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一种水下航行器艉部推进电机的卡箍式隔振装置

文献发布时间:2023-06-19 18:35:48


一种水下航行器艉部推进电机的卡箍式隔振装置

技术领域

本发明属于超材料减振降噪技术领域,具体涉及一种水下航行器艉部推进电机的卡箍式隔振装置。

背景技术

从20世纪50年代初开始,国外学者就开展了水下航行器艉部结构振动相关研究,但因为当时的船舶动力设备功率较小,艉部结构振动声辐射问题并不突出,并未对艉部结构做出较高的隔振要求。随着水下航行器结构大型化,高功率化,艉部结构振动声辐射问题逐渐突出,水下航行器艉部隔振成为重要问题。而在21世纪,作为海洋的时代,各国对海域水文调查与领海控制的需求增长,而水下航行器作为远洋重要海洋建构物,得到了越来越多的关注与经济投入。随着水下航行器功能的丰富,职能对结构性能要求更加严格,特别是以潜艇为代表的一些水下航行器的安静性要求使得振动声辐射水平需要得到有效的控制。而水下航行器的艉部一般存在翼、舵、螺旋桨等结构,使得此处振动声辐射更为剧烈。因此,水下航行器艉部成为水下航行器振动声辐射控制的关键和重点考核区域,该区域结构振动声辐射水平严重影响着水下航行器整体结构的振动声辐射水平。而现在的该方面技术无法有效地达到所需隔振效果。

目前,针对水下航行器艉部推进电机的隔振措施主要有:在水下航行器艉部电机处加设周期性的筋板与肋板、使用整块的隔离舱将艉部包裹和采用抱箍式的双层隔振器。

采用加设周期性的筋板和肋板,其隔振效果差,且会导致水下航行器艉部振动声辐射将更加复杂。

采用全包裹式的隔振舱可以减少振动传递,但所需空间庞大,且不能普遍安装使用在各式艉部电机上。而水下航行器艉部空间小,振动声辐射复杂等等使得许多隔振装置难以满足要求。

采用抱箍式的双层隔振器,其需要空间较多,且使用传统的橡胶隔振材料,其抗腐蚀性与隔振效果平庸,且使用寿命周期短。

发明内容

有鉴于此,本发明提供了一种水下航行器艉部推进电机的卡箍式隔振装置,装置的隔振效果优异、所需安装空间小、使用寿命周期长、隔振频段可控制、容易装配,其结构可以普遍推广使用于各式样的圆柱形艉部电机、制作工艺成熟的水下航行器艉部隔振装置,用以提高对水下航行器振动声辐射的控制。

一种水下航行器艉部推进电机的卡箍式隔振装置,所述隔振装置包括卡箍环和隔振器,所述卡箍环包括上卡环和下卡环,所述隔振器采用具有周期性结构的超材料制成;所述上卡环和下卡环通过螺栓固定连接在一起,所述隔振器固定连接在上卡环和下卡环的固定连接处,所述上卡环和下卡环之间留有平行间隔。

进一步地,所述上卡环和下卡环之间留有1.5mm的平行间隔。

进一步地,所述隔振器内部连接两个隔振体,两个隔振体平行间隔5mm,隔振体内部的周期性网孔结构间断连续。

进一步地,所述隔振器包括上底板、下底板、隔振体和插入骨架;所述插入骨架分别插入隔振体上下两端距离端面最近的网孔中,上底板和下底板对应位于隔振体的上下两端,螺钉配合穿过上底板和下底板上的沉孔、隔振体上下两端端面上的过孔后与插入骨架连接,使得上底板和下底板与隔振体固定连接在一起。

进一步地,所述隔振体装配时涂抹CH213胶进行粘接。

有益效果:

1、本发明的隔振装置包括卡箍环和隔振器,卡箍环包括上半环和下半环,隔振器采用具有周期性结构的超材料制成;所述上半环和下半环通过螺栓固定连接在一起,所述隔振器固定连接在上半环的安装面上,上箍环和下卡箍环之间留有1.5mm的平行间隔。能够保证在一定振动下不会使得卡箍环发生剧烈形变,具有良好的安全性;而隔振体中连接保持紧密,使得超材料隔振体的隔振性能充分发挥。

2、本发明的隔振器内部连接两个隔振体,两个隔振体平行间隔5mm,隔振体内部的周期性网孔结构间断连续,能够防止整个隔振体形状过大发生形变时产生断裂,提高其安全性。

3、本发明的卡箍环与隔振器的之间采用螺钉紧密连接,使得振动能量较好地传至隔振器,而非在连接处释放消耗导致零件松动脱落,在具有对推进电机有支撑和冲击缓冲作用的同时具有良好的隔振效果。

4、本发明的隔振体为网孔结构,属于超材料这一类周期性结构材料。它的特点是能通过材料或者结构来实现对各种介质内的经典波的控制,尤其是通过引入带隙工程在一定方向和频段内禁止弹性波的传播,从而实现减震效果。本装置所设计的隔振体可通过改变其内部结构和材料实现隔振频率可调,而且内部的空隙设计不仅提升了材料利用率、降低了装置质量还以较大的变形裕度保证装置的安全性,使用超材料聚氨酯(MUC100)与传统隔振橡胶等材料相比其更具环保性。其隔振性也更优异。

5、本发明的卡箍式隔振装置可适应于任何圆柱形推进电机本体,通过卡箍的方式,无需推进电机增加任何外附结构,即可实现隔振装置在推进电机上的安装,产品适应性强。

附图说明

图1为本发明实施例中卡箍式隔振装置的三维图;

图2为本发明实施例中卡箍式隔振装置的爆炸图;

图3为本发明实施例中隔振器的结构示意图;

图4为本发明实施例中隔振体的结构示意图;

图5为本发明实施例中卡箍环的结构示意图;

图6为本发明应用于水下航行器电机的密封舱的密封舱卡箍隔振装置结构示意图。

其中,1-卡箍环、11-上卡环、12-下卡环、2-隔振器、21-隔振体、22-下底板、23-上底板、3-螺钉、4-插入骨架。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种水下航行器艉部推进电机的卡箍式隔振装置,包括卡箍环1和隔振器2,卡箍环包括上卡环11和下卡环12,上卡环11与下卡环12装配时,留有1.5mm平行间隔,通过螺栓(GB/T5782-2000,M20×45)与平垫圈、弹簧垫圈将上下卡箍环连接,保证在一定振动下不会使得卡箍环发生剧烈形变,具有良好的安全性。该间隙可在图1中观察到。从图1三维结构图与图2爆炸图可以看出,其中卡箍环1与隔振器2的之间采用的是螺钉的紧密连接,使得振动能量较好地传至隔振器,而非在连接处释放消耗导致零件松动脱落。在具有对推进电机有支撑和冲击缓冲作用的同时具有良好的隔振效果。从图1中可以看出所安装的水下航行器电机应为圆柱形,且其与隔振装置轴线应重合以保证隔振效果。

图5是卡箍环的前视图、俯视图以及剖视图5。卡箍环内径为180mm,外径204mm,材料采用钛合金TC4,该材料强度高,热强度高,抗腐蚀性好,制造工艺成熟。在上下卡箍环直径分界处两端设计有耳状固定板,用于固定连接。优选的,上卡环11与下卡环12留有1.5mm的平行间隔,保证在一定振动下不会使得卡箍环发生剧烈形变,具有良好的安全性。同时其内径180mm应在上卡环11与下卡环12拼接紧固后进行精加工,以保证其整个环的内径尺寸精度满足要求。其耳状固定板与环外表面设计有6mm的筋板,使得整个零件更加稳定。耳状固定板设计有五个螺纹孔,其中四个螺纹孔以矩形顶点分布,和内六角沉头螺钉配合用以与隔振器间的连接,一个螺纹孔位于耳状固定板中心,和螺栓(GB/T5782-2000,M20×45)配合用以上下卡箍环的连接。同时优选的,耳状固定板最远垂直面距离轴线为162mm。

图3展示的是隔振器俯视图以及剖视图,隔振器包括隔振体21、下底板22、上底板23螺钉3和插入骨架4,插入骨架4分别插入隔振体21上下两端距离端面最近的网孔中,上底板23和下底板23对应位于隔振体21的上下两端,螺钉3配合穿过上底板23和下底板22上的沉孔、隔振体21上下两端端面上的过孔后与插入骨架4连接,使得上底板23和下底板22与隔振体21固定连接在一起。

隔振体为超材料聚氨酯(MUC100)这一类结构性材料,具有良好的隔振效果且可通过调整其内部结构以及材料实现不同频段的隔振。

图4展示的是隔振体21的等轴测、前视图和剖视图。隔振体21外形为立方体结构,其长宽高分别为50mm、40mm、47.5mm。隔振体21的内部网孔结构,其孔形状由直槽口一定简单变形获得。槽口两端圆弧半径2.45mm,槽口长度为17mm。隔振体21材料为聚氨酯(MUC100),这种材料力学性能、性模量、阻尼性能优异。

每个隔振器连接固定有两个超材料隔振体。优选的,其中两个超材料隔振体平行间隔5mm,但其网孔结构间断连续,防止整个隔振体形状过大发生形变时产生断裂。提高其安全性。优选的,采用了一组两个,一共两组四个螺钉用以固定连接盖板与隔振件、隔振体与卡箍环,且在隔振体装配时涂抹CH213胶(洛德化学)进行粘接,其优异的粘接强度与抗剪粘接强度,使得其稳定性与安全性增强。其他部件材料同为钛合金(TC4),强度高,热强度高,抗腐蚀性好,制造工艺成熟。每个盖板设计有四个螺纹孔与内六角沉头螺钉(M6×10)配合以与两个隔振体连接。

本发明的隔振原理:当电机发生振动产生一定位移时,会导致上卡环11与下卡环12产生一定位移和力的作用。其中卡箍环1左右固定处的隔振体21受到形变后,将其中动能储存为自身形变势能。在之后反向位移中又释放出来抵消新的振动位移产生的能量。使得振动的多数能量在隔振体21处被消耗,从而起到减振、隔振的效果。

此外,本发明实施例中还公开了一种密封舱卡箍隔振装置,其结构与原理与轴壳卡箍装置相似。安装于水下航行器电机的密封舱,可以进一步增强水下航行器艉部的隔振效果。其三维结构如图6所示,其构造、原理、连接装配大致相同,故不再做详细介绍。

综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

技术分类

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