專利名稱：一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)隔振裝置，用于振動(dòng)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的振動(dòng)隔離，主要涉及一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置
背景技術(shù)：
由彈簧和阻尼器組成一個(gè)最基本的減振器，屬于被動(dòng)減振方式。在一般情況下，彈簧的剛度系數(shù)和阻尼器的阻尼系數(shù)是一個(gè)確定的常值，被動(dòng)隔振系統(tǒng)的參數(shù)一旦確定，其適用范圍便固定了，若要改變其適用范圍需重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所以，被動(dòng)減振方式只在一定頻率范圍內(nèi)有效，適應(yīng)頻帶窄。根據(jù)振動(dòng)理論可知，只有當(dāng)激勵(lì)頻率與系統(tǒng)固有頻率之比大于1. 414時(shí)，減振器才有減振效果，因此，被動(dòng)減振技術(shù)僅適用于中、高頻范圍的減振系統(tǒng)。主動(dòng)減振技術(shù)利用外部能源，在系統(tǒng)受到外部激勵(lì)而引起振動(dòng)的過程中，瞬時(shí)施加控制力或瞬時(shí)改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，以迅速衰減系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，適應(yīng)頻帶寬。目前，基于智能材料的主動(dòng)減振方法應(yīng)用日益廣泛。基于智能材料結(jié)構(gòu)的主動(dòng)/半主動(dòng)減振技術(shù)，打破了傳統(tǒng)的材料科學(xué)與機(jī)械工程的界限，得到了學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視，是國內(nèi)外目前研究和開發(fā)的熱點(diǎn)之一，是減振技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢。用于振動(dòng)主動(dòng)控制的智能材料主要有壓電陶瓷、形狀記憶合金、磁流變流體和電流變流體。其中壓電陶瓷由于其獨(dú)有的機(jī)電耦合特性，剛度大，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無機(jī)械摩擦，無熱交換和噪音等特點(diǎn)，是一種應(yīng)用最廣泛的智能材料之一?；趬弘娞沾勺鲃?dòng)器的主動(dòng)減振技術(shù)適應(yīng)頻帶寬，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，同時(shí)對被動(dòng)減振技術(shù)難以解決的低頻振動(dòng)問題也適應(yīng)。然而，基于壓電陶瓷作動(dòng)器的主動(dòng)減振方法都是通過直接抑制激振力的方法來減小振幅或振動(dòng)力的，其實(shí)現(xiàn)會受到壓電陶瓷作動(dòng)器的機(jī)電耦合特性的限制，需要另外設(shè)計(jì)復(fù)雜的位移放大裝置，同時(shí)需要很高的驅(qū)動(dòng)電壓才能實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置，這種基于壓電陶瓷作動(dòng)器的主動(dòng)減振技術(shù)的主動(dòng)隔振裝置以間接的方式改變振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼特性以及剛度特性。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所使用的一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置，包括基座、基本彈簧、筒狀結(jié)構(gòu)、輸出連接板，壓電陶瓷作動(dòng)器、摩擦塊、壓電陶瓷輸出軸、壓電陶瓷防護(hù)罩；基本彈簧的下端與基座相聯(lián)，筒狀結(jié)構(gòu)的下端與基座相聯(lián)，筒狀結(jié)構(gòu)位于基本彈簧內(nèi)部并與基本彈簧并聯(lián)；基本彈簧的上端與壓電陶瓷防護(hù)罩相聯(lián)；筒狀結(jié)構(gòu)的上端與壓電陶瓷作動(dòng)器相聯(lián)；壓電陶瓷作動(dòng)器安裝在壓電陶瓷防護(hù)罩的里面，壓電陶瓷作動(dòng)器安裝有二根以上的壓電陶瓷輸出軸；壓電陶瓷防護(hù)罩側(cè)面上開有與壓電陶瓷輸出軸相對應(yīng)的長通孔，長通孔的周圍為摩擦面，壓電陶瓷輸出軸另一端穿過通孔至摩擦面的外側(cè)，摩擦塊固定安裝在摩擦面外側(cè)的壓電陶瓷輸出軸上，輸出連接板固定安裝在壓電陶瓷防護(hù)罩上。在上述技術(shù)方案中，由于把安裝有摩擦塊的壓電陶瓷作動(dòng)器安裝在筒狀結(jié)構(gòu)上，通過外加電場控制壓電陶瓷作動(dòng)器動(dòng)作而產(chǎn)生微位移，帶動(dòng)兩端的壓電陶瓷輸出軸向內(nèi)縮而壓緊于壓電陶瓷防護(hù)罩的摩擦面上，在系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)依靠二者之間的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦力，利用系統(tǒng)的粘滑振動(dòng)響應(yīng)模式和特性，通過改變系統(tǒng)的阻尼特性和剛度特性，以間接的方式抑制振動(dòng)位移或反作用力的傳遞。與直接利用壓電陶瓷作動(dòng)器抑制激振力的方法來減小振幅或振動(dòng)力的方式相比，它不需要復(fù)雜的位移放大裝置，也不需要很高的驅(qū)動(dòng)電壓，有效地改善了減振效果受壓電陶瓷作動(dòng)器機(jī)電耦合特性限制的問題，結(jié)構(gòu)簡單，更易于實(shí)現(xiàn)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，基本彈簧的下端通過第四法蘭與基座相聯(lián)，基本彈簧的上端通過第二法蘭與壓電陶瓷防護(hù)罩相聯(lián)；主動(dòng)彈簧的下端通過第三法蘭與基座相聯(lián)，主動(dòng)彈簧的上端通過第一法蘭與壓電陶瓷作動(dòng)器相聯(lián)。彈簧與基座、彈簧與壓電陶瓷作動(dòng)器、彈簧與壓電陶瓷防護(hù)罩之間通過法蘭相連接。這樣做可以使彈簧更好的與其他部件相連接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明要進(jìn)一步解決的問題是提供一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置，這種主動(dòng)隔振裝置能夠使阻尼特性和剛度特性做更大的改變。為此，在本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案中，把筒狀結(jié)構(gòu)改為彈簧，并成為主動(dòng)彈簧。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，長通孔的長度大于主動(dòng)彈簧的最大變形量，輸出軸在長通孔中的起始位置位于靠近長通孔底部的位置，這樣有利于發(fā)揮主動(dòng)彈簧的最大作用。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，摩擦塊通過定位螺釘固定在壓電陶瓷作動(dòng)器輸出軸上，通過調(diào)整定位螺釘使摩擦塊與壓電陶瓷防護(hù)罩的摩擦面之間留有初始間隙，這樣做可以在壓電陶瓷作動(dòng)器不工作時(shí)，主動(dòng)彈簧不起作用，振動(dòng)載荷完全由基本彈簧承受；壓電陶瓷作動(dòng)器工作時(shí)，主動(dòng)彈簧與基本彈簧共同承受振動(dòng)載荷，壓電陶瓷作動(dòng)器輸出軸的裝有摩擦塊的一端有螺紋孔，間隙調(diào)整螺釘安裝在螺紋孔上，間隙調(diào)整螺釘與摩擦塊之間有一外圈直徑大于壓電陶瓷作動(dòng)器輸出軸直徑的墊圈，由于摩擦塊套裝于壓電陶瓷作動(dòng)器輸出軸上，摩擦面之間的初始間隙可以通過間隙調(diào)整螺釘以及定位螺釘來調(diào)整，這樣做可以更精確地調(diào)整間隙大小，從而滿足不同的作動(dòng)器對初始間隙大小的要求。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對摩擦面進(jìn)行滲碳處理以及摩擦塊進(jìn)行表面陽極化處理可以提高摩擦面以及摩擦塊的硬度和耐磨性。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，摩擦塊的厚度稍大于壓電陶瓷輸出軸伸出防護(hù)罩的摩擦面的長度，在壓電陶瓷作動(dòng)器工作時(shí)，這樣做便于調(diào)整摩擦塊與壓電陶瓷防護(hù)罩的摩擦面之間的初始間隙，同時(shí)可以使摩擦塊更好的固定在壓電陶瓷作動(dòng)器的輸出軸上。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，壓電陶瓷作動(dòng)器的外側(cè)面與壓電陶瓷防護(hù)罩內(nèi)側(cè)保持平行，當(dāng)摩擦塊沿摩擦面上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器的外側(cè)面與壓電陶瓷防護(hù)罩內(nèi)側(cè)不接觸，這樣做可以使摩擦系數(shù)基本為一定值以及保證主動(dòng)隔振裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，壓電陶瓷作動(dòng)器的外側(cè)面壓電陶瓷防護(hù)罩內(nèi)側(cè)之間的間隙相同。當(dāng)雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器動(dòng)作而產(chǎn)生微位移時(shí)，帶動(dòng)兩端的壓電陶瓷輸出軸向內(nèi)縮而壓緊于壓電陶瓷防護(hù)罩的摩擦面上，在系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)依靠二者之間的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦力。只有雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器的外側(cè)面壓電陶瓷防護(hù)罩內(nèi)側(cè)之間的間隙相同才能使摩擦面上的壓力相同。從而保證每個(gè)摩擦面上的摩擦力相同。由于壓電陶瓷作動(dòng)器的輸出軸與通孔之間有一定的間隙，使摩擦面的寬度大于摩擦塊的寬度，就可以保證在壓電陶瓷作動(dòng)器工作時(shí)，摩擦塊始終與摩擦面充分接觸，從而保證摩擦系數(shù)基本為一確定值?；嫌写蠖ㄎ话伎缀托《ㄎ话伎?，所述第三法蘭安裝在小定位凹孔中，所述第四法蘭安裝在大定位凹孔中。從而保證基本彈簧及其連接部件與筒狀結(jié)構(gòu)及其連接部件的正確定位，便于安裝。第二法蘭和第四法蘭有安裝孔，安裝孔為長圓弧形孔。與基本彈簧相連的整個(gè)裝配體可以繞其中心線作一定角度范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證壓電陶瓷作動(dòng)器的外側(cè)面與壓電陶瓷防護(hù)罩內(nèi)側(cè)保持平行的情況下實(shí)現(xiàn)正確的安裝、以消除制造和安裝誤差帶來的影響。其中基本彈簧采用壓縮彈簧結(jié)構(gòu)；筒狀結(jié)構(gòu)可采用壓縮彈簧結(jié)構(gòu)，也可采用其他結(jié)構(gòu)型式，如薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，需根據(jù)具體的應(yīng)用場合合理選用。本發(fā)明涉及的隔振裝置有兩種工作方式阻尼控制方式和剛度控制方式；
其中對于阻尼控制方式，在系統(tǒng)的滑移模式下，利用摩擦塊與防護(hù)罩之間的摩擦力為系統(tǒng)提供干摩擦阻尼，耗散系統(tǒng)的振動(dòng)能量，降低系統(tǒng)的振動(dòng)幅值，減小結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間振動(dòng)能量的傳遞；摩擦力的大小通過壓電陶瓷作動(dòng)器的控制電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，選擇合適的控制電壓可獲得最佳減振效果；
其中對于剛度控制方式，在系統(tǒng)的粘滯模式下，摩擦塊與防護(hù)罩之間不再有相對運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)與基本彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)剛性耦合成一個(gè)整體，系統(tǒng)由兩自由度系統(tǒng)變成單自由度系統(tǒng)，靜剛度變大，固有頻率增大。此種控制方式在系統(tǒng)工作在基本彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率附近或跨越其固有頻率時(shí)，通過選擇合適的參數(shù)，可大幅度減小系統(tǒng)的振動(dòng)。


圖1為一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為基座結(jié)構(gòu)不意圖。圖3為雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器及其組件示意圖。圖4為壓電陶瓷防護(hù)罩仰視圖。圖5為壓電陶瓷防護(hù)罩主視圖。圖6為壓電陶瓷防護(hù)罩俯視圖。圖7為基本彈簧連接法蘭主視圖。圖8為基本彈簧連接法蘭俯視圖。圖9為主動(dòng)彈簧下連接法蘭主視圖。圖10為主動(dòng)彈簧下連接法蘭俯視圖。圖11為輸出連接板結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為壓電陶瓷作動(dòng)器不同作動(dòng)力下主動(dòng)隔振裝置的隔振效果圖。附圖標(biāo)記名稱如下1.基座；2.基本彈簧；3.筒狀結(jié)構(gòu)；4.摩擦塊；5.壓電陶瓷輸出軸；6.加大墊圈；7.間隙調(diào)整螺釘；8.鎖緊螺釘；9.輸出連接板；10.壓電陶瓷防護(hù)罩；11.壓電陶瓷作動(dòng)器；12.第一法蘭；13.第二法蘭；14.第三法蘭；15.第四法蘭；16.連接螺釘；17.大定位凹孔；18.小定位凹孔；19.第三法蘭連接螺紋孔；20.第一法蘭安裝螺紋孔；21.壓電陶瓷出線孔；22.第二法蘭安裝螺紋孔；23.摩擦面；24.長通孔；25.輸出連接板安裝螺紋孔；26.圓弧形長圓孔；t.摩擦塊厚度。
具體實(shí)施方式
為敘述方便，下文中所稱的“左” “右” “上” “下” “前” “后”與附圖本身的左、右、上、
下、前、后方向一致，但并不對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)起限定作用。把主動(dòng)彈簧上連接法蘭簡稱為第一法蘭，把基本彈簧上連接法蘭簡稱為第二法蘭，把主動(dòng)彈簧下連接法蘭簡稱為第三法蘭，把基本彈簧下連接法蘭簡稱為第四法蘭。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置包括基座1，基本彈簧2、主動(dòng)彈簧3，第一法蘭12，第二法蘭13，第三法蘭14，第四法蘭15，雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11，摩擦塊4，壓電陶瓷輸出軸5，加大墊圈6，間隙調(diào)整螺釘7，鎖緊螺釘8，壓電陶瓷防護(hù)罩10，輸出連接板9和連接螺釘16。如圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所示基本彈簧2與第二法蘭13、第四法蘭15裝
配在一起，主動(dòng)彈簧3與第一法蘭12、第三法蘭14裝配在一起，彈簧與法蘭之間最好為小過盈配合，也可以采用其他公知的配合方式。其中彈簧兩端必須磨平且保持平行。第二法蘭13、第四法蘭15的安裝孔為四個(gè)均勻分布的圓弧形長圓孔26。通過螺釘將雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11固定安裝在第一法蘭12上，也可以通過其他公知方式將雙向輸出壓電陶瓷作動(dòng)器11固定安裝在主動(dòng)彈簧3上；雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11的第一法蘭安裝螺紋孔20為上下貫穿的螺紋孔。雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11的控制線通過壓電陶瓷出線孔21引出，出線孔22的位置也可以布置在下方。用螺釘將壓電陶瓷防護(hù)罩10通過第二法蘭安裝螺紋孔22固定安裝在第二法蘭13上，也可以通過其他公知方式將壓電陶瓷防護(hù)罩10固定安裝在基本彈簧2上。第三法蘭14位于基座I的小定位凹孔18中，用螺釘將第三法蘭14固定在基座I的第三法蘭連接螺紋孔19上，螺釘?shù)念^部完全擰入安裝孔的沉孔中?；緩椈?套裝于主動(dòng)彈簧3外，基本彈簧2連接的整個(gè)組件放置于基座I上，使得第四法蘭15用連接螺釘16固定于基座I上的大定位凹孔17中。也可以通過其他公知的方式把基本彈簧2與主動(dòng)彈簧3聯(lián)接在基座、雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器、壓電陶瓷防護(hù)罩上。如圖1、3、4、5、6、11所不雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11為一長方體，也可以為其他形狀，如正方體、圓柱體等，壓電陶瓷防護(hù)罩10的形狀是根據(jù)雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11的形狀來確定的。雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11安裝有二根輸出軸5，也可以安裝有多根輸出軸5，只要所有鄰近的輸出軸5相互之間間隔的角度是相等的就可以了，這樣做的目的是為了保證摩擦塊4相對于壓電陶瓷防護(hù)罩10的壓力均衡。壓電陶瓷防護(hù)罩10為一長方體，壓電陶瓷防護(hù)罩10的四個(gè)側(cè)面均有一個(gè)凸起的平面，稱為摩擦面23，也可以使用壓電陶瓷防護(hù)罩10的側(cè)面作為摩擦面23，摩擦面23也不一定為平面，也可以是與摩擦面23相適應(yīng)的面。摩擦塊4套裝于輸出軸5上。摩擦面23寬度大于摩擦塊4的寬度，摩擦面23的寬度最好是略大于摩擦塊4的寬度；在左右位置上，摩擦塊4位于摩擦面的正中間。工作中只會用到2個(gè)摩擦面，另外2個(gè)摩擦面作為備用，以便于工作摩擦面出現(xiàn)磨損后使用。每個(gè)摩擦面上中間位置都開有長通孔24，壓電陶瓷輸出軸5穿過長通孔24，長通孔24的寬度要大于輸出軸5軸徑，長通孔24的長度最好是略大于主動(dòng)彈簧3的最大變形量，輸出軸5在長通孔24中的起始位置最好是位于靠近長通孔24底部的位置，這樣有利于發(fā)揮主動(dòng)彈簧的最大作用。長通孔24的形狀為長圓孔，也可以為長方孔，其目的是為了可以使輸出軸5在長通孔24內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。摩擦塊4套裝于摩擦面23外側(cè)的輸出軸5上，摩擦塊4的厚度t稍大于輸出軸5伸出壓電陶瓷防護(hù)罩10的摩擦面23的長度；輸出軸5的裝有摩擦塊4的一端的軸端上有螺紋孔，間隙調(diào)整螺釘7安裝在輸出軸5軸端上的螺紋孔上，螺釘下加有一墊圈6，通過間隙調(diào)整螺釘7調(diào)整摩擦塊4與摩擦面23之間的間隙，每個(gè)摩擦塊上有2顆鎖緊螺釘8，通過鎖緊螺釘8把摩擦塊4固定在輸出軸5上。摩擦塊4進(jìn)行表面陽極化處理，壓電陶瓷防護(hù)罩10的摩擦面23進(jìn)行滲碳處理。用螺釘將輸出連接板9和壓電陶瓷防護(hù)罩10通過輸出連接板安裝螺紋孔25固定連接在一起，螺釘?shù)念^部低于輸出連接板9的上平面。壓電陶瓷防護(hù)罩10的內(nèi)側(cè)面與雙向輸出壓電陶瓷作動(dòng)器11的外側(cè)面保持平行。通過間隙調(diào)整使得雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11的左外側(cè)面與壓電陶瓷防護(hù)罩10左內(nèi)側(cè)面之間的間隙與雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器11的右外側(cè)面與壓電陶瓷防護(hù)罩10右內(nèi)側(cè)面之間的間隙相同。本實(shí)施例中隔振裝置與系統(tǒng)的連接方式為通過基座I與基礎(chǔ)連接，通過輸出連接板9與振動(dòng)系統(tǒng)相聯(lián)。本實(shí)施例中隔振裝置的工作原理為
當(dāng)系統(tǒng)的振動(dòng)在允許范圍內(nèi)時(shí)，雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器不工作，主動(dòng)彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)與基本彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)之間的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，振動(dòng)載荷完全由基本彈簧承受，而主動(dòng)彈簧在系統(tǒng)中不起作用；當(dāng)系統(tǒng)的振動(dòng)超過允許范圍時(shí)，對本發(fā)明所述雙向輸出型壓電陶瓷作動(dòng)器施加控制電壓，壓電陶瓷作動(dòng)器將向內(nèi)縮而產(chǎn)生微位移；摩擦塊與防護(hù)罩的摩擦面之間有一個(gè)初始間隙，間隙大小可通過間隙調(diào)整螺釘配合塞尺進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)壓電陶瓷作動(dòng)器的位移大于這個(gè)初始間隙后，若進(jìn)一步加大控制電壓，壓電陶瓷作動(dòng)器會通過壓電陶瓷輸出軸使得摩擦塊壓緊于壓電陶瓷防護(hù)罩的摩擦面上；隨著系統(tǒng)的振動(dòng)，在摩擦塊與壓電陶瓷防護(hù)罩之間會產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，使得主動(dòng)彈簧在振動(dòng)系統(tǒng)中起作用，與基本彈簧一起共同承受振動(dòng)載荷；滑動(dòng)摩擦力的大小由摩擦塊對壓電陶瓷防護(hù)罩的壓緊力決定，而壓緊力可通過控制電壓調(diào)節(jié)；當(dāng)主動(dòng)彈簧與基本彈簧之間有相對滑移時(shí)，本發(fā)明利用摩擦塊與壓電陶瓷防護(hù)罩之間的滑動(dòng)摩擦力為系統(tǒng)提供干摩擦阻尼，耗散系統(tǒng)的振動(dòng)能量，降低系統(tǒng)的振動(dòng)幅值，減小振動(dòng)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間振動(dòng)能量的傳遞；此種控制方式稱為阻尼控制方式，即隨著壓緊力的增大，系統(tǒng)的靜剛度一定，其固有頻率維持不變，而系統(tǒng)的等效阻尼t(yī)匕(利用能量等效原理將滑動(dòng)摩擦力等效 成等效阻尼力)增大；隨著壓緊力的增大，主動(dòng)彈簧與基本彈簧逐漸耦合到一塊，系統(tǒng)的靜剛度增大，即提高了系統(tǒng)的固有頻率，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)形式在滑移與粘滯之間變化；在這個(gè)階段，隔振裝置可通過阻尼和剛度的組合形式改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性和振動(dòng)傳遞特性，以減小系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)。當(dāng)壓緊力加到足夠大，使得主動(dòng)彈簧與基本彈簧粘滯在一起，不再有相對滑動(dòng)，則二者剛性耦合成為一個(gè)單自由度系統(tǒng)，固有頻率取得最大值，當(dāng)參數(shù)合適時(shí)，可以取得很好的減振效果，此種控制方式稱為剛度控制。圖12為隔振裝置在壓電陶瓷作動(dòng)器不同作動(dòng)力下的隔振效果圖。該圖表明，這簇幅頻特性曲線有一個(gè)公共點(diǎn)；當(dāng)系統(tǒng)幅頻特性曲線的峰值位于在該公共點(diǎn)處時(shí)，系統(tǒng)的幅頻特性曲線取得最小峰值，其減振效果最佳，此時(shí)#=216牛頓；當(dāng)0</￥〈216牛頓時(shí)，隨著作動(dòng)力#的增大，系統(tǒng)幅頻特性曲線峰值逐漸減小，體現(xiàn)為滑動(dòng)摩擦力提供的等效阻尼比在增大，而系統(tǒng)固有頻率維持不變，其響應(yīng)模式為粘滯-滑移-粘滯-滑移；當(dāng)# >216后，當(dāng)作動(dòng)力#增大時(shí)，系統(tǒng)幅頻特性曲線峰值反而增大，體現(xiàn)為滑動(dòng)摩擦力提供的等效阻尼比在減小，其響應(yīng)模式為粘滯-滑移-粘滯；同時(shí)，隨著作動(dòng)力#的增大，系統(tǒng)的固有頻率慢慢增大，即基本彈簧與主動(dòng)彈簧因?yàn)檎硿淖饔枚饾u耦合在一起；當(dāng)作動(dòng)力#足夠大時(shí)，系統(tǒng)不存在滑移運(yùn)動(dòng)，基本彈簧與主動(dòng)彈簧剛性聯(lián)接成一單自由度系統(tǒng)，如圖中的虛線部分，此作動(dòng)力的大小可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)剛性聯(lián)接的條件進(jìn)行計(jì)算；若#〈157. 0796，在共振頻率W=I位置，幅頻特性曲線峰值趨向于無窮大，原因是干摩擦阻尼消耗的能量遠(yuǎn)小于系統(tǒng)輸入的能量，而A>157. 0796時(shí)，共振峰值得到有效控制。本實(shí)施例中，系統(tǒng)參數(shù)的取值如下-Mil=Akg, ^1=L 95 X 105N/m, m2=Q. 4kg,^2=4. 875 X 105N/m, F (t) =20sirwt，ff=209rad/s。
權(quán)利要求
1.一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置，包括基座(I)、基本彈簧(2)、筒狀結(jié)構(gòu)(3)、 輸出連接板(9)，基本彈簧(2)的下端與基座(I)相聯(lián)接，筒狀結(jié)構(gòu)(3)的下端與基座(I)相聯(lián)接，筒狀結(jié)構(gòu)(3)位于基本彈簧(2)內(nèi)部并與基本彈簧(2)并聯(lián)，其特征在于還包括壓電陶瓷作動(dòng)器(11)、摩擦塊(4)、壓電陶瓷輸出軸(5)、壓電陶瓷防護(hù)罩(10)；基本彈簧(2)的上端與壓電陶瓷防護(hù)罩(10)相聯(lián)接；筒狀結(jié)構(gòu)(3)的上端與壓電陶瓷作動(dòng)器(11)相聯(lián)接；壓電陶瓷作動(dòng)器(11)安裝在壓電陶瓷防護(hù)罩(10)的里面，壓電陶瓷作動(dòng)器(11)安裝有二根以上的壓電陶瓷輸出軸(5)，壓電陶瓷防護(hù)罩(10)側(cè)面上開有與壓電陶瓷輸出軸(5)相對應(yīng)的長通孔(24)，長通孔(24)的周圍為摩擦面(23)，壓電陶瓷輸出軸 (5 )另一端穿過長通孔(24 )至摩擦面(23 )的外側(cè)，摩擦塊(4 )固定安裝在摩擦面外側(cè)的壓電陶瓷輸出軸(5)上，輸出連接板(9)固定安裝在壓電陶瓷防護(hù)罩(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于基本彈簧(2)的下端通過第四法蘭(15)與基座(I)相聯(lián)，基本彈簧(2)的上端通過第二法蘭(13)與壓電陶瓷防護(hù)罩(10) 相聯(lián)；筒狀結(jié)構(gòu)(3)的下端通過第三法蘭(14)與基座(I)相聯(lián)，筒狀結(jié)構(gòu)(3)的上端通過第一法蘭(12 )與壓電陶瓷作動(dòng)器(11)相聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于筒狀結(jié)構(gòu)(3)為主動(dòng)彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于長通孔(24)的長度大于主動(dòng)彈簧(3)的最大變形量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于輸出軸(5)在長通孔 (24)中的起始位置位于靠近長通孔(24)底部的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于摩擦塊(4)與壓電陶瓷防護(hù)罩(10)的摩擦面之間有初始間隙，摩擦塊(4)與壓電陶瓷防護(hù)罩(10)的摩擦面之間的初始間隙可以調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于所述摩擦面進(jìn)行滲碳處理，所述的摩擦塊(4)進(jìn)行表面陽極化處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于摩擦塊(4)的厚度t稍大于壓電陶瓷輸出軸(5)伸出防護(hù)罩(10)的摩擦面的長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于壓電陶瓷作動(dòng)器(11)的外側(cè)面與壓電陶瓷防護(hù)罩(10)內(nèi)側(cè)面保持平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的主動(dòng)隔振裝置，其特征在于壓電陶瓷作動(dòng)器(11)的外側(cè)面與壓電陶瓷防護(hù)罩(10)內(nèi)側(cè)面之間的間隙相同。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種剛度及阻尼可調(diào)的主動(dòng)隔振裝置，包括基座、基本彈簧、筒狀結(jié)構(gòu)、壓電陶瓷作動(dòng)器、摩擦塊、壓電陶瓷防護(hù)罩；筒狀結(jié)構(gòu)位于基本彈簧內(nèi)部并與基本彈簧并聯(lián)安裝在基座上，基本彈簧的上部與壓電陶瓷防護(hù)罩，筒狀結(jié)構(gòu)的上部與壓電陶瓷作動(dòng)器連接。壓電陶瓷作動(dòng)器安裝在壓電陶瓷防護(hù)罩的里面，壓電陶瓷防護(hù)罩的側(cè)面為摩擦面，壓電陶瓷輸出軸穿過壓電陶瓷防護(hù)罩上的通孔至摩擦面的外側(cè)，摩擦塊安裝在作動(dòng)器的輸出軸另一端上。本發(fā)明是一種基于壓電陶瓷作動(dòng)器的主動(dòng)隔振裝置，能同時(shí)改變主動(dòng)隔振裝置的阻尼特性和剛度特性，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號F16F15/04GK103047363SQ20121057631
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者朱如鵬, 倪德, 付秋菊, 鮑和云, 陸鳳霞, 李發(fā)家, 靳廣虎, 胡正根 申請人:南京航空航天大學(xué)