本发明专利技术公布了一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，包括基座、基本弹簧、筒状结构、压电陶瓷作动器、摩擦块、压电陶瓷防护罩；筒状结构位于基本弹簧内部并与基本弹簧并联安装在基座上，基本弹簧的上部与压电陶瓷防护罩，筒状结构的上部与压电陶瓷作动器连接。压电陶瓷作动器安装在压电陶瓷防护罩的里面，压电陶瓷防护罩的侧面为摩擦面，压电陶瓷输出轴穿过压电陶瓷防护罩上的通孔至摩擦面的外侧，摩擦块安装在作动器的输出轴另一端上。本发明专利技术是一种基于压电陶瓷作动器的主动隔振装置，能同时改变主动隔振装置的阻尼特性和刚度特性，结构简单，抗干扰能力强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种主动隔振装置，用于振动结构与基础之间的振动隔离，主要涉及一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置
技术介绍
由弹簧和阻尼器组成一个最基本的减振器，属于被动减振方式。在一般情况下，弹簧的刚度系数和阻尼器的阻尼系数是一个确定的常值，被动隔振系统的参数一旦确定，其适用范围便固定了，若要改变其适用范围需重新设计系统，所以，被动减振方式只在一定频率范围内有效，适应频带窄。根据振动理论可知，只有当激励频率与系统固有频率之比大于1. 414时，减振器才有减振效果，因此，被动减振技术仅适用于中、高频范围的减振系统。主动减振技术利用外部能源，在系统受到外部激励而引起振动的过程中，瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性，以迅速衰减系统的动力响应，适应频带宽。目前，基于智能材料的主动减振方法应用日益广泛。基于智能材料结构的主动/半主动减振技术，打破了传统的材料科学与机械工程的界限，得到了学术界和工程界的高度重视，是国内外目前研究和开发的热点之一，是减振技术的一个发展趋势。用于振动主动控制的智能材料主要有压电陶瓷、形状记忆合金、磁流变流体和电流变流体。其中压电陶瓷由于其独有的机电耦合特性，刚度大，结构简单，体积小，无机械摩擦，无热交换和噪音等特点，是一种应用最广泛的智能材料之一。基于压电陶瓷作动器的主动减振技术适应频带宽，环境适应能力强，同时对被动减振技术难以解决的低频振动问题也适应。然而，基于压电陶瓷作动器的主动减振方法都是通过直接抑制激振力的方法来减小振幅或振动力的，其实现会受到压电陶瓷作动器的机电耦合特性的限制，需要另外设计复杂的位移放大装置，同时需要很高的驱动电压才能实现。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，这种基于压电陶瓷作动器的主动减振技术的主动隔振装置以间接的方式改变振动系统的阻尼特性以及刚度特性。为了解决上述技术问题，本专利技术所使用的一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，包括基座、基本弹簧、筒状结构、输出连接板，压电陶瓷作动器、摩擦块、压电陶瓷输出轴、压电陶瓷防护罩；基本弹簧的下端与基座相联，筒状结构的下端与基座相联，筒状结构位于基本弹簧内部并与基本弹簧并联；基本弹簧的上端与压电陶瓷防护罩相联；筒状结构的上端与压电陶瓷作动器相联；压电陶瓷作动器安装在压电陶瓷防护罩的里面，压电陶瓷作动器安装有二根以上的压电陶瓷输出轴；压电陶瓷防护罩侧面上开有与压电陶瓷输出轴相对应的长通孔，长通孔的周围为摩擦面，压电陶瓷输出轴另一端穿过通孔至摩擦面的外侧，摩擦块固定安装在摩擦面外侧的压电陶瓷输出轴上，输出连接板固定安装在压电陶瓷防护罩上。在上述技术方案中，由于把安装有摩擦块的压电陶瓷作动器安装在筒状结构上，通过外加电场控制压电陶瓷作动器动作而产生微位移，带动两端的压电陶瓷输出轴向内缩而压紧于压电陶瓷防护罩的摩擦面上，在系统振动时依靠二者之间的相对运动产生摩擦力，利用系统的粘滑振动响应模式和特性，通过改变系统的阻尼特性和刚度特性，以间接的方式抑制振动位移或反作用力的传递。与直接利用压电陶瓷作动器抑制激振力的方法来减小振幅或振动力的方式相比，它不需要复杂的位移放大装置，也不需要很高的驱动电压，有效地改善了减振效果受压电陶瓷作动器机电耦合特性限制的问题，结构简单，更易于实现。作为本专利技术的进一步改进，基本弹簧的下端通过第四法兰与基座相联，基本弹簧的上端通过第二法兰与压电陶瓷防护罩相联；主动弹簧的下端通过第三法兰与基座相联，主动弹簧的上端通过第一法兰与压电陶瓷作动器相联。弹簧与基座、弹簧与压电陶瓷作动器、弹簧与压电陶瓷防护罩之间通过法兰相连接。这样做可以使弹簧更好的与其他部件相连接。作为本专利技术的进一步改进，本专利技术要进一步解决的问题是提供一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，这种主动隔振装置能够使阻尼特性和刚度特性做更大的改变。为此，在本专利技术进一步改进的技术方案中，把筒状结构改为弹簧，并成为主动弹簧。作为本专利技术的进一步改进，长通孔的长度大于主动弹簧的最大变形量，输出轴在长通孔中的起始位置位于靠近长通孔底部的位置，这样有利于发挥主动弹簧的最大作用。作为本专利技术的进一步改进，摩擦块通过定位螺钉固定在压电陶瓷作动器输出轴上，通过调整定位螺钉使摩擦块与压电陶瓷防护罩的摩擦面之间留有初始间隙，这样做可以在压电陶瓷作动器不工作时，主动弹簧不起作用，振动载荷完全由基本弹簧承受；压电陶瓷作动器工作时，主动弹簧与基本弹簧共同承受振动载荷，压电陶瓷作动器输出轴的装有摩擦块的一端有螺纹孔，间隙调整螺钉安装在螺纹孔上，间隙调整螺钉与摩擦块之间有一外圈直径大于压电陶瓷作动器输出轴直径的垫圈，由于摩擦块套装于压电陶瓷作动器输出轴上，摩擦面之间的初始间隙可以通过间隙调整螺钉以及定位螺钉来调整，这样做可以更精确地调整间隙大小，从而满足不同的作动器对初始间隙大小的要求。作为本专利技术的进一步改进，对摩擦面进行渗碳处理以及摩擦块进行表面阳极化处理可以提高摩擦面以及摩擦块的硬度和耐磨性。作为本专利技术的进一步改进，摩擦块的厚度稍大于压电陶瓷输出轴伸出防护罩的摩擦面的长度，在压电陶瓷作动器工作时，这样做便于调整摩擦块与压电陶瓷防护罩的摩擦面之间的初始间隙，同时可以使摩擦块更好的固定在压电陶瓷作动器的输出轴上。作为本专利技术的进一步改进，压电陶瓷作动器的外侧面与压电陶瓷防护罩内侧保持平行，当摩擦块沿摩擦面上下运动时，双向输出型压电陶瓷作动器的外侧面与压电陶瓷防护罩内侧不接触，这样做可以使摩擦系数基本为一定值以及保证主动隔振装置的正常运转。作为本专利技术的进一步改进，压电陶瓷作动器的外侧面压电陶瓷防护罩内侧之间的间隙相同。当双向输出型压电陶瓷作动器动作而产生微位移时，带动两端的压电陶瓷输出轴向内缩而压紧于压电陶瓷防护罩的摩擦面上，在系统振动时依靠二者之间的相对运动产生摩擦力。只有双向输出型压电陶瓷作动器的外侧面压电陶瓷防护罩内侧之间的间隙相同才能使摩擦面上的压力相同。从而保证每个摩擦面上的摩擦力相同。由于压电陶瓷作动器的输出轴与通孔之间有一定的间隙，使摩擦面的宽度大于摩擦块的宽度，就可以保证在压电陶瓷作动器工作时，摩擦块始终与摩擦面充分接触，从而保证摩擦系数基本为一确定值。基座上有大定位凹孔和小定位凹孔，所述第三法兰安装在小定位凹孔中，所述第四法兰安装在大定位凹孔中。从而保证基本弹簧及其连接部件与筒状结构及其连接部件的正确定位，便于安装。第二法兰和第四法兰有安装孔，安装孔为长圆弧形孔。与基本弹簧相连的整个装配体可以绕其中心线作一定角度范围的转动，从而保证压电陶瓷作动器的外侧面与压电陶瓷防护罩内侧保持平行的情况下实现正确的安装、以消除制造和安装误差带来的影响。其中基本弹簧采用压缩弹簧结构；筒状结构可采用压缩弹簧结构，也可采用其他结构型式，如薄壁圆筒结构，需根据具体的应用场合合理选用。本专利技术涉及的隔振装置有两种工作方式阻尼控制方式和刚度控制方式； 其中对于阻尼控制方式，在系统的滑移模式下，利用摩擦块与防护罩之间的摩擦力为系统提供干摩擦阻尼，耗散系统的振动能量，降低系统的振动幅值，减小结构与基础之间振动能量的传递；摩擦力的大小通过压电陶瓷作动器的控制电压进行调节，选择合适的控制电压可获得最佳减振效果； 其中对于刚度控制方式，在系统的粘滞模式下，摩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，?包括基座（1）、基本弹簧（2）、筒状结构（3）、输出连接板（9），基本弹簧（2）的下端与基座（1）相联接，筒状结构（3）的下端与基座（1）相联接，筒状结构（3）位于基本弹簧（2）内部并与基本弹簧（2）并联，其特征在于：还包括压电陶瓷作动器（11）、摩擦块（4）、压电陶瓷输出轴（5）、压电陶瓷防护罩（10）；基本弹簧（2）的上端与压电陶瓷防护罩（10）相联接；筒状结构（3）的上端与压电陶瓷作动器（11）相联接；压电陶瓷作动器（11）安装在压电陶瓷防护罩（10）的里面，压电陶瓷作动器（11）安装有二根以上的压电陶瓷输出轴（5），压电陶瓷防护罩（10）侧面上开有与压电陶瓷输出轴（5）相对应的长通孔（24），长通孔（24）的周围为摩擦面（23），压电陶瓷输出轴（5）另一端穿过长通孔（24）至摩擦面（23）的外侧，摩擦块（4）固定安装在摩擦面外侧的压电陶瓷输出轴（5）上，输出连接板（9）固定安装在压电陶瓷防护罩（10）上。
【技术特征摘要】
1.一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，包括基座(I)、基本弹簧(2)、筒状结构(3)、 输出连接板(9)，基本弹簧(2)的下端与基座(I)相联接，筒状结构(3)的下端与基座(I)相联接，筒状结构(3)位于基本弹簧(2)内部并与基本弹簧(2)并联，其特征在于还包括压电陶瓷作动器(11)、摩擦块(4)、压电陶瓷输出轴(5)、压电陶瓷防护罩(10)；基本弹簧(2)的上端与压电陶瓷防护罩(10)相联接；筒状结构(3)的上端与压电陶瓷作动器(11)相联接；压电陶瓷作动器(11)安装在压电陶瓷防护罩(10)的里面，压电陶瓷作动器(11)安装有二根以上的压电陶瓷输出轴(5)，压电陶瓷防护罩(10)侧面上开有与压电陶瓷输出轴(5)相对应的长通孔(24)，长通孔(24)的周围为摩擦面(23)，压电陶瓷输出轴 (5 )另一端穿过长通孔(24 )至摩擦面(23 )的外侧，摩擦块(4 )固定安装在摩擦面外侧的压电陶瓷输出轴(5)上，输出连接板(9)固定安装在压电陶瓷防护罩(10)上。2.根据权利要求1所述的主动隔振装置，其特征在于基本弹簧(2)的下端通过第四法兰(15)与基座(I)相联，基本弹簧(2)的上端通过第二法兰(13)与压电陶瓷防护罩(10) 相联；筒状结构(3)的下端通过第三法兰(14)与...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱如鹏，倪德，付秋菊，鲍和云，陆凤霞，李发家，靳广虎，胡正根，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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