一种压电式智能动力吸振器制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种压电式智能动力吸振器，涉及低频振动噪声控制及利用领域，能够多方向减振且自身特征参数可调。本发明专利技术包括：压电弹簧(3)和质量块(4)构成了压电式动力吸振器结构，控制系统(5)与所述压电式动力吸振器结构中的压电元件相连；联轴器(2)用于连接基础结构(1)和所述压电式动力吸振器结构，联轴器(2)与基础结构(1)通过螺栓紧固固定；压电弹簧(3)由弹簧结构和所述压电元件组成；所述压电元件用于改变弹簧结构的等效刚度和伸缩振荡过程中的等效阻尼；所述控制系统(5)具备自供电功能，通过控制所述压电元件两端的电压改变压电弹簧的等效刚度和阻尼。本发明专利技术适用于低频振动噪声控制及利用领域。

A piezoelectric intelligent dynamic vibration absorber

【技术实现步骤摘要】
一种压电式智能动力吸振器
本专利技术涉及低频振动噪声控制及利用领域，尤其涉及一种压电式智能动力吸振器。
技术介绍
机械振动容易导致机器或主体结构本身的性能和可靠性降低，或者是影响以主体结构为平台的设备性能和可靠性降低，因此上述大多数机械振动需要消除或抑制。在众多减振方法中，动力吸振器具有成本低、效果好等特点，因此被广泛研究和运用。动力吸振器的基本工作原理是在被控主振动系统的特定部位附加一个具有质量、阻尼和刚度的子振荡系统即吸振器，通过合理的选择吸振器的相关参数进而改变主系统的振动状况，将振动的能量转移到吸振器上，使主系统振动减小。然而在实际工程应用过程中，动力吸振器结构一旦设计加工完成，其特征参数难以实时调节，若主系统振动频率因为受到环境或自身结构的变化而发生变化，动力吸振器将无法及时获得理想的减振效果。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种压电式智能动力吸振器，具有多方向减振，自身特征参数可调的功能。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：基础结构(1)，联轴器(2)，压电弹簧(3)，质量块(4)和与压电弹簧(3)中压电元件相连的控制系统(5)；压电弹簧(3)和质量块(4)构成了压电式动力吸振器结构，控制系统(5)与所述压电式动力吸振器结构中的压电弹簧(3)中压电元件相连；联轴器(2)用于连接基础结构(1)和所述压电式动力吸振器结构，联轴器(2)与基础结构(1)通过螺栓紧固固定；压电弹簧(3)由弹簧结构和集成在所述弹簧结构上的压电元件组成，所述压电元件用于改变所述弹簧结构的等效刚度和伸缩振荡过程中的等效阻尼；所述控制系统(5)通过控制所述压电元件两端的电压改变所述弹簧结构的等效刚度和阻尼。具体的，控制系统(5)通过电感和压电元件形成等效LC振荡回路，并通过所述等效LC振荡回路中的电子开关的通断调整所述压电元件两端的电压；所述电子开关为场效应管开关或三极管开关。控制系统(5)中的微处理器用于监测所述压电式智能动力吸振器的振动状态，并通过预设的控制算法进行逻辑判断后，输出驱动电平或驱动电流来触发所述电子开关的“闭合”或“断开”。具体的，压电式动力吸振器结构通过联轴器(2)悬挂在基础结构(1)上。在优选方案中，基础结构(1)产生的机械振动为水平面内的低频振动，且振动频率不超过5Hz；和/或，基础结构(1)产生的机械振动为竖直平面内的低频振动，且振动频率不超过10Hz；其中，所述弹簧摆结构包括2个自由度：摆动自由度和弹簧伸缩振荡自由度。具体的，压电弹簧(3)首尾端通过T型销分别与基础结构(1)和质量块(4)相连，压电弹簧(3)由金属夹片和U型金属销组成，在金属夹片的内表面和外表面上都贴有压电元件，组成压电弹簧(3)的金属夹片的数量≥1。金属夹片由金属片通过弯折或者冲压成型，金属夹片的横截面形成不封口的三角形，包括至少n个弯折出的平面，每个平面包括内表面和外表面，总共2n个表面，n为正整数；每一个表面上粘贴压电元件，且压电弹簧(3)的等效刚度低于所述压电元件的刚度，所述压电元件为压电陶瓷片。具体的，所述压电元件为压电叠堆元件；压电弹簧(3)由带位移放大机构的压电叠堆元件构成，所述位移放大机构通过一对柔性铰链分别与联轴器(2)和质量块(4)相连，所述位移放大机构的伸缩方向为弹簧的伸缩振荡方向，所述位移放大机构的柔性铰链与联轴器(2)和与质量块(4)都通过螺纹孔和螺栓固定。所述柔性铰链用于抵消结构摆动过程中位移放大机构受到的弯矩；在位移放大机构安装过程中，先给所述压电叠堆元件施加预压力，确保在位移放大机构的自由端伸缩变化时，压电叠堆元件始终处于受压状态。进一步的，通过所述压电元件将自身的振动机械能转化为电能并向控制系统(5)供电。本专利技术提供一种压电式智能动力吸振器，具有多方向减振、谐振频率可调两种功能，同时能充分利用压电元件的正逆压电效应，做到控制系统的自供电和主振动系统的高效减振。其中，与压电元件相匹配的控制系统，用于调整自身特征参数，实现动力吸振器结构智能自适应主系统减振效果的目的，主要用于调节压电元件电极面间电压，达到改变压电弹簧摆结构在特定状态下等效刚度和阻尼的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种压电式动力吸振器结构及其控制系统示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种具体的压电式智能动力吸振器结构，包含动力吸振器结构和基础结构即主振动结构的装配连接方式；图3为本专利技术实施例提供的一种典型的十字轴式万向联轴器结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的另一种压电式智能动力吸振器结构减振示意图，可有效抑制基础结构即主振动结构水平方向的振动幅值；图5为本专利技术实施例提供的一种压电弹簧结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的另一种压电弹簧结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的控制系统结构框图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。本专利技术的设计思路在于，提供一种带有压电智能元件的动力吸振器结构及其控制系统，具体设计为基于弹簧摆和质量弹簧振荡系统原理的吸振器结构，在弹簧结构中集成压电元件，利用控制电路实时改变压电元件两端的电压，进而改变动力吸振器系统的等效刚度及阻尼，自适应智能高效地减振。即动力吸振器满足更加复杂的主系统振动工况减振需求。基本原理：基础结构即主振动系统的振动转移到动力吸振器结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电式智能动力吸振器，其特征在于，包括：/n基础结构(1)，联轴器(2)，压电弹簧(3)，质量块(4)和与压电弹簧(3)中压电元件相连的控制系统(5)；/n压电弹簧(3)和质量块(4)构成了压电式动力吸振器结构，控制系统(5)与所述压电式动力吸振器结构中的压电弹簧(3)中压电元件相连；/n联轴器(2)用于连接基础结构(1)和所述压电式动力吸振器结构，联轴器(2)与基础结构(1)通过螺栓紧固固定；/n压电弹簧(3)由弹簧结构和集成在所述弹簧结构上的压电元件组成，所述压电元件用于改变所述弹簧结构的等效刚度和伸缩振荡过程中的等效阻尼；/n所述控制系统(5)通过控制所述压电元件两端的电压改变所述弹簧结构的等效刚度和阻尼。/n

【技术特征摘要】
1.一种压电式智能动力吸振器，其特征在于，包括：
基础结构(1)，联轴器(2)，压电弹簧(3)，质量块(4)和与压电弹簧(3)中压电元件相连的控制系统(5)；
压电弹簧(3)和质量块(4)构成了压电式动力吸振器结构，控制系统(5)与所述压电式动力吸振器结构中的压电弹簧(3)中压电元件相连；
联轴器(2)用于连接基础结构(1)和所述压电式动力吸振器结构，联轴器(2)与基础结构(1)通过螺栓紧固固定；
压电弹簧(3)由弹簧结构和集成在所述弹簧结构上的压电元件组成，所述压电元件用于改变所述弹簧结构的等效刚度和伸缩振荡过程中的等效阻尼；
所述控制系统(5)通过控制所述压电元件两端的电压改变所述弹簧结构的等效刚度和阻尼。


2.根据权利要求1所述的压电式智能动力吸振器，其特征在于，控制系统(5)通过电感和压电元件形成等效LC振荡回路，并通过所述等效LC振荡回路中的电子开关的通断调整所述压电元件两端的电压；
所述电子开关为场效应管开关或三极管开关。


3.根据权利要求1所述的压电式智能动力吸振器，其特征在于，控制系统(5)中的微处理器用于监测所述压电式智能动力吸振器的振动状态，并通过预设的控制算法进行逻辑判断后，输出驱动电平或驱动电流来触发所述电子开关的“闭合”或“断开”。


4.根据权利要求1所述的压电式智能动力吸振器，其特征在于，压电式动力吸振器结构通过联轴器(2)悬挂在基础结构(1)上。


5.根据权利要求1或4所述的压电式智能动力吸振器，其特征在于，基础结构(1)产生的机械振动为水平面内的低频振动，且振动频率不超过5Hz；
和/或，基础结构(1)产生的机械振动为竖直平面内的低频...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴义鹏，李森，季宏丽，裘进浩，张超，陶翀骢，周圣鹏，
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