黑洞(6)的内外表面之间的最小距离；
所述均匀区域(4)的外表面构造有减振降噪圆环(5)，所述减振降噪圆环(5)远离圆环形结构(2)的一面朝向圆环形结构(2)的中轴线向外边缘逐渐减小变化，且减振降噪圆环(5)远离圆环形结构(2)的一面从圆环形结构(2)的中轴线向外边缘方向呈幂指数形式变化。
2.根据权利要求1所述的一种主轴的三自由度低频吸振装置，其特征在于：所述吸振装置主体(1)包括第一圆环形阻尼垫片(301)、第二圆环形阻尼垫片(302)和第三圆环形阻尼垫片(401)，所述第一圆环形阻尼垫片(301)的外径与所述圆环形结构(2)的延伸区域(3)外径相同，且第一圆环形阻尼垫片(301)粘附于所述圆环形结构(2)的延伸区域(3)外表面处。
3.根据权利要求2所述的一种主轴的三自由度低频吸振装置，其特征在于：所述第三圆环形阻尼垫片(401)的外径与所述圆环形结构(2)的均匀区域(4)内径相同，并粘附于所述圆环形结构(2)的均匀区域(4)内表面处。
4.根据权利要求2所述的一种主轴的三自由度低频吸振装置，其特征在于：所述第二圆环形阻尼垫片(302)的外径与所述均匀区域(4)外表面减振降噪圆环(5)的外径相同，且第二圆环形阻尼垫片(302)沾附于所述减振降噪圆环(5)的顶面。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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