一种基于压电堆的轴系纵向振动吸振器制造技术

本发明专利技术提供一种基于压电堆的轴系纵向振动吸振器，包括上基座、下基座和设置在上基座与下基座之间的主动执行机构，所述主动执行机构包括压电堆外壳、设置在压电堆外壳内底的下球头‑锥孔传力装置、与下球头‑锥孔传力装置端部连接的压电堆、与压电堆端部连接的上球头‑锥孔传力装置、与上球头‑锥孔传力装置端部连接的输出杆、设置在输出杆与压电堆外壳内顶端之间的预压弹簧、惯性质量块，所述输出杆的端部伸出至压电堆外壳外且惯性质量块安装在输出杆的端部，所述压电堆外壳的下端与上基座连接输出杆的端部伸入至下基座上设置的钻孔中。本发明专利技术是一种安装方便、能耗少、输出力大、高度集成化，占据空间低的轴系纵向振动吸振器。

Longitudinal vibration absorber for Shafting Based on piezoelectric pile

The present invention provides a vibration absorber shaft longitudinal vibration based on piezoelectric stack, including active actuator base, the base and is arranged between the upper base and the lower base, the active actuator comprises a piezoelectric stack arranged in the outer shell, piezoelectric shell bottom ball cone hole force transmission the ball head device, and taper force transmission device is connected with the end of the piezoelectric stack, and piezoelectric stack is connected with the end of the ball head, and the force transfer device taper ball head taper force transmission device is connected with the end of the output rod, is arranged on an output rod and the piezoelectric shell between the top the pre pressing spring, the inertial mass, the output end of the rod is extended to the piezoelectric shell and the inertial mass is installed at the end part of the output rod, the lower end of the piezoelectric shell and base is connected with the output rod extends into the drill set on the base under the. The invention relates to a longitudinal vibration absorber for shafting, which has the advantages of convenient installation, low energy consumption, large output force, high integration and low occupied space.

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电堆的轴系纵向振动吸振器
本专利技术涉及一种减振
的装置，尤其涉及一种基于压电堆的轴系纵向振动吸振器。
技术介绍
螺旋桨是水面舰船与潜艇的主要推进装置。潜艇在行进过程中不可避免地在艉部形成不均匀的伴流场，螺旋桨在不均匀伴流场中旋转会产生脉动推力，经过推进轴系、推力轴承及其基座传递到潜艇，引起艇体产生振动，进而产生声辐射。螺旋桨激励力在推进轴系中的传递规律及轴系振动，在轴系的振动主动控制系统中是重要的一环，是引起潜艇轴系低频振动的关键。螺旋桨的激励力主要有纵向、横向和扭转脉动力，其中纵向激励力又是主要部分。同时，纵向脉动力造成的船舶壳体的纵向振动具有声单极子的辐射特性即具有很高的辐射效率，另外因为螺旋桨的纵向脉动力通过轴系基座传递给舰艇壳体，引起壳体振动进而向外辐射噪声。所以，舰艇的轴系纵向振动应该引起高度重视。从振动控制的基本原理出发，减小舰船轴系振动主要有三个途径。一是减小船舶整体振动响应，二是采用大斜侧桨减小螺旋桨的激励力输入，其次是控制振动在轴系上的传递。前二个方案因为技术方面的限制，很难再有进一步地提高，所以在振动传递路径上进行控制最具工程实用意义的技术途径。压电作动器利用逆压电效应原理进行工作，即在压电晶体上施加交变电场，压电晶体就会在某一方向产生交变电的机械应变。为增大输出位移，一般使用堆叠型压电作动器。压电堆作动器机械定位高，能耗低，响应快，可以直接将电能转换为机械能。经过对现有的检索发现，目前主要采用主动式吸振器，阻尼器对船舶轴系进行纵振控制。罗强(罗强，降低轴系子系统纵向振动的液压减振装置研究，上海船舶设备研究所，2014.3)分析了液压减振装置的减振机理、纵向静刚度特性、等效动力参数辨识，在建立了舰船轴系子系统模型后，分析轴子系统主要参数对液压减振装置减振效果的影响。杨志荣(杨志荣，舰艇轴系纵振特性及基于磁流变弹性体的半主动控制技术研究，上海交通大学，2014.7)提出并设计出一种并联安装在推进轴系上的磁流变弹性体动力吸振器，通过对磁流变弹性体动力吸振器的试验研究，对单个磁流变弹性体动力吸振器的吸振效果进行了验证，为磁流变弹性体动力吸振器在舰艇上的实际应用奠定了基础。张赣波(张赣波,船舶主推进轴系纵向振动主动控制方法研究，华中科技大学，2012.1)分析了主推进轴系的振动特性和由振动引起的艇体声振特性，并将动力吸振器安装在推力轴承及其基座间，通过比较安装前后艇体的辐射声场，预报动力吸振器对主推进轴系纵向振动引起的艇体辐射噪声的控制效果。现有的《电磁式船舶轴系纵向振动主动控制装置》(专利号:CN102072276A)将电磁式惯性吸振器固定在轴系上，吸振器设置于中间轴并接收放大后的控制信号以产生相应的纵向作动力作用在中间轴，实现轴系的纵向振动控制，但是电磁吸振器安装不便，输出力有限，且电磁吸振器长期工作可靠性不高。《组合式磁流变弹性体船舶轴系纵振智能吸振》(专利号:CN102878237A)将多个磁流变弹性体并联，通过上下圆盘基座固定在轴系上，并通过调整弹性体数量来改变吸振器的质量比。该吸振器中的磁流变弹性体在追求机械性能与磁流变效应时互相矛盾，往往造成弹性体可调频带不宽，不能很好发挥磁流变弹性体的变刚度效应。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种安装方便、能耗少、输出力大、高度集成化，占据空间低的基于压电堆的轴系纵向振动吸振器。本专利技术的目的是这样实现的：包括上基座、下基座和设置在上基座与下基座之间的主动执行机构，所述主动执行机构包括压电堆外壳、设置在压电堆外壳内底的下球头-锥孔传力装置、与下球头-锥孔传力装置端部连接的压电堆、与压电堆端部连接的上球头-锥孔传力装置、与上球头-锥孔传力装置端部连接的输出杆、设置在输出杆与压电堆外壳内顶端之间的预压弹簧、惯性质量块，所述输出杆的端部伸出至压电堆外壳外且惯性质量块安装在输出杆的端部，所述压电堆外壳的下端与上基座连接输出杆的端部伸入至下基座上设置的钻孔中。本专利技术还包括这样一些结构特征：1.所述主动执行机构有四个，且四个主动执行机构对称设置在上基座和下基座之间。2.上基座、下基座均是由两个半圆环及用于连接两个半圆环的连接件组成，且上基座上设置有四个内螺纹孔，压电堆外壳的下端通过螺栓与对应的内螺纹孔的配合实现压电推外壳和上基座的连接，下基座上设置的钻孔的个数是4，每个钻孔的内表面涂有润滑油。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种基于压电堆的轴系纵向吸振器，相较于传统的压电堆作动器，能保证压电堆不直接与被控物体接触，不承受静载，抗冲击能力更强。本专利技术不存在电磁干扰，另外压电堆作动器几乎不产生热量，机械能转换效率高，安装方便，不需要改变原有轴系结构。本专利技术在压电堆通入电压后，利用逆压电效应，带动质量块运动，能输出更大的作动力。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术主动执行机构的结构示意图；图3为本专利技术主动执行机构的原理框图；图4为本专利技术一种实施方式的控制流程原理框图；其中：2-惯性质量块，3-上基座，4-下基座，5-输出杆，6-预压弹簧，7-压电堆，8-球头-锥孔传力装置，9-压电堆外壳。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示，本专利技术一种基于压电堆的轴系纵向吸振器，包括上基座3与下基座4、主动执行机构，上基座3由2个半圆盘组成，下基座4也由两个半圆盘组成，半圆盘通过螺栓紧固连接；上基座、下基座与主动执行机构组成一个整体。如图2所示为本专利技术主动执行机构的结构示意图，所述的主动执行机构通过导线与外部电压放大器相连；主动执行机构由外壳9、压电堆7、球头-锥孔传力装置8、预压弹簧6与输出杆5组成。力输出杆及执行机构尾端都通过球头-锥孔传力装置和压电堆相连，以免力输出杆弯曲载荷的传入或者装配时的误差导致弯矩作用于压电堆，从而保证压电堆不受任何弯曲载荷。所述的主动执行机构输出杆与质量块连接段车有外螺纹，输出杆与惯性质量块通过螺栓紧固连接，保证不存在相对滑动。所述的上基座车有4个内螺纹，与主动执行机构的个数相对应，每个内螺纹呈45°周向安装，压电堆底部车有内螺纹，压电堆与上基座通过螺栓紧固连接，保证紧密贴合。压电堆由数片(根据实际安装空间与出力要求选择数量)压电陶瓷片通过粘结层堆叠而成，中间有叉指电极，电路为并联连接方式，力学上串联。单层压电片在电场中产生位移，通过多层叠加使得输出位移增大。因为压电堆不能承受较大的拉应力，因此需要在压电堆顶部装上预压弹簧6，预紧弹簧一端和力输出杆相连，预压弹簧6另一端则连接在力输出杆5上，以此消除各构件之间的轴向间隙，保证压电堆始终处于受压状态。整体封装在壳体9中。所述的下基座车有4个钻孔，与主动执行机构的个数相对应，每个钻孔呈45°周向安装，主动执行机构输出杆末端插入下基座光滑钻孔中，进一步地，钻孔中涂有润滑油，以减小摩擦。所述的执行机构的输出杆的末端未车螺纹，进一步地，保证输出杆的末端不会与钻孔底部接触。所述的上下基座通过螺栓与轴系固定。输出杆5和惯性质量块2通过螺栓紧固连接，保证不存在相对位移。如图3所示，压电堆7的刚度可以简化为kp，产生的作动力为Fa，惯性质量块为m，质量块的位移为x1(t)，因此输出的惯性力为Fi(t)，具体的表达式如下：结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压电堆的轴系纵向振动吸振器，其特征在于：包括上基座、下基座和设置在上基座与下基座之间的主动执行机构，所述主动执行机构包括压电堆外壳、设置在压电堆外壳内底的下球头‑锥孔传力装置、与下球头‑锥孔传力装置端部连接的压电堆、与压电堆端部连接的上球头‑锥孔传力装置、与上球头‑锥孔传力装置端部连接的输出杆、设置在输出杆与压电堆外壳内顶端之间的预压弹簧、惯性质量块，所述输出杆的端部伸出至压电堆外壳外且惯性质量块安装在输出杆的端部，所述压电堆外壳的下端与上基座连接输出杆的端部伸入至下基座上设置的钻孔中。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电堆的轴系纵向振动吸振器，其特征在于：包括上基座、下基座和设置在上基座与下基座之间的主动执行机构，所述主动执行机构包括压电堆外壳、设置在压电堆外壳内底的下球头-锥孔传力装置、与下球头-锥孔传力装置端部连接的压电堆、与压电堆端部连接的上球头-锥孔传力装置、与上球头-锥孔传力装置端部连接的输出杆、设置在输出杆与压电堆外壳内顶端之间的预压弹簧、惯性质量块，所述输出杆的端部伸出至压电堆外壳外且惯性质量块安装在输出杆的端部，所述压电堆外壳的下端与上基座连接输出杆的端...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜敬涛，吴登峰，许得水，杨铁军，李新辉，刘学广，朱明刚，刘志刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23