一種基于壓電堆的主被動雙層隔振器的制造方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供一種基于壓電堆的主被動雙層隔振器，由壓電堆作動器、電磁阻尼器等組成。工作時，壓電堆作動器的輸出桿通過螺栓連接頂在中間質(zhì)量上，作動器尾部和隔振對象通過連接螺栓固定在一起以傳遞反作用力。與此同時，線圈通直流電后在初級鐵芯和背鐵之間形成磁通回路。中間質(zhì)量帶動下端圓柱殼式導(dǎo)體板和背鐵在磁場中運動，進而，導(dǎo)體板中產(chǎn)生渦流。最終，振動產(chǎn)生的機械能將由渦流產(chǎn)生的熱量耗散到空氣中。本實用新型可以在較寬的頻域范圍內(nèi)減少設(shè)備向基礎(chǔ)的振動傳遞，有效彌補了傳統(tǒng)被動隔振器頻域控制范圍小和壓電堆作動器低頻效果不佳的情況。
【專利說明】
-種基于壓電堆的主被動雙層隔振器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是一種減振裝置，具體地說是主被動一體化的減振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，W及人們對振動環(huán)境，產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)振動特性越來越高的要 求，被動隔振已經(jīng)難W滿足實際要求。考慮通過引入主動元件來進行有源控制越來越受到 重視。
[0003] 作動器是整個控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，其作用是按照一定的控制率對被控對象施加 力來改變系統(tǒng)的振動響應(yīng)。壓電堆作動器利用逆壓電效應(yīng)原理進行工作，即在壓電晶體上 施加交變電場，壓電晶體就會在某一方向產(chǎn)生交變電的機械應(yīng)變。壓電作動器具有能耗低， 機械定位精度高，輸出力大，響應(yīng)快等優(yōu)點。由于本身不產(chǎn)生磁場并且不受磁場的干擾，所 W能在惡劣的環(huán)境下正常運轉(zhuǎn)。
[0004] 電磁滿流阻尼器，通過運動的導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生滿流熱效果來消耗振動能量。其 優(yōu)點是本身不需要減震器液，減少了額外污染，機構(gòu)簡單，阻尼力隨著振動速率的提高而增 大。半主動滿流阻尼器，將線圈繞組代替了傳統(tǒng)的永磁體，進一步地通過改變線圈中的電流 改變磁場強度，從而實現(xiàn)半主動控制。
[0005] 隨著冶金技術(shù)和制造工藝的提高，艦船動力裝置的低剛度和柔性化是一個重要的 發(fā)展趨勢。在運種情況下，采用單一的振動被動控制或主動控制方法都難W滿足實際需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供能在較寬頻域上對隔振對象實現(xiàn)振動控制的一種基于壓 電堆的主被動雙層隔振器。
[0007] 本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的：
[000引本發(fā)明一種基于壓電堆的主被動雙層隔振器，其特征是:包括Y型質(zhì)量塊、壓電堆 作動器、電磁阻尼器，所述壓電堆作動器包括壓電堆、力輸出桿、壓電堆外殼，Y型質(zhì)量塊的 內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，壓電堆外殼安裝在Y型質(zhì)量塊的中空結(jié)構(gòu)里，力輸出桿的上部設(shè)置在壓電 堆外殼里，力輸出桿的下部穿過壓電堆外殼與壓電堆外殼外部的Y型質(zhì)量塊相連，壓電堆 安裝在壓電堆外殼里并位于壓電堆外殼和力輸出桿之間，所述電磁阻尼器包括下殼體、初 級鐵忍、圓柱殼式導(dǎo)體、PVC中軸、圓柱殼式背鐵，圓柱殼式導(dǎo)體和圓柱殼式背鐵的內(nèi)部均為 中空結(jié)構(gòu)，圓柱殼式背鐵安裝在圓柱殼式導(dǎo)體的中空結(jié)構(gòu)中，PVC中軸安裝在圓柱殼式背鐵 的中空結(jié)構(gòu)中，圓柱殼式背鐵與圓柱殼式導(dǎo)體W及PVC中軸無縫粘結(jié)在一起，初級鐵忍為中 間加工有通孔的柱體結(jié)構(gòu)，在柱體結(jié)構(gòu)上設(shè)置環(huán)形的線圈帶，初級鐵忍的外壁與下殼體的 內(nèi)壁相固定，線圈帶上纏繞線圈，圓柱殼式背鐵伸入至初級鐵忍的通孔中，圓柱殼式背鐵、 圓柱殼式導(dǎo)體W及PVC中軸的頂部與Y型質(zhì)量塊相連，Y型質(zhì)量塊的外部設(shè)置橡膠元件，橡膠 元件與下殼體相連。
[0009] 本發(fā)明還可W包括：
[0010] 1、壓電堆外殼里安裝預(yù)緊彈黃，預(yù)緊彈黃套于力輸出桿上，預(yù)緊彈黃的兩端分別 與力輸出桿和壓電堆外殼相連。
[OOW 2、初級鐵忍與圓柱殼式導(dǎo)體之間保留1±0.1毫米距離。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)勢在于:本發(fā)明一種基于壓電堆的主被動雙層隔振器的壓電堆作動器 能在較低功耗下提供較大輸出力，中間質(zhì)量上下端分別和壓電堆作動器及橡膠元件和電磁 阻尼器相連，整體構(gòu)成雙層隔振系統(tǒng)，能大幅降低艦船動力裝置振動向基礎(chǔ)和環(huán)境的傳遞， 是隔離振動和噪聲的有效措施。下層的電磁阻尼器，將線圈繞組代替了傳統(tǒng)的永磁體，可W 通過連接外部的電流放大器和控制器對磁場強度進行控制，振動產(chǎn)生的機械能將W熱能的 方式耗散到空氣中。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明的原理簡圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明的流程原理圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述：
[0017] 結(jié)合圖1~3,如圖1所示，本發(fā)明一種基于壓電堆的主被動隔振器，包括上下殼體， 頂桿7,壓電堆作動器，中間質(zhì)量，橡膠元件2及電磁阻尼器。
[0018] 壓電堆作動器由外殼8、壓電堆9、預(yù)緊彈黃10及力輸出桿11組成。壓電堆由數(shù)片 (可根據(jù)實際需要調(diào)整數(shù)量)壓電陶瓷片通過粘結(jié)層堆疊而成，中間有叉指電極，電路為并 聯(lián)連接方式。單層壓電片在電場中產(chǎn)生位移，通過多層疊加使得輸出位移增大。因為壓電堆 不能承受較大的拉應(yīng)力，因此需要在壓電堆頂部裝上預(yù)緊彈黃10,預(yù)緊彈黃10另一端則連 接在力輸出桿上。整體封裝在殼體8中。
[0019] 壓電堆作動器嵌入上層Y型中空質(zhì)量塊1中，力輸出桿11和質(zhì)量塊1剛性連接，并保 證不會產(chǎn)生相對位移，作動器尾部通過螺栓7和外部隔振對象剛性連接。當給壓電堆施加驅(qū) 動電壓后，壓電堆會產(chǎn)生的位移會驅(qū)動輸出桿11壓迫質(zhì)量塊1，并且對連接螺栓7產(chǎn)生反作 用力進而作用在隔振對象上。
[0020] 橡膠元件2和上層Y型中空質(zhì)量塊1硫化在一起。橡膠元件2用于承受隔振對象靜 載，即使當壓電堆作動器和電磁作動器工作失穩(wěn)，本發(fā)明也能作為被動隔振器件保證隔振 效果不惡化。
[0021] 電磁阻尼器包括初級鐵忍3、線圈4、圓柱殼式導(dǎo)體5、圓柱殼式背鐵13及PVC中軸12 組成。當導(dǎo)體板5和電磁阻尼器初級(包括3、4)之間產(chǎn)生相對運動時，會在導(dǎo)體5中產(chǎn)生感應(yīng) 滿流，滿流大小直接決定了電磁阻尼器的制動力大小，所W采用導(dǎo)電率較高的銅。圓柱殼式 背鐵13和初級鐵忍3可W采用高磁導(dǎo)率的電工鐵。當線圈4中通入直流電后，在背鐵13和初 級鐵忍3之間產(chǎn)生磁通回路，導(dǎo)體板5和初級之間產(chǎn)生的相對運動在導(dǎo)體板5中產(chǎn)生滿流，最 終振動產(chǎn)生的機械能W熱能的形式耗散到空氣中。
[0022] 結(jié)合附圖2,激勵力F作用在M上，壓電堆產(chǎn)生的作動力fp作用在隔振對象M和中間 質(zhì)量m上。隔振對象M產(chǎn)生的位移為Z，中間質(zhì)量產(chǎn)生的位移為y。電磁阻尼器產(chǎn)生的阻尼力為 felelc.，具體的表達式如下：
[0023]
[0024] 結(jié)合附圖3,將信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號作為參考輸入信號，同時拾取隔振器基腳處 的加速度信號作為控制算法的期望信號，控制器按照一定的控制規(guī)律運算得出所需的輸出 量，其結(jié)果由D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號。模擬信號分別經(jīng)由電壓放大器和電流放大器驅(qū)動壓電堆 作動器及電磁阻尼器，從而實現(xiàn)振動控制。
[0025] 本發(fā)明基于壓電堆的主被動一體化雙層隔振器，包括上下殼體，頂桿，壓電堆作 動器，中間質(zhì)量，橡膠元件及電磁阻尼器。所述的壓電堆作動器由壓電堆，力輸出桿，預(yù)緊彈 黃和外殼組成。電磁阻尼器包括線圈，初級鐵忍，圓柱殼式導(dǎo)體及背鐵。其中，中間質(zhì)量包括 Y型中空質(zhì)量塊及下端PVC中軸和圓柱殼式導(dǎo)體及背鐵。
[0026] 所述的壓電堆作動器由壓電堆，力輸出桿，預(yù)緊彈黃和外殼體組成。其中，壓電堆 由壓電片通過粘結(jié)層堆疊而成。預(yù)緊彈黃一端和力輸出桿相連，另一端和外殼相連，W此消 除各構(gòu)件之間的軸向間隙，保證壓電堆始終處于受壓狀態(tài)。
[0027] 所述的所述的Y型中空質(zhì)量塊和橡膠元件硫化在一起，橡膠元件通過螺釘和下殼 體相連。
[0028] 所述的電磁阻尼器由初級鐵忍，線圈繞組，圓柱殼式導(dǎo)體和背鐵組成。初級鐵忍和 導(dǎo)體之間保留1毫米(具體大小可根據(jù)實際需要）間隙。圓柱殼式導(dǎo)體和背鐵及PVC中軸無縫 粘結(jié)在一起。初級鐵忍和下殼體固定焊接在一起。
[0029] 所述的中間質(zhì)量包括Y型中空質(zhì)量塊及下端PVC中軸和圓柱殼式導(dǎo)體及背鐵。
[0030] 所述的Y型中空質(zhì)量下端和圓柱殼式導(dǎo)體和背鐵及PVC中軸粘結(jié)在一起，保證連接 牢固。
[0031 ]所述的壓電堆作動器尾部通過螺栓和外部隔振對象剛性連接。
[0032] 所述的壓電堆作動器由壓電堆，力輸出桿，預(yù)緊彈黃和外殼體組成。其中，壓電堆 由N片(根據(jù)具體需求選擇數(shù)量)壓電片通過粘結(jié)層堆疊而成，即采用力學(xué)上串聯(lián)，電學(xué)上并 聯(lián)的方式。
[0033] 所述的壓電堆作動器通過導(dǎo)線與外部電壓放大器相連。預(yù)緊彈黃一端和力輸出桿 相連，另一端和外殼相連，W此消除各構(gòu)件之間的軸向間隙，保證壓電堆始終處于受壓狀 態(tài)。
[0034] 所述的Y型中空質(zhì)量塊和橡膠元件硫化在一起，橡膠元件通過螺釘和下殼體相連。
[0035] 所述的電磁阻尼器由初級鐵忍，線圈繞組，圓柱殼式導(dǎo)體和背鐵組成。初級鐵忍和 導(dǎo)體之間保留1毫米(具體大小可根據(jù)實際需要）間隙。圓柱殼式導(dǎo)體和背鐵及PVC中軸無縫 粘結(jié)在一起。初級鐵忍和下殼體固定焊接在一起。
[0036] 所述的Y型中空質(zhì)量下端和圓柱殼式導(dǎo)體和背鐵及PVC中軸粘結(jié)在一起，保證連 接牢固。
[0037] 所述的壓電堆作動器尾部通過螺栓和外部隔振對象剛性連接。
【主權(quán)項】
1. 一種基于壓電堆的主被動雙層隔振器，其特征是:包括Y型質(zhì)量塊、壓電堆作動器、電 磁阻尼器，所述壓電堆作動器包括壓電堆、力輸出桿、壓電堆外殼，Υ型質(zhì)量塊的內(nèi)部為中空 結(jié)構(gòu)，壓電堆外殼安裝在Υ型質(zhì)量塊的中空結(jié)構(gòu)里，力輸出桿的上部設(shè)置在壓電堆外殼里， 力輸出桿的下部穿過壓電堆外殼與壓電堆外殼外部的Υ型質(zhì)量塊相連，壓電堆安裝在壓電 堆外殼里并位于壓電堆外殼和力輸出桿之間，所述電磁阻尼器包括下殼體、初級鐵芯、圓柱 殼式導(dǎo)體、PVC中軸、圓柱殼式背鐵，圓柱殼式導(dǎo)體和圓柱殼式背鐵的內(nèi)部均為中空結(jié)構(gòu)，圓 柱殼式背鐵安裝在圓柱殼式導(dǎo)體的中空結(jié)構(gòu)中，PVC中軸安裝在圓柱殼式背鐵的中空結(jié)構(gòu) 中，圓柱殼式背鐵與圓柱殼式導(dǎo)體以及PVC中軸無縫粘結(jié)在一起，初級鐵芯為中間加工有通 孔的柱體結(jié)構(gòu)，在柱體結(jié)構(gòu)上設(shè)置環(huán)形的線圈帶，初級鐵芯的外壁與下殼體的內(nèi)壁相固定， 線圈帶上纏繞線圈，圓柱殼式背鐵伸入至初級鐵芯的通孔中，圓柱殼式背鐵、圓柱殼式導(dǎo)體 以及PVC中軸的頂部與Υ型質(zhì)量塊相連，Υ型質(zhì)量塊的外部設(shè)置橡膠元件，橡膠元件與下殼體 相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電堆的主被動雙層隔振器，其特征是:壓電堆外殼 里安裝預(yù)緊彈簧，預(yù)緊彈簧套于力輸出桿上，預(yù)緊彈簧的兩端分別與力輸出桿和壓電堆外 殼相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于壓電堆的主被動雙層隔振器，其特征是:初級鐵 芯與圓柱殼式導(dǎo)體之間保留1±0.1毫米距離。
【文檔編號】F16F15/04GK205423677SQ201520996780
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月3日
【發(fā)明人】杜敬濤, 吳登峰, 任可欣, 賀惠民, 陳琪
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)