叉型压电堆叠减振环制造技术

本发明专利技术提供了一种叉型压电堆叠减振环，包括压电堆叠、叉型保护框、外环和外接分流电路，其中叉型保护框套在轴承上，叉型保护框外套有外环，外环紧箍在叉型保护框上；所述叉型保护框是一种截面为“凹”型的对称环形结构，“凹”型结构凹口的内壁和外壁之间内分布有若干压电堆叠，每个压电堆叠的两端面分别粘在凹口的内壁和外壁上,压电堆叠的极化方向与叉型保护框收到轴承压力载荷方向相同；所有的压电堆叠并联后接入外接电路，串联电阻和电感。本发明专利技术可以利用压电分流阻尼技术有效降低传动系统通过轴和轴承传递到支承的振动，并可以有效避免压电堆叠承受切向应力和扭矩，增加压电堆叠的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
叉型压电堆叠减振环
本专利技术涉及减振装置领域，作用在航空领域转子系统中轴承和轴承座或者机械的箱体上，具体是一种叉型压电堆叠减振环。
技术介绍
传统的作用在轴承和轴承座上的减振装置有挤压油膜阻尼器等。挤压油膜阻尼器按其轴颈中心和轴承中心在转子未旋转时是否同心分为带定心弹性支承和不带定心弹性支承的挤压油膜阻尼器，如图1所示是带弹性支承的挤压油膜阻尼器结构简图。挤压油膜阻尼器将振动能量吸收变成热能并被滑油带走，对减小转子临界转速时和经由轴承向外传递的振动，效果十分显著。挤压油膜阻尼器有结构简单，重量轻，体积小，减振效果好等优点。但是，由于油膜刚度的高度非线性可能导致挤压油膜阻尼器在工作过程中锁死、双稳态和非协调的进动现象，传动系统振动过大甚至产生疲劳和碰撞。该装置的技术论述参考文献为：张家忠,郑铁生,刘士学,等.挤压油膜阻尼器-滑动轴承-刚性传动系统的稳定性及分岔行为.应用力学学报,1996,13(4):35~40。如图2所示，Atzrodt,Mayer,Melz等研究人员将压电堆叠安装在轴承径向来减小传动轴传递的振动。利用压电分流阻尼技术可以将轴承传递出的振动能量转化为电能，电能通过分流阻尼电路会被耗散掉，从而起到减振作用。但是压电堆在受到剪切力和扭矩的时候容易破碎。所以在转子系统高速旋转的情况下，该装置的环境适应性较差，使用寿命较短。且该装置需要将压电堆埋在机箱里，对于一般的工程结构不易安装和加工。该装置的技术论述参考文献为：AtzrodtH,MayerD,MelzT.ReductionofBearingVibrationswithShuntDamping.16thInternationalCongressonSoundandVibration.2009:2383-2389。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种叉型压电堆叠减振环，可以利用压电分流阻尼技术有效降低传动系统通过轴和轴承传递到支承的振动，并可以有效避免压电堆叠承受切向应力和扭矩，增加压电堆叠的使用寿命。本专利技术包括压电堆叠、叉型保护框、外环和外接分流电路，其中叉型保护框套在轴承上，叉型保护框外套有外环，外环紧箍在叉型保护框上；所述叉型保护框是一种截面为“凹”型的对称环形结构,“凹”型结构凹口的内壁和外壁之间内分布有若干压电堆叠，每个压电堆叠的两端面分别粘在凹口的内壁和外壁上,压电堆叠的极化方向与叉型保护框收到轴承压力载荷方向相同，当凹口的内外壁某处收到压力使得径向间距缩短时，“凹”型结构的弯曲程度增大，压缩压电陶瓷上下两个端面，从而将减振环受到的径向力转化为压电堆叠极化方向的压力；所有的压电堆叠并联后接入外接电路，串联电阻和电感。本专利技术有益效果在于：1、在和轴承连接的轴上施加竖直方向的正弦激励，通过MATLAB数值仿真计算，得到在频域范围内连接外界电路和不连接外接电路的情况下系统的力传递率。当连接外接电路后，此减振环在该方向力传递率峰值下降了60%，具有明显的减振效果。2、由于减振环是环状结构，在轴承径向平面内对称分布，所以当受到其他径向平面内的激励时同样可以起到减振效果。3、基于压电分流阻尼技术的被动控制技术具有很高的鲁棒性，且反应迅速。4、该装置不需要类似于主动控制系统中的功率放大器和外接电源，减少了体积和重量，方便安装和检修。附图说明图1为挤压油膜阻尼器结构简图。图2为压电堆叠减振装置示意图。图3为减振环安装示意图。图4为系统理论模型示意图。图5为力传递率数值分析示意图。图6为压电堆示意图.图7为减振环叉型保护框示意图。图8为减振环示意图。图9为外环示意图。图10为压电堆叠外接电路示意图。图11为减振环工作原理示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术安装在转子系统中的轴承和支承，齿轮和轴等结构之间，如图3所示。主要用于降低因为振动造成的对支承的输出力，从而减小整体结构的振动响应。减振环的叉型保护框可以保护压电堆叠免受切向力和扭矩的破坏，提升压电堆叠的使用寿命和稳定性。本专利技术结构如图8所示，包括压电堆叠1、叉型保护框2、外环3和外接分流电路5，其中叉型保护框2套在轴承4上，叉型保护框2外套有外环3，外环3紧箍在叉型保护框2上，外环3如图9所示；所述叉型保护框2如图7和图11所示，叉型保护框2是一种截面为“凹”型的对称环形结构,“凹”型结构凹口的内壁和外壁之间内分布有若干压电堆叠1，示意图中数量为8个，可根据实际需要安装更多数量的压电堆叠。压电堆叠如图6所示，每个压电堆叠1的两端面分别粘在凹口的内壁和外壁上,压电堆叠1的极化方向与叉型保护框2收到轴承4压力载荷方向相同，当凹口的内外壁某处收到压力使得径向间距缩短时，“凹”型结构的弯曲程度增大，压缩压电陶瓷上下两个端面，从而将减振环受到的径向力转化为压电堆叠极化方向的压力；所有的压电堆叠1并联后接入外接电路5，串联电阻和电感，如图10所示。本专利技术安装在轴承外壁和支承内壁之间，如图3所示，叉型保护框起到夹持压电堆叠并保护压电堆叠不受到破坏的作用，如图11所示。当转子系统振动时，轴承将振动力传递到保护框的内壁上，从而在保护框内外壁之间产生一个径向位移。当内外壁某处径向间距缩短时，“凹”型结构的弯曲程度增大，压缩压电陶瓷上下两个端面，从而将减振环受到的径向力转化为压电堆叠极化方向的压力。通过正压电效应，受到压力的压电堆叠在电极上产生电荷，再通过分流电路将产生的电能耗散掉。工作状态下，减振环中的压电堆叠只受到极化方向上的压力，避免了由于轴承旋转造成的切向和扭矩。系统理论模型示意图如图4所示，在和轴承连接的轴上施加竖直方向的正弦激励，通过MATLAB数值仿真计算，得到在频域范围内连接外界电路和不连接外接电路的情况下系统的力传递率，力传递率数值分析示意图如图5所示。当连接外接电路后，此减振环在该方向力传递率峰值下降了60%，具有明显的减振效果。由于减振环是环状结构，在轴承径向平面内对称分布，所以当受到其他径向平面内的激励时同样可以起到减振效果。叉型保护框的最大优势就是可以安装压电堆叠的数量没有过多限制，可根据实际需要增减，且不需要螺栓螺钉等紧固件。基于压电分流阻尼技术的被动控制技术具有很高的鲁棒性，且反应迅速。该装置不需要类似于主动控制系统中的功率放大器和外接电源，减少了体积和重量，方便安装和检修。本专利技术安装方式如下：根据轴承尺寸按照示意图所示将各部件加工，其中叉型保护框需要通过3D打印进行加工。将各部件组装起来，具体过程如下：将压电堆叠两端面粘在保护框的环状平台上，安装过程中需要将叉型保护框撑开以方便将压电堆叠放入。将外环加热使其直径变化，套入到叉型保护框上，冷却后紧箍在保护框上。然后把压电堆叠连入外接电路，串联电阻和电感。至此减振环组装完成，将其装在轴承上，即可开始工作。本专利技术具体应用途径很多，以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叉型压电堆叠减振环，其特征在于：包括压电堆叠（1）、叉型保护框（2）、外环（3）和外接分流电路（5），其中叉型保护框（2）套在轴承（4）上，叉型保护框（2）外套有外环（3），外环（3）紧箍在叉型保护框（2）上；所述叉型保护框（2）是一种截面为“凹”型的对称环形结构, “凹”型结构凹口的内壁和外壁之间内分布有若干压电堆叠（1），每个压电堆叠（1）的两端面分别粘在凹口的内壁和外壁上,压电堆叠（1）的极化方向与叉型保护框（2）收到轴承（4）压力载荷方向相同，当凹口的内外壁某处收到压力使得径向间距缩短时，“凹”型结构的弯曲程度增大，压缩压电陶瓷上下两个端面，从而将减振环受到的径向力转化为压电堆叠极化方向的压力；所有的压电堆叠（1）并联后接入外接电路（5），串联电阻和电感。

【技术特征摘要】
1.一种叉型压电堆叠减振环，其特征在于：包括压电堆叠（1）、叉型保护框（2）、外环（3）和外接分流电路（5），其中叉型保护框（2）套在轴承（4）上，叉型保护框（2）外套有外环（3），外环（3）紧箍在叉型保护框（2）上；所述叉型保护框（2）是一种截面为“凹”型的对称环形结构,“凹”型结构凹口的内壁和外壁之间内分布有若干压电堆叠（1），每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋丞，谭星，何欢，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32