專利名稱：供有限間距的氣動(dòng)裝置使用的具有隔音材料的消音器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于削弱由氣動(dòng)裝置產(chǎn)生的噪音的消音器。尤其涉及一種與僅具有用于安置消音器的有限空間的氣動(dòng)裝置一起使用的尺寸減小的消音器。
許多不同種類的裝置是由氣動(dòng)控制和/或驅(qū)動(dòng)的。這種裝置包括加工設(shè)備，它結(jié)合了一個(gè)或多個(gè)氣動(dòng)閥組，氣動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用、氣動(dòng)測(cè)試設(shè)備、手持式工具、泵等等?；旧?，利用加壓流體、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的空氣的流動(dòng)啟動(dòng)或操作使如一連接臂的機(jī)械裝置，從而得到所需的輸出。根據(jù)特定的用途，通常結(jié)合一個(gè)或多個(gè)氣動(dòng)閥，使加壓的空氣引向裝置內(nèi)所需的位置，也可引導(dǎo)空氣通過一排出孔使其釋放。由于空氣被加壓和而排出孔相對(duì)較小，故排出的空氣通常以很高的速度運(yùn)動(dòng)。當(dāng)高速的空氣流入相對(duì)靜止的空氣中，空氣流變成紊流。與此時(shí)紊流的空氣流相聯(lián)系的渦流產(chǎn)生壓力波動(dòng)，從而導(dǎo)致了排出噪音。
根據(jù)特定的用途，排出噪音會(huì)上升到無法接受的水平，可能引發(fā)由噪音引起的聽力喪失。作為一參考點(diǎn)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)連續(xù)8小時(shí)以上處于噪音級(jí)超過85分貝(dB)的個(gè)人提出需要聽力保護(hù)。國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)連續(xù)8小時(shí)以上噪音級(jí)超過80分貝(dB)的提出需要聽力保護(hù)。值得注意的是，排出噪音低于80dB或間歇的噪音級(jí)大于80dB同樣可能造成刺激和傷害。
有各種各樣的技術(shù)可用來減小由氣動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生的排出噪音的影響。例如對(duì)靠近該設(shè)備工作的個(gè)人可以帶聽力保護(hù)裝置。遺憾的是，操作者可能遺忘配帶聽力保護(hù)裝置，或由于感覺不方便而放棄使用聽力保護(hù)裝置。另外，其它沒有配帶聽力保護(hù)裝置的鄰近的工人或訪客將受到同樣的與噪音有關(guān)的困擾?；蛘撸谠撛O(shè)備的周圍可以放置一聲降或隔音圍墻。然而，在許多場合中，從成本的觀點(diǎn)以及由于外部的障礙物可能妨礙設(shè)備正常的操作這兩方面考慮，這種手段是不適用的。第三，實(shí)踐中常用的手段是將一消音器或一消聲器與一排出孔相連。
一般而言，與氣動(dòng)裝置相關(guān)的消音器通過對(duì)氣流設(shè)置一障礙、吸收聲波或兩者相結(jié)合來削弱噪音。對(duì)于大多數(shù)的商業(yè)應(yīng)用，一典型的消音器包括一圓柱體外殼，它被設(shè)計(jì)用于安裝至排出孔。外殼形成一個(gè)或多個(gè)內(nèi)腔，通過內(nèi)腔引導(dǎo)來自排出孔的空氣。另外，通常在外殼內(nèi)設(shè)置有氣流障礙和/或聲音吸收插入物。最后，外殼將形成一個(gè)或多個(gè)氣流通道或孔，通過這些通道或孔空氣從消音器中釋放(或排出)。許多種類的材料可以用作插入物，其范圍從金屬和織物到陶瓷復(fù)合材料。例如從明尼蘇達(dá)州、圣保羅市的Minnesota Mining &Manufacturing公司可獲得各種氣動(dòng)消音器產(chǎn)品，其中的產(chǎn)品使用了可替換的聲音障礙插入物。
不管具體的結(jié)構(gòu)怎樣，在評(píng)估氣動(dòng)消音器的性能時(shí)必須考慮兩個(gè)重要的參數(shù)。第一，消音器必須將排出的噪音限制在一可接受的程度。另外，須考慮到由消音器產(chǎn)生的任何背壓。簡而言之，整個(gè)系統(tǒng)壓力的一部分需用來推動(dòng)某一氣流通過消音器。該壓力稱為消音器的背壓。根據(jù)特定的應(yīng)用以及背壓的大小，氣動(dòng)裝置的整體性能會(huì)大大削弱。
如人們熟知的，噪音的削弱與背壓的最小化是反向相關(guān)的。也就是說，特定的氣動(dòng)消音器的降噪特征可通過結(jié)合附加的或密度更高的插入材料來提高。然而，附加的材料或材料密度可能會(huì)增加背壓，因此降低了消音器的效率。根據(jù)這種相關(guān)性，噪音的削弱及背壓可以通過將消音器的外殼及相關(guān)的插入材料設(shè)計(jì)得相對(duì)較大而優(yōu)化。例如，大多數(shù)可購得氣動(dòng)消音器的長度在4-8英寸(102mm-2C3mm)的范圍中，而外徑在1.5-4英寸(38mm-102mm)的范圍中。
帶有上述尺寸特征的氣動(dòng)消音器已被證明在用最小的背壓削弱氣動(dòng)排出的噪音方面是非常有效的。然而遺憾的是，某些氣動(dòng)裝置的應(yīng)用未能提供足夠的消音器的容積。例如，某類處理設(shè)備(例如一信件分類裝置)包括結(jié)合了大量氣動(dòng)閥(以及排出孔)的一閥組，且氣動(dòng)閥相互間靠得很近。這些閥排出孔具有的中心至中心的間隔時(shí)常小于1.5英寸(38mm)。顯然，由于這些有限制的間距不可能并排安裝兩臺(tái)消音器，上述“標(biāo)準(zhǔn)”的消音器的尺寸限制了它們的使用。另外，消音器的外殼相對(duì)較長而從氣動(dòng)裝置延伸出一明顯的距離處，操作者不經(jīng)意地接觸以及可能的斷裂或?qū)ο羝鞯膿p壞變得愈加常見。
人們做了很多努力以克服與若干靠近隔開的氣動(dòng)閥排出孔相聯(lián)系的間距的問題。例如，可以將管材與每一個(gè)排出孔相連，而后將管材連到位于與排出孔隔開的一位置上的一單個(gè)的消音器。這種技術(shù)費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢，而且可能導(dǎo)致過高的背壓。或者，償試生產(chǎn)一種含有如燒結(jié)黃銅或毛玷之類的障礙材料的減小尺寸的圓筒體形的消音器外殼。當(dāng)一系列如此構(gòu)造的消音器被并排安裝到一確定間距的閥組時(shí)，與單個(gè)消音器相聯(lián)系的選定插入材料的必然的小體積不能改變氣流和/或吸收噪音以提供充足的對(duì)噪音的消減。
用于消減由氣動(dòng)裝置產(chǎn)生的噪音的消音器仍然非常普及。然而，當(dāng)特定的氣動(dòng)裝置具有非常有限的用于容納消音器的容積空間時(shí)，“標(biāo)準(zhǔn)”尺寸的消音噪就不能被使用了。設(shè)計(jì)一種切實(shí)可行的、尺寸減小了的氣動(dòng)消音器的努力至今還未見效果。因此，就存在一種需求，即需要具有可接受的噪音減少量及背壓特性的空氣消音器，它們的尺寸被調(diào)整為可用于有限的容積空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種用于削弱在氣動(dòng)裝置的排出孔處產(chǎn)生的噪音的消音器。消音器包括一外殼以及一隔音材料。外殼形成一入口與一出口。該入口構(gòu)造成用于安裝至排出孔。另外，外殼的至少一部分是截頭圓錐體，這樣出口具有的直徑比入口的直徑大。隔音材料包括多個(gè)微型氣囊且被置于外殼中。所以，隔音材料被構(gòu)造成與外殼的形狀相一致。
在使用前，外殼安裝在出口處的排出孔上。從排出孔中排出的受壓的空氣被引導(dǎo)通過入口與隔音材料接觸。隔音材料表現(xiàn)為大量的曲折通道，從而改變或擴(kuò)散氣流，把聲能轉(zhuǎn)化為熱能。另外，由于截頭圓錐體的形狀，外殼可用來更均勻地分布空氣通過隔音材料，同時(shí)也使紊流的形成最小化。以這些特性，該消音器可實(shí)現(xiàn)明顯的噪音削弱。顯然，隔音材料與截頭圓錐形外殼相結(jié)合產(chǎn)生最小的背壓。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于削弱在氣動(dòng)裝置的排出孔處產(chǎn)生的噪音的消音器。消音器包括外殼與隔音材料。外殼包括一入口與一出口，入口被構(gòu)造成用于安裝至排出口。另外，外殼具有的最大寬度小于約1.5英寸(38mm)。例如，在一較佳實(shí)施例中，外殼是截頭圓錐體，從而它具有的最大的截面直徑(或?qū)挾?小于約1.5英寸(38mm)。隔音材料包括多個(gè)微型氣囊且被置于外殼內(nèi)。尤其，隔音材料被構(gòu)造成與外殼的形狀相一致。在一較佳實(shí)施例中，外殼形成一小于約1.5英寸(38mm)的延伸長度。
在使用前，消音器安裝在入口處的排出孔上。外殼有限的最大寬度有利于將消音器安裝在一狹窄的區(qū)域中。另外，一系列類似結(jié)構(gòu)的消音器可以作為具有若干接近隔開的排出孔的氣動(dòng)閥組的零件被并排放置。進(jìn)入消音器的空氣被引向與隔音材料接觸。隔音材料為氣流設(shè)置障礙。由于在氣流中引起變化，消音器以最小的背壓限制了可能在排出孔處產(chǎn)生的噪音。
本發(fā)明的另一方面涉及一種生產(chǎn)用于削弱在氣動(dòng)閥的排出孔處產(chǎn)生的噪音的消音器的方法。該方法包括設(shè)置一具有入口與出口的外殼。同樣也設(shè)置有包括多個(gè)微型氣囊的隔音材料。所選擇的隔音材料為在第一種狀態(tài)下可流動(dòng)的而在第二種狀態(tài)下相對(duì)較剛性的。在第一種狀態(tài)下，隔音材料被插入外殼內(nèi)，這樣隔音材料與外殼形狀相一致。最后，在外殼內(nèi)的隔音材料被轉(zhuǎn)變成第二種狀態(tài)，這樣該材料相對(duì)較剛性。在這種相對(duì)較剛性的狀態(tài)下，隔音材料用作于從入口進(jìn)入消音器的氣流的障礙。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的消音器的立體圖；圖2為圖1中的消音器的外殼部分的放大側(cè)視截面圖；圖3為圖1中的消音器的放大的側(cè)視截面圖，其中未示出罩蓋；圖4為圖1中的消音器的罩蓋部分的示圖；圖5為圖1中的消音器的分解側(cè)視圖；圖6為結(jié)合了本發(fā)明的消音器的氣動(dòng)裝置的側(cè)視平面圖；以及圖7為圖6的裝置的一部分的放大側(cè)視截面圖，其中描繪出了通過消音器的氣流。
具體實(shí)施例方式
消音器20的一較佳實(shí)施例如圖1所示。消音器20包括一外殼22、一隔音材料24以及一罩蓋26(圖1中部分地示出)。一般而言，隔音材料24置于外殼22中。罩蓋26安裝在外殼22的一端上。
參照?qǐng)D1與圖2，外殼22包括形成一入口30及一出口32的一側(cè)壁28，且外殼22由一入口部分34、一中心部分36以及一出口部分38形成。作為一參考點(diǎn)，在最終的組件的上，空氣在入口30處進(jìn)入消音器20及通常被引向出口32。因此，各部分和/或位置可以被描述為入口30的“上游”或出口32的“下游”，這可以理解，方向性術(shù)語的使用僅為了說明的目的而不起任何限定。
入口部分34較佳為圓筒體形的，且被構(gòu)造成用于安裝到一氣動(dòng)裝置排出孔(未圖示)。因此，在一較佳實(shí)施例中，入口部分34形成外螺紋40?；蛘?，也可以使用其它的安裝技術(shù)與相關(guān)設(shè)計(jì)。然而，這種帶有較佳的外螺紋40的入口部分34根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”排出孔的尺寸來確定大小。因此，例如，入口部分34較佳地具有與1/8英寸美國標(biāo)準(zhǔn)錐管螺紋(NPT)排出孔相對(duì)應(yīng)的一外徑?；蛘?，入口部分34可以制成與1/4英寸NPT、3/8英寸NPT、1/2英寸NPT、3/4英寸NPT或1英寸NPT相對(duì)應(yīng)的尺寸大小。另外，甚至當(dāng)排出孔具有不同于美國標(biāo)準(zhǔn)錐管螺紋的安裝設(shè)計(jì)(例如不帶有錐形的)時(shí)，入口部分34將可采取一相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
中心部分36從入口部分34起延伸，且較佳的為截頭圓錐體的形狀。尤其，中心部分36從入口部分34以有角度的方式向出口部分38延伸，這樣出口32具有的直徑比入口30的直徑大。關(guān)于圖2的縱向截面圖，在中心部分36處的側(cè)壁28的截頭圓錐體的形狀較佳地形成范圍大致為100°-170°的一夾角度，更佳地該角度范圍為125°-160°，當(dāng)然其它的尺寸也可使用。例如，中心部分36可為圓筒體形。另外甚至于中心部分36橫截面無需為環(huán)形。例如，中心部分36橫截面的形狀可采取三角形、正方形、八角形等等。
在較佳實(shí)施例中，較佳地，中心部分36形成多個(gè)氣流孔，一般如42所示。各孔42延伸通過側(cè)壁28，從而允許來自外殼22的內(nèi)部的氣流通過。在一較佳實(shí)施例中，多個(gè)孔42包括第一行槽44以及第二行槽46，其中帶有各個(gè)槽44、46以圓周方式延伸。如圖2所示，第一行槽44相鄰于入口部分34形成，而第二行槽46相鄰于出口部分38形成。較佳的，各個(gè)槽44、46尺寸及空間被定為可提供最大的氣流容量而不用過度減小外殼22的結(jié)構(gòu)的整體。因此，例如各個(gè)槽44、46的高度大致在0.1-0.2英寸(2.5-5mm)的范圍中，而間隔為大約0.1英寸(2.5mm)。或者，其它尺寸、間隔及方向也可接受。例如，各個(gè)槽44、46可與圓周相對(duì)的軸向延伸。另外，多個(gè)孔42無需采取為一槽的結(jié)構(gòu)，也可替換為其它任何形狀，如圓形、方形等等。
出口部分38從中心部分36延伸，其較佳為圓筒體形。在較佳實(shí)施例中，出口部分38形成一環(huán)狀的肋48。該環(huán)狀的肋48的尺寸大小被制成可選擇地保持罩蓋26(圖1)，這將在下文中詳述。
較佳的，外殼22的各部分由相對(duì)較剛性的材料一體形成。例如，在一較佳實(shí)施例中，外殼22為一模制的聚合物，較佳的為聚酰胺(由33％重量的玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍6，6(PA 66))?；蛘?，其它聚合物如聚丙烯也可使用?；旧希鈿?2可以為任何可模制的或機(jī)加工的材料，例如陶瓷、鋼或鋁以及其組合物或合成物。
總體上來說，外殼22的尺寸較佳地做成用于與具有有限的消音器容積的氣動(dòng)裝置配合使用。尤其較佳的是，外殼22具有的最大的寬度(橫截面中形成的)小于1.5英寸(38mm)；更佳為小于約1英寸(25mm)。因此，外殼22的橫截面形狀為環(huán)形的較佳實(shí)施例中，外殼22較佳地具有由出口32處的側(cè)壁28的外徑確定的最大直徑(或?qū)挾?，其小于1.5英寸(38mm)；更佳的是小于1英寸(25mm)。例如，在一較佳實(shí)施例中，出口32具有約0.94英寸(23.9mm)的外徑。出口32處的側(cè)壁28的內(nèi)部寬度(較佳為一內(nèi)徑)與側(cè)壁28的厚度相關(guān)。在一較佳實(shí)施例中，側(cè)壁28具有的厚度范圍約0.01-0.1英寸(0.25-2.5mm)，由此使出口32的內(nèi)部寬度最大。最后較佳的，外殼22具有一有限的高度或長度(由入口30到出口32的距離確定)。尤其較佳的是，外殼22的長度(或相對(duì)于圖2方向的高度)小于約1.5英寸(38mm)；更佳的是小于約1.25英寸(32mm)。需注意在使用過程中，入口部分34典型地安裝在一排出孔中(未圖示)，這樣僅有中心部分36及出口部分38向外延伸。以這種觀點(diǎn)，外殼22最終安裝的延伸長度(由中心部分36與出口部分38的組合確定)較佳的為小于約1.5英寸(38mm)；更佳為小于1.25英寸(32mm)；最佳為小于1英寸(25mm)。例如，在一較佳實(shí)施例中，外殼22的總長度或高度為1.16英寸(29.5mm)，而最終安裝延伸長度為0.91英寸(23.1mm)。
如圖3所示，隔音材料24被置于外殼22內(nèi)。隔音材料24較佳地可構(gòu)成成與外殼22一致的形狀，形成了與入口30相鄰的前端50以及與出口32相鄰的一尾端52。較佳的，前端50被定位在入口30的下游，而尾端52較佳地大致與出口32相鄰接。最后，根據(jù)下述的生產(chǎn)過程，較佳的是，隔音材料24的部分通過至少一個(gè)——較佳的為通過每—個(gè)——孔42延伸，這樣使隔音材料24固定至外殼22。
在較佳實(shí)施例中，隔音材料24形成一核心通道54。如圖3所示，核心通道54在前端50處敞開，從而與外殼22的入口30流體連通。核心通道54以通常的軸向方式(相對(duì)于由外殼22形成的一中心軸線)從前端50向尾端52往下游延伸。較佳的是，核心通道54不通過尾端52。換而言之，核心通道54在位于尾端52的上游的一閉合端56處終止，這樣核心通道54相對(duì)于尾端52閉合。在一較佳實(shí)施例中，核心通道54延伸超過孔42。換而言之，閉合端56較佳地位于孔42的下游。最后，核心通道54較佳地具有一均勻的直徑，它約為入口30的內(nèi)徑?；蛘撸诵耐ǖ?4可以是不均勻的，以及具有與入口30不同的直徑。
通過帶有核心通道54，隔音材料24由上游部分58及下游部分60(如圖3中通常所示)有效地形成。上游部分58從前端50延伸并包圍核心通道54。相反地，下游部分60形成核心通道54的一閉合端56并向尾端52延伸。下游部分60總的為碟形，且連續(xù)地通過外殼22的直徑。以這樣的結(jié)構(gòu)，下游部分60對(duì)流過軸向的核心通道54的氣流設(shè)置了一相對(duì)完整的、徑向的障礙。在較佳實(shí)施例中，下游部分60具有的一軸向厚度(或高度)約在0.1-0.3英寸(2.5-7.6mm)的范圍中，更佳的為0.2英寸(5mm)。因此，尾端52與外殼22的出口32相鄰接，形成了核心通道54，從而閉合端56離出口32約為0.1-0.3英寸(2.5-7.6mm)，更佳的為0.2英寸(5mm)。
隔音材料24較佳地包括多個(gè)微型氣囊，且被構(gòu)造成用作一聲音(或氣流)的障礙。在一較佳實(shí)施例中，隔音材料包括許多陶瓷微型氣囊，每個(gè)均具有大約5-150微米的平均外徑，在它們接觸點(diǎn)上被結(jié)合在一起。如本說明書中所使用的術(shù)語“陶瓷”可理解為包括玻璃。較佳的是，隔音材料由約百分之20-60的隙率為特征，也可以微型氣囊間的空間為特征，其具有的特征直徑在流動(dòng)通過消音器20的空氣的粘性表層深度的的數(shù)量級(jí)的大小之內(nèi)，如以1kHz計(jì)算，氣流阻抗系數(shù)約為0.5×104-4×107mks瑞利/米，以及與質(zhì)量定律性能可比較的聲音的衰減。微型氣囊可燒結(jié)成相互間直接接觸，或者可使用許多粘合材料中的一種使微型氣囊支撐在合成材料中。例如，粘合劑可由一種無機(jī)或有機(jī)的材料制成，包括陶瓷的、聚合的及彈性的材料。用于隔音材料的可采用的材料在例如美國專利Nos.5,658,656及5,504,281中有描述，這些內(nèi)容結(jié)合在此處以作參考。
不管具體的成分為何，隔音材料24建立了大量的微小的曲折通道(未圖示)。因此，引入與隔音材料24接觸的空氣被迫通過這些通道，引起了空氣速度的變化。
圖4中更詳細(xì)地示出了罩蓋26。罩蓋26包括一基部70以及一凸緣72(圖4中部分地示出)?；?0與外殼22的出口32的形狀相一致，因此較佳地為環(huán)形，且形成多個(gè)開口74。開口74的尺寸被制成利于氣流在最終的組件上通過罩蓋26。或者，可設(shè)置一單一的開口。
凸緣72以一環(huán)狀的形式從基部70延伸，且其尺寸做成用于安裝到出口部分38(圖2)。在這方面上，凸緣72較佳地形成一環(huán)狀凹進(jìn)部分76(為圖7中清楚的所示)。環(huán)狀凹進(jìn)部分76的尺寸被制成可容納外殼22的環(huán)狀肋48(圖2)。對(duì)于此種結(jié)構(gòu)，罩蓋26通過一搭扣配合安裝至一外殼22。或者，罩蓋26可構(gòu)造成以其它的連接技術(shù)與外殼22安裝在一起，如壓配合、粘合、螺紋配合等等。較佳的，罩蓋26相對(duì)較薄，這樣可以減小消音器20的總尺寸(圖1)。例如，對(duì)于較佳實(shí)施例，凸緣72具有的徑向厚度約在0.01-0.05英寸(0.25-1.2mm)范圍內(nèi)。另外，凸緣72的外表面可以滾花以便于消音器20的手工安裝。
在一較佳實(shí)施例中，罩蓋26由與外殼22相同材料組成。因此，例如罩蓋26可為一模制的聚合物如聚酰胺或聚丙烯?；蛘撸部梢允褂闷渌鄬?duì)較剛性的材料。
圖5示出了消音器20的裝配。在外殼22成形后，隔音材料24被插入其中。所以，在一較佳實(shí)施例中，選擇用于隔音材料24的材料在第一種狀態(tài)中是可流動(dòng)的。例如，隔音材料24可以為粉末狀，或是在第一種狀態(tài)中為流狀的。對(duì)于此種結(jié)構(gòu)，隔音材料24在第一種狀態(tài)中可有效地流入外殼22中。例如，當(dāng)隔音材料24是在第一種狀態(tài)中的一種粉末時(shí)，就可使用一種注入型的裝置來將粉末吹入外殼22中。為了防止在此插入階段中過量的隔音材料24通過孔42釋放，較佳的是將外殼22置于一尺寸做成與外殼22的外部相一致的模具中。該模具是外殼22的陰模，用以防止隔音材料24(為可流動(dòng)狀態(tài)的)泄漏到孔42外。在一較佳實(shí)施例中，模具由不粘的材料構(gòu)成，例如杜邦公司的TeflonTM之類的含氟聚合物。類似的，外殼22的出口在隔音材料24插入之前閉合。另外，為了形成一較佳的核心通道54(圖3)，一柱子(可為模具的一部分)被置于外殼22內(nèi)，它從入口30向所需的高度延伸。然后，在隨后的插入過程中，隔音材料24轉(zhuǎn)繞柱子成形，形成了核心通道54。
較佳地，隔音材料24被裝在外殼22中并被轉(zhuǎn)化成第二種、相對(duì)堅(jiān)硬的狀態(tài)。例如，隔音材料24可以凝固或其它的固化法。該步驟可以通過加熱材料24增強(qiáng)。在這第二種狀態(tài)中，隔音材料24為一相對(duì)剛性的、不可流動(dòng)的(較佳為固態(tài))、基本完整的形狀。然后，外殼22從模具中被取出，以及從外殼22的外部去除任何多余的聲隔音材料，如可通過拋光或砂紙打磨。如圖3清楚地所示，在最終的、剛性狀態(tài)中，隔音材料24大致與外殼22的出口32鄰接。另外，由于此時(shí)相對(duì)剛性的、完整的形狀，通過孔42延伸的隔音材料24的諸部分使隔音材料24固定在外殼22中。
或者，可以脫離外殼22形成隔音材料24。也就是說，隔音材料24的塊(以相對(duì)剛性狀態(tài))可以被加工(如切削)成與外殼22的內(nèi)部體積相應(yīng)的大小與形狀。然后，可以通過鉆孔加工形成核心通道54。一旦適當(dāng)形成，隔音材料24就可被輕易地插入外殼22內(nèi)。
罩蓋26安裝在出口32處的外殼22上，在一較佳實(shí)施例中，罩蓋26通過搭扣配合固定在外殼22上，當(dāng)然其它的安裝技術(shù)也可使用。顯然，由于隔音材料24是固體且通過孔42獨(dú)立地固定于外殼22內(nèi)，較佳地，無需要求罩蓋保持隔音材料24。因此，罩蓋26不是必要元件。然而，出于美觀的目的，可設(shè)置一罩蓋26?；蛘撸?dāng)隔音材料24不是單獨(dú)安裝的，就必需有一罩蓋26以防止隔音材料24從外殼22移出。
按照最終的裝配上，消音器用于削弱由氣動(dòng)閥造成的噪音。例如，圖6示出了一種氣動(dòng)閥組100。該氣動(dòng)閥100可以形成作為一輔助裝置的一部分(未圖示)，例如一種生產(chǎn)和/或加工裝置或氣動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用?；蛘撸羝?0可以與泵或其它氣動(dòng)裝置相聯(lián)系的單一的閥使用在一起。關(guān)于如圖6所示的應(yīng)用，所示出的閥組100包括三個(gè)氣動(dòng)閥102(總的如圖6所示)，每一個(gè)形成一排出孔104。一般而言，每一個(gè)氣動(dòng)閥102的操作產(chǎn)生通過相應(yīng)排出孔104排出的加壓的空氣。如果讓其開放，從排出孔104離開的強(qiáng)制的空氣將會(huì)變成很強(qiáng)的紊流，從而導(dǎo)致了噪音。這種噪音可通過與各排出孔104相聯(lián)系的本發(fā)明的消音器20削弱。
在使用之前，每一個(gè)消音器安裝在相應(yīng)的各個(gè)排出孔104上。例如對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)閥的應(yīng)用各個(gè)排出孔104被加工螺紋。參照?qǐng)D2，同樣與各消音器相關(guān)的外殼22分別也加工螺紋，用于安裝至排出孔104上。或者，可采用其它各種安裝技術(shù)。重要的是，所示出的與閥組100相聯(lián)系的氣動(dòng)閥102相互間間隔很近。這種配置在商業(yè)應(yīng)用中很常見，由此，氣動(dòng)閥102及相應(yīng)的排出孔104并排的間距小于1.5英寸(38mm)。在這些受限制的間距條件下，由于它們的尺寸過大的外殼不可能使用“標(biāo)準(zhǔn)”消音器。然而，本發(fā)明的消音器20可與有限間距的氣動(dòng)閥102一起使用，這是由于該消音器20具有的最大寬度小于約1.5英寸(38mm)。另外，由于消音器20從閥組100延伸長度小于約1.5英寸(38mm)，不經(jīng)意間的接觸與損壞的可能性就大大地減少了。
一旦與閥組100固定，消音器20削弱在排出孔104處產(chǎn)生的噪音。在圖7中更詳細(xì)地示出了單獨(dú)一個(gè)帶有一個(gè)氣動(dòng)閥102的消音器20。空氣在入口30處進(jìn)入消音器20并被向下游方向引導(dǎo)至隔音材料24(如箭頭所示)。主要的紊流氣流通過核心通道54軸向引導(dǎo)至隔音材料24的下游部分60。如上所述，下游部分60表現(xiàn)為對(duì)氣流的一屏障。另外，隔音材料24的截面區(qū)域比排出孔104的截面區(qū)域大。實(shí)際上，通過氣流與隔音材料24的相互作用隔音材料24將聲能轉(zhuǎn)化為熱能。在微觀的角度上，隔音材料24呈現(xiàn)為對(duì)氣流的極端大量的小的曲折的通道。氣流通過這些通道以減小的速度傳播或擴(kuò)散，造成了更多的層流。人們熟知的，層流不會(huì)造成與紊流氣流相聯(lián)系的由壓力產(chǎn)生的渦流，因此基本上不會(huì)產(chǎn)生噪音或沒有噪聲。顯然，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于上述的隔音材料24的較佳的組成，下游部分60的厚度(或高度)僅在約0.1-0.3英寸(2.5-7.6mm)范圍內(nèi)并能產(chǎn)生充分的氣流的轉(zhuǎn)換，從而減小了噪音。這種效果可以通過形成一連續(xù)碟形、直接位于氣流路徑中的下游部分60而顯著提升，由此提供了相對(duì)充分的氣流相互作用表面區(qū)域。最后，一些附加的噪音的減小可以通過隔音材料24吸收一部分聲波以及在外殼22內(nèi)發(fā)生的聲波的消失來完成。
需認(rèn)識(shí)到的是，不是所有的進(jìn)入消音器20的空氣會(huì)導(dǎo)向隔音材料24的下游。也就是說，由于它的紊流的特性，部分氣流會(huì)以一般徑向方式通過核心通道54進(jìn)入位于下游部分58的隔音材料24中。再一次，位于上游部分58的隔音材料24用作為一氣流的障礙，轉(zhuǎn)變了氣流的特性。由于位于止游部分58的隔音材料24相對(duì)較薄(徑向的)，氣流可能通過隔音材料24到達(dá)外殼22而未經(jīng)充分地轉(zhuǎn)換。然而，由于外殼22的截頭圓錐體的形狀，該氣流被基本導(dǎo)向下游，在那里氣流會(huì)遇到附加的隔音材料24表面區(qū)域。另外，截頭圓錐體的形狀自然地限制了紊流的流動(dòng)及相關(guān)的渦流的形成。因此，外殼22較佳的截頭圓錐體的形狀有利于氣流的轉(zhuǎn)換，從而減少了噪音。為了使背壓最小化，部分氣流被允許通過孔40排出。
本發(fā)明的消音器20提供充分的噪音的削弱。例如，對(duì)于具有放開的排出孔噪音級(jí)約在50-100dB范圍之內(nèi)的氣動(dòng)閥，消音器20可減小氣動(dòng)閥排出孔噪音至少10dB；更佳的至少15dB；最佳的至少20dB。重要的是，消音器20使背壓最小的同時(shí)提供了噪音的衰減隔音材料24的較佳組成及外殼22的形狀可迅速地改轉(zhuǎn)氣流，而后允許氣流在出口32及孔42處釋放。例如，氣流流率在5-30cfm(141-848升/分)的范圍內(nèi)，消音器20產(chǎn)生的背壓約在5-60psi(34-413kPa)的范圍中。
本發(fā)明的氣動(dòng)消音器比以前的設(shè)計(jì)有了顯著的改進(jìn)。該消音器可被制成獨(dú)特尺寸以用于帶有有限的消音器間距的氣動(dòng)閥。與直徑大于3英寸(75mm)、長度大于5英寸(127mm)的一般可購得的氣動(dòng)消音器不同，本發(fā)明的消音器特別設(shè)計(jì)可使其具有的最大寬度與延伸尺寸小于約1.5英寸(38mm)。隨著尺寸大大減小，該消音器可用于帶有中心至中心非常有限的排出孔間距的閥組。另外，本發(fā)明的消音器可減小使用者不經(jīng)意地接觸與相應(yīng)的損壞的可能性。最后，與其它少數(shù)目前可得到的尺寸減小的消音器不同，本發(fā)明的消音器可以最小的背壓提供充分的噪音消減。
實(shí)例本發(fā)明已參照各種特定的及較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，并將參照以下詳細(xì)的實(shí)施進(jìn)一步描述。然而，應(yīng)該理解到，在所示實(shí)例及詳細(xì)描述之外，在本發(fā)明的主旨的基礎(chǔ)上還可有許多延伸、變化及修改，這些都將被包括在本發(fā)明的精神與范圍之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例制備的一消音器具有聚合物(由33％重量玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍6，6(PA 66))的外殼，外殼的外部長度為1.2英寸(30.5mm)和最大直徑為1英寸(25mm)以及粉末狀環(huán)氧樹脂玻璃微型氣囊陶瓷隔音材料的部分重量比為2∶1的1.0克，并帶有直徑為0.36英寸(9.1mm)以及長度為0.9英寸(22.9mm)的核心通道。作為一參考點(diǎn)，消音器不包括一罩蓋(如圖1所示的罩蓋)。消音器被固定在一氣動(dòng)閥裝置的排出孔上。而后，該氣動(dòng)閥工作并測(cè)量各類數(shù)據(jù)。尤其，如將一Brüel & Kjaer 2144型實(shí)時(shí)雙通道頻率分析儀拾音器置于離消音器24英寸(61mm)及45度角處。聲音作為一第二窗口中的脈沖被測(cè)量。另外，還測(cè)量了氣動(dòng)閥的汽缸恢復(fù)時(shí)間。汽缸恢復(fù)時(shí)間是對(duì)于與氣動(dòng)閥裝置相聯(lián)系的汽缸完成單個(gè)沖程所需的時(shí)間的量度。實(shí)際上，汽缸恢復(fù)時(shí)間是系統(tǒng)中背壓的函數(shù)(例如，背壓的增加引起汽缸恢復(fù)時(shí)間的增加)。因此，例如當(dāng)消音器與氣動(dòng)閥裝置相連接，由消音器產(chǎn)生的任何加壓將增加汽缸恢復(fù)時(shí)間。
對(duì)于上述參數(shù)，在帶有消音器與不帶有消音器的氣動(dòng)閥的操作過程中進(jìn)行測(cè)量。從而可獲得以下的結(jié)果
不帶有消音器的氣動(dòng)閥的性能

帶有消音器的氣動(dòng)閥的性能

盡管已參照較佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域訓(xùn)練有素的人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，不脫離本發(fā)明的精神與范圍還可做出形狀與細(xì)節(jié)的變化。例如，此處的消音器是以結(jié)合一截頭圓錐體的外殼來描述的，也可以使用其它的結(jié)構(gòu)。例如，外殼可以為圓筒形的?；蛘撸鈿た梢跃哂卸啻胃淖兊闹睆?。另外，雖然隔音材料描述為與外殼出口鄰接，也可使用其它的關(guān)系。因此，隔音材料可以伸出出口，或可以終止在出口的上游。同樣，隔音材料的前端可定位成與入口鄰接，或與其隔開。
權(quán)利要求
1.一種用于削弱在一氣動(dòng)裝置的出口處產(chǎn)生的噪音的消音器，該消音器包括一外殼，包括一入口和一出口，入口構(gòu)造成用于安裝至排出孔，其中，外殼的至少一部分是截頭圓錐體，使出口的直徑比入口的直徑大；以及一隔音材料，它置于外殼內(nèi)，該隔音材料包括多個(gè)微型氣囊，并被構(gòu)造成與外殼的形狀一致。
2.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，外殼在裝配時(shí)形成了至排出孔的一延伸的長度，該延伸長度小于38mm。
3.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，外殼的出口是開放的，消音器還包括一罩蓋，其構(gòu)造成用于放出口上，該罩蓋形成至少一個(gè)開口。
4.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，外殼通過具有多個(gè)孔的側(cè)壁形成，這些孔用于允許來自外殼內(nèi)的氣流通過。
5.如權(quán)利要求4所述的消音器，其特征在于，多個(gè)孔包括多個(gè)圓周方向延伸的槽。
6.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，出口形成一寬度，該寬度小于約38mm。
7.如權(quán)利要求6所述的消音器，其特征在于，出口的寬度小于約25mm。
8.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，隔音材料為陶瓷。
9.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，隔音材料形成多個(gè)用于減小氣流速度的曲折通道。
10.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，外殼包括多個(gè)孔，而隔音材料的若干部分延伸入多個(gè)孔內(nèi)以使隔音材料固定于外殼上。
11.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，隔音材料被構(gòu)造成形成與入口可流體連通的一核心通道，該核心通道向出口軸向延伸至一閉合端，它在出口處閉合。
12.如權(quán)利要求11所述的消音器，其特征在于，外殼包括形成有多個(gè)孔的側(cè)壁，閉合端是多個(gè)孔的下游。
13.如權(quán)利要求11所述的消音器，其特征在于，隔音材料由形成核心通道的上游部分與形成閉合端的下游部分形成，且向出口延伸，下游部分具有的厚度約在2.5-7.6mm的范圍中。
14.如權(quán)利要求13所述的消音器，其特征在于，下游部分延續(xù)通過外殼的一直徑。
15.如權(quán)利要求13所述的消音器，其特征在于，核心通道被構(gòu)造成從入口向下游部分引導(dǎo)氣流。
16.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，消音器被構(gòu)造成與一開放的排出孔狀態(tài)相比較可減小進(jìn)入入口的噪音至少10dB。
17.一種用于削弱在一氣動(dòng)裝置的出口處產(chǎn)生的噪音的消音器，該消音器包括一外殼，包括一入口與一出口，入口構(gòu)造成用于安裝至排出孔，其中，外殼形成小于約38mm的一最大寬度；以及一隔音材料，它放置于外殼內(nèi)，該隔音材料包括多個(gè)微型氣囊，并被構(gòu)造成與外殼的形狀一致。
18.如權(quán)利要求17所述的消音器，其特征在于，外殼的至少一部分是截頭圓錐體，這樣最大寬度與出口相接近。
19.如權(quán)利要求17所述的消音器，其特征在于，外殼的最大寬度小于約25mm。
20.如權(quán)利要求17所述的消音器，其特征在于，外殼在裝配時(shí)形成了至排出孔的一延伸的長度，該延伸長度小于約38mm。
21.如權(quán)利要求17所述的消音器，其特征在于，隔音材料包括在它們的接觸點(diǎn)處粘合在一起的若干微型氣囊。
22.如權(quán)利要求17所述的消音器，其特征在于，隔音材料被構(gòu)造成形成一與入口流體連通的且向出口延伸的核心通道，該核心通道在出口處閉合。
23.如權(quán)利要求22所述的消音器，其特征在于，外殼包括一形成有多個(gè)孔的側(cè)壁，核心通道延伸越過多個(gè)孔。
24.如權(quán)利要求23所述的消音器，其特征在于，隔音材料由形成核心通道的上游部分與形成核心通道的閉合端的下游部分形成，且向出口延伸，下游部分具有的厚度約在2.5-7.6mm的范圍中。
25.如權(quán)利要求23所述的消音器，其特征在于，核心通道被構(gòu)造成以軸向方式從入口向下游部分引導(dǎo)氣流，下游部分形成對(duì)軸向氣流的一徑向障礙。
26.一種生產(chǎn)用于削弱在氣動(dòng)裝置的排出孔處產(chǎn)生的噪音的消音器的方法，該方法包括設(shè)置一包括一入口與一出口的外殼；設(shè)置一隔音材料，該材料在第一種狀態(tài)下是可流動(dòng)的，而在第二種狀態(tài)下是相對(duì)剛性的；將在第一種狀態(tài)下的隔音材料插入外殼，這樣隔音材料與外殼的形狀一致；以及將隔音材料轉(zhuǎn)變成第二種狀態(tài)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，外殼包括一形成多個(gè)孔的側(cè)壁，插入隔音材料包括把隔音材料的一部分用力推入多個(gè)孔的至少一個(gè)之中，從而使隔音材料固定至外殼。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括在隔音材料中形成一核心通道，該核心通道與入口相流體連通且以軸向的方式延伸通過隔音材料的一部分。
29.一種氣動(dòng)閥裝置，包括形成一排出孔的一氣動(dòng)閥；以及與排出孔可流體相連接的如權(quán)利要求1所述的一消音器。
30.如權(quán)利要求29所述的氣動(dòng)閥裝置，其特征在于，外殼在裝配之后形成至一排出孔的一延伸長度，該延伸長度小于38mm。
31.如權(quán)利要求29所述的氣動(dòng)閥裝置，其特征在于，外殼由具有多個(gè)孔的側(cè)壁形成，這些孔允許來自外殼內(nèi)部的氣流通過。
32.如權(quán)利要求29所述的氣動(dòng)閥裝置，其特征在于，出口形成小于約38mm的寬度。
33.如權(quán)利要求29所述的氣動(dòng)閥裝置，其特征在于，外殼包括多個(gè)孔，隔音材料的若干部分延伸進(jìn)入多個(gè)孔，從而使聲間障礙材料與外殼固定。
34.如權(quán)利要求29所述的氣動(dòng)閥裝置，其特征在于，隔音材料被構(gòu)造成形成與入口可流體連通的一核心通道，該核心通道向出口軸向延伸至一閉合端，它在出口處閉合。
35.一氣動(dòng)閥裝置包括形成一排出孔的一氣動(dòng)閥；以及與排出孔流體連接的如權(quán)利要求17所述的一消音器。
36.如權(quán)利要求35所述的氣動(dòng)閥裝置，其特征在于，外殼的至少一部分是截頭圓錐體，這樣最大寬度與出口相接近。
37.如權(quán)利要求35所述的氣動(dòng)閥裝置，其特征在于，外殼在裝配后形成至排出孔的一延伸的長度，該延伸長度小于約38mm。
38.如權(quán)利要求35所述的氣動(dòng)閥裝置，其特征在于，隔音材料被構(gòu)造成形成與入口可流體連通的且向出口延伸的一核心通道，該核心通道在出口處閉合。
全文摘要
一種用于削弱由具有有限間隙的氣動(dòng)裝置產(chǎn)生的噪音的消音器。該消音器包括外殼與隔音材料。外殼包括一入口與一出口。在一較佳實(shí)施例中,外殼的至少一部分是截頭圓錐體,這樣出口具有的寬度大于入口的寬度。另外較佳地,外殼具有的最大寬度小于約1.5英寸(38mm)。隔音材料置于外殼內(nèi)且形成有多個(gè)微型氣囊。另外,隔音材料被構(gòu)造成與外殼的形狀一致。消音器可與具有有限的用于容納消音器的空間的氣動(dòng)閥一起使用,它以最小的背壓提供了充分的噪音削減。
文檔編號(hào)F01N13/16GK1371449SQ99816692
公開日2002年9月25日 申請(qǐng)日期1999年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月2日
發(fā)明者K·F·特雷丁尼克, G·D·G·希林, R·E·布萊特 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司