一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器的制造方法
【專利摘要】本發明的目的在于提供一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，包括上蓋板、下蓋板、彈性囊體、主動執行機構，彈性囊體的上下兩端分別與上蓋板和下蓋板相連，下蓋板上設置連通彈性囊體內部與外部的氣孔和線孔，主動執行機構包括外殼、球頭?錐孔傳力裝置、壓電堆、力輸出桿、慣性質量塊，外殼固定在上蓋板的下方，外殼里自上而下依次設置球頭?錐孔傳力裝置、壓電堆、力輸出桿，力輸出桿上套有預壓彈簧，預壓彈簧的兩端分別連接力輸出桿和外殼，外殼和力輸出桿的外部設置慣性質量塊。本發明可在較寬頻域上抑制隔振對象的振動，有效彌補了被動隔振器頻域控制范圍小和傳統壓電堆作動器在低壓情況下輸出力不大的不足。
【專利說明】
一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器
技術領域
[0001] 本發明涉及的是一種減振裝置，具體地說是主被動式隔振裝置。
【背景技術】
[0002] 振動隔離技術是振動控制領域常用的一種技術。傳統的被動隔振技術由于構造簡 單，工作可靠性高，維護成本低等優點被廣泛應用。但是隨著科學技術的不斷發展，人們對 于環境和設備的振動要去越來越高，被動隔振已難以滿足要求。考慮通過考慮通過引入主 動元件來進行有源控制越來越受到重視。
[0003] 各種隔振器普遍應用于船舶設備上，如金屬隔振器、橡膠隔振器、空氣彈簧隔振 器，氣囊隔振器等。氣囊隔振器又稱為空氣彈簧，是一種性能優良的隔振元件，可以通過改 變內壓改變其靜承載能力，高度。經過設計之后還具有任意的非線性特性。
[0004] 作動器是整個控制系統的執行機構，其作用是按照一定的控制率對被控對象施加 力來改變系統的振動響應。壓電作動器利用逆壓電效應原理進行工作，即在壓電晶體上施 加交變電場，壓電晶體就會在某一方向產生交變電的機械應變。為增大輸出位移，一般使用 堆疊型壓電作動器。壓電堆作動器機械定位高，能耗低，響應快，可以直接將電能轉換為機 械能。
[0005] 名稱為"一種基于壓電作動液力主動隔振器"，公開號為CN 102128234A的專利采 用了固體與液體的直接耦合傳遞控制力和輸出力，但是具有響應不高，液體容易泄露等缺 點。名稱為"一種層疊式PVDF作動器及主被動混合隔振器"，公開號為CN 103647018A的專利 采用多層PVDF壓電薄膜單元相互粘結和橡膠隔振器"串聯"連接方式結合，空間占用大，輸 出作動力不大。名稱為"主被動混合隔振器"，公開號為CN 102748425A的專利將氣囊隔振器 和電磁作動器結合，但是為了提高磁通密度增大輸出力，其電磁作動器中銜鐵和鐵芯之間 氣隙不宜過大，因此很容易受到沖擊，而造成損壞。名稱為"一種抗沖擊型主被動混合隔振 器"，公開號為CN104930113A的專利在氣囊隔振器上端蓋與鐵芯之間增加了抗沖擊彈簧裝 置，雖然其散熱片圍繞鐵芯與線圈，另一端貼著隔振器下端蓋以此散熱，但是仍將有不少熱 量將由散熱片直接傳給氣囊中的空氣，長時間工作，必將影響氣囊隔振器剛度，這種不穩定 因素會造成主動控制效果的惡化。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供靠性高、能耗少、輸出力大、高度集成化和布置高度低的一 種基于壓電堆的慣性式混合隔振器。
[0007] 本發明的目的是這樣實現的：
[0008] 本發明一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，其特征是:包括上蓋板、下蓋板、彈 性囊體、主動執行機構，彈性囊體的上下兩端分別與上蓋板和下蓋板相連，下蓋板上設置連 通彈性囊體內部與外部的氣孔和線孔，所述主動執行機構包括外殼、球頭-錐孔傳力裝置、 壓電堆、力輸出桿、慣性質量塊，外殼固定在上蓋板的下方，外殼里自上而下依次設置球頭- 錐孔傳力裝置、壓電堆、力輸出桿，力輸出桿上套有預壓彈簧，預壓彈簧的兩端分別連接力 輸出桿和外殼，外殼和力輸出桿的外部設置慣性質量塊，慣性質量塊通過螺紋連接的方式 與力輸出桿相連。
[0009] 本發明還可以包括：
[0010] 1、力輸出桿下方設置傳感器，所述傳感器為加速度傳感器或速度傳感器。
[0011] 2、力輸出桿上套有附加質量塊，下蓋板上設置調整附加質量塊大小的圓蓋。
[0012] 3、上蓋板和下蓋板均為金屬蓋板，與彈性囊體均為硫化連接。
[0013] 本發明的優勢在于:本發明一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，相較與傳統的 單一的壓電堆作動器，將質量塊與壓電堆作動器結合，能輸出更大的作動力。進一步地，在 實際工程應用時，在同樣的電壓下，能選擇增減附加質量塊，選擇輸出力上限的大小。
[0014] 選擇將氣囊隔振器作為被動隔振器，具有更強的適應性，可以改變隔振器的高度 及靜載能力。
[0015] 本發明一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器的優勢還在于，相較于將電磁作動器 與氣囊隔振器結合，壓電堆作動器幾乎不產生熱量，保證了在工作情況下，氣囊中的氣體層 剛度不會改變，控制效果不會惡化。
[0016] 本發明將主動執行機構集成在氣囊隔振器中，降低了隔振器高度，占用空間小。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的結構示意圖；
[0018] 圖2為本發明的下蓋板俯視圖；
[0019]圖3為本發明主動執行機構的原理圖；
[0020]圖4為本發明的原理圖；
[0021]圖5為本發明的控制流程原理框圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：
[0023] 結合圖1-5,本發明一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，由主動執行機構、被動 隔振裝置及傳感器組成；主動執行機構主要由外殼、球頭-錐孔傳力裝置、壓電堆、力輸出 桿、慣性質量塊、附加質量塊及預壓彈簧組成;被動隔振裝置包括囊式彈性囊體、上蓋板及 下蓋板。
[0024]主動執行機構由外殼、球頭-錐孔傳力裝置、壓電堆、力輸出桿、慣性質量塊、附加 質量塊及預壓彈簧組成。其中，壓電堆由N片(根據具體需求選擇數量)壓電片通過粘結層堆 疊而成，即采用力學上串聯，電學上并聯的方式。
[0025] 囊式彈性囊體和上蓋板及下蓋板連接成整體。
[0026] 主動執行機構通過導線與外部電壓放大器相連。進一步地，預緊彈簧一端和力輸 出桿相連，另一端和外殼相連，以此消除各構件之間的軸向間隙，保證壓電堆始終處于受壓 狀態。進一步地，力輸出桿及執行機構尾端都通過球頭-錐孔傳力裝置和壓電堆相連，以免 力輸出桿彎曲載荷的傳入或者裝配時的誤差導致彎矩作用于壓電堆，從而保證壓電堆不受 任何彎曲載荷。
[0027] 力輸出桿外表面車有外螺紋。主動機構和上蓋板固定。下蓋板上開有氣孔和線孔。 線孔上焊接上氣密封插座。上蓋板及下蓋板為金屬蓋板。傳感器可以是加速度傳感器或者 速度傳感器。下蓋板底部設有圓蓋，可打開方便增減附加質量塊，在一定程度上調整輸出力 的大小。附加質量塊中間車有內螺紋，進一步地，與力輸出桿通過螺紋連接。
[0028] 如圖1所示，本發明一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，包括氣囊隔振器，氣囊 隔振器包括設置在蓋板1及下蓋板6之間的彈性囊體2。主動執行機構由外殼11、壓電堆10、 預壓彈簧12、球頭-錐孔傳力裝置9及力輸出桿13組成。壓電堆由數片(可根據實際需要調整 數量)壓電陶瓷片通過粘結層堆疊而成，中間有叉指電極，電路為并聯連接方式。單層壓電 片在電場中產生位移，通過多層疊加使得輸出位移增大。因為壓電堆不能承受較大的拉應 力，因此需要在壓電堆頂部裝上預壓彈簧12,預壓彈簧12另一端則連接在力輸出桿上13。整 體封裝在殼體11中。
[0029]力輸出桿13和慣性質量塊3通過螺紋連接，保證不產生相對位移。根據實際工程需 要可打開圓蓋15增減附加質量塊4。
[0030] 如圖3所示，壓電堆10的剛度簡化為kP，產生的作動力為Fa，慣性質量為m，質量塊的 位移為 X1(t)，因此輸出的慣性力為Fdt)，具體的表達式如下：
[0031]
[0032] 結合附圖2，下蓋板6上開有線孔8及焊接在外端口的氣密封插座7，進一步地，開有 氣孔14。
[0033] 如圖4所示為整體隔振器的原理圖，隔振對象的質量為m。，壓電堆的剛度為匕，輸出 作動力SFa，質量塊為nu，氣囊隔振器的剛度簡化為k r彈性囊體的阻尼系數為cr，隔振對象 的位移為X。，質量塊的位移為^，基礎激勵為Xb，具體表達式如下：
[0034]
[0035] 結合附圖5為積極隔振的具體實例，用轉速傳感器采集被控設備的轉速信號作為 控制器的期望信號，采集隔振器底部的加速度信號作為輸入信號，輸入信號經過電荷放大 器，低通濾波器及A/D轉換后作為控制器最終的輸入量，控制器按照一定的控制算法，輸出 控制信號，經D/A轉換后，再由功放輸出電壓信號至壓電堆作動器輸出控制力，從而抑制設 備的振動。
【主權項】
1. 一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，其特征是:包括上蓋板、下蓋板、彈性囊體、主 動執行機構，彈性囊體的上下兩端分別與上蓋板和下蓋板相連，下蓋板上設置連通彈性囊 體內部與外部的氣孔和線孔，所述主動執行機構包括外殼、球頭-錐孔傳力裝置、壓電堆、力 輸出桿、慣性質量塊，外殼固定在上蓋板的下方，外殼里自上而下依次設置球頭-錐孔傳力 裝置、壓電堆、力輸出桿，力輸出桿上套有預壓彈簧，預壓彈簧的兩端分別連接力輸出桿和 外殼，外殼和力輸出桿的外部設置慣性質量塊，慣性質量塊通過螺紋連接的方式與力輸出 桿相連。2. 根據權利要求1所述的一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，其特征是：力輸出桿下 方設置傳感器，所述傳感器為加速度傳感器或速度傳感器。3. 根據權利要求1或2所述的一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，其特征是：力輸出 桿上套有附加質量塊，下蓋板上設置調整附加質量塊大小的圓蓋。4. 根據權利要求1或2所述的一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，其特征是：上蓋板 和下蓋板均為金屬蓋板，與彈性囊體均為硫化連接。5. 根據權利要求3所述的一種基于壓電堆的慣性式混合隔振器，其特征是:上蓋板和下 蓋板均為金屬蓋板，與彈性囊體均為硫化連接。
【文檔編號】F16F9/32GK105864353SQ201610407301
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】杜敬濤, 吳登峰, 任可欣, 陳琪
【申請人】哈爾濱工程大學