一种基于压电堆的惯性式混合隔振器的制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，包括上盖板、下盖板、弹性囊体、主动执行机构，弹性囊体的上下两端分别与上盖板和下盖板相连，下盖板上设置连通弹性囊体内部与外部的气孔和线孔，主动执行机构包括外壳、球头?锥孔传力装置、压电堆、力输出杆、惯性质量块，外壳固定在上盖板的下方，外壳里自上而下依次设置球头?锥孔传力装置、压电堆、力输出杆，力输出杆上套有预压弹簧，预压弹簧的两端分别连接力输出杆和外壳，外壳和力输出杆的外部设置惯性质量块。本发明可在较宽频域上抑制隔振对象的振动，有效弥补了被动隔振器频域控制范围小和传统压电堆作动器在低压情况下输出力不大的不足。
【专利说明】
一种基于压电堆的惯性式混合隔振器
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种减振装置，具体地说是主被动式隔振装置。
【背景技术】
[0002] 振动隔离技术是振动控制领域常用的一种技术。传统的被动隔振技术由于构造简 单，工作可靠性高，维护成本低等优点被广泛应用。但是随着科学技术的不断发展，人们对 于环境和设备的振动要去越来越高，被动隔振已难以满足要求。考虑通过考虑通过引入主 动元件来进行有源控制越来越受到重视。
[0003] 各种隔振器普遍应用于船舶设备上，如金属隔振器、橡胶隔振器、空气弹簧隔振 器，气囊隔振器等。气囊隔振器又称为空气弹簧，是一种性能优良的隔振元件，可以通过改 变内压改变其静承载能力，高度。经过设计之后还具有任意的非线性特性。
[0004] 作动器是整个控制系统的执行机构，其作用是按照一定的控制率对被控对象施加 力来改变系统的振动响应。压电作动器利用逆压电效应原理进行工作，即在压电晶体上施 加交变电场，压电晶体就会在某一方向产生交变电的机械应变。为增大输出位移，一般使用 堆叠型压电作动器。压电堆作动器机械定位高，能耗低，响应快，可以直接将电能转换为机 械能。
[0005] 名称为"一种基于压电作动液力主动隔振器"，公开号为CN 102128234A的专利采 用了固体与液体的直接耦合传递控制力和输出力，但是具有响应不高，液体容易泄露等缺 点。名称为"一种层叠式PVDF作动器及主被动混合隔振器"，公开号为CN 103647018A的专利 采用多层PVDF压电薄膜单元相互粘结和橡胶隔振器"串联"连接方式结合，空间占用大，输 出作动力不大。名称为"主被动混合隔振器"，公开号为CN 102748425A的专利将气囊隔振器 和电磁作动器结合，但是为了提高磁通密度增大输出力，其电磁作动器中衔铁和铁芯之间 气隙不宜过大，因此很容易受到冲击，而造成损坏。名称为"一种抗冲击型主被动混合隔振 器"，公开号为CN104930113A的专利在气囊隔振器上端盖与铁芯之间增加了抗冲击弹簧装 置，虽然其散热片围绕铁芯与线圈，另一端贴着隔振器下端盖以此散热，但是仍将有不少热 量将由散热片直接传给气囊中的空气，长时间工作，必将影响气囊隔振器刚度，这种不稳定 因素会造成主动控制效果的恶化。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供靠性高、能耗少、输出力大、高度集成化和布置高度低的一 种基于压电堆的惯性式混合隔振器。
[0007] 本发明的目的是这样实现的：
[0008] 本发明一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，其特征是:包括上盖板、下盖板、弹 性囊体、主动执行机构，弹性囊体的上下两端分别与上盖板和下盖板相连，下盖板上设置连 通弹性囊体内部与外部的气孔和线孔，所述主动执行机构包括外壳、球头-锥孔传力装置、 压电堆、力输出杆、惯性质量块，外壳固定在上盖板的下方，外壳里自上而下依次设置球头- 锥孔传力装置、压电堆、力输出杆，力输出杆上套有预压弹簧，预压弹簧的两端分别连接力 输出杆和外壳，外壳和力输出杆的外部设置惯性质量块，惯性质量块通过螺纹连接的方式 与力输出杆相连。
[0009] 本发明还可以包括：
[0010] 1、力输出杆下方设置传感器，所述传感器为加速度传感器或速度传感器。
[0011] 2、力输出杆上套有附加质量块，下盖板上设置调整附加质量块大小的圆盖。
[0012] 3、上盖板和下盖板均为金属盖板，与弹性囊体均为硫化连接。
[0013] 本发明的优势在于:本发明一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，相较与传统的 单一的压电堆作动器，将质量块与压电堆作动器结合，能输出更大的作动力。进一步地，在 实际工程应用时，在同样的电压下，能选择增减附加质量块，选择输出力上限的大小。
[0014] 选择将气囊隔振器作为被动隔振器，具有更强的适应性，可以改变隔振器的高度 及静载能力。
[0015] 本发明一种基于压电堆的惯性式混合隔振器的优势还在于，相较于将电磁作动器 与气囊隔振器结合，压电堆作动器几乎不产生热量，保证了在工作情况下，气囊中的气体层 刚度不会改变，控制效果不会恶化。
[0016] 本发明将主动执行机构集成在气囊隔振器中，降低了隔振器高度，占用空间小。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的结构示意图；
[0018] 图2为本发明的下盖板俯视图；
[0019]图3为本发明主动执行机构的原理图；
[0020]图4为本发明的原理图；
[0021]图5为本发明的控制流程原理框图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
[0023] 结合图1-5,本发明一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，由主动执行机构、被动 隔振装置及传感器组成；主动执行机构主要由外壳、球头-锥孔传力装置、压电堆、力输出 杆、惯性质量块、附加质量块及预压弹簧组成;被动隔振装置包括囊式弹性囊体、上盖板及 下盖板。
[0024]主动执行机构由外壳、球头-锥孔传力装置、压电堆、力输出杆、惯性质量块、附加 质量块及预压弹簧组成。其中，压电堆由N片(根据具体需求选择数量)压电片通过粘结层堆 叠而成，即采用力学上串联，电学上并联的方式。
[0025] 囊式弹性囊体和上盖板及下盖板连接成整体。
[0026] 主动执行机构通过导线与外部电压放大器相连。进一步地，预紧弹簧一端和力输 出杆相连，另一端和外壳相连，以此消除各构件之间的轴向间隙，保证压电堆始终处于受压 状态。进一步地，力输出杆及执行机构尾端都通过球头-锥孔传力装置和压电堆相连，以免 力输出杆弯曲载荷的传入或者装配时的误差导致弯矩作用于压电堆，从而保证压电堆不受 任何弯曲载荷。
[0027] 力输出杆外表面车有外螺纹。主动机构和上盖板固定。下盖板上开有气孔和线孔。 线孔上焊接上气密封插座。上盖板及下盖板为金属盖板。传感器可以是加速度传感器或者 速度传感器。下盖板底部设有圆盖，可打开方便增减附加质量块，在一定程度上调整输出力 的大小。附加质量块中间车有内螺纹，进一步地，与力输出杆通过螺纹连接。
[0028] 如图1所示，本发明一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，包括气囊隔振器，气囊 隔振器包括设置在盖板1及下盖板6之间的弹性囊体2。主动执行机构由外壳11、压电堆10、 预压弹簧12、球头-锥孔传力装置9及力输出杆13组成。压电堆由数片(可根据实际需要调整 数量)压电陶瓷片通过粘结层堆叠而成，中间有叉指电极，电路为并联连接方式。单层压电 片在电场中产生位移，通过多层叠加使得输出位移增大。因为压电堆不能承受较大的拉应 力，因此需要在压电堆顶部装上预压弹簧12,预压弹簧12另一端则连接在力输出杆上13。整 体封装在壳体11中。
[0029]力输出杆13和惯性质量块3通过螺纹连接，保证不产生相对位移。根据实际工程需 要可打开圆盖15增减附加质量块4。
[0030] 如图3所示，压电堆10的刚度简化为kP，产生的作动力为Fa，惯性质量为m，质量块的 位移为 X1(t)，因此输出的惯性力为Fdt)，具体的表达式如下：
[0031]
[0032] 结合附图2，下盖板6上开有线孔8及焊接在外端口的气密封插座7，进一步地，开有 气孔14。
[0033] 如图4所示为整体隔振器的原理图，隔振对象的质量为m。，压电堆的刚度为匕，输出 作动力SFa，质量块为nu，气囊隔振器的刚度简化为k r弹性囊体的阻尼系数为cr，隔振对象 的位移为X。，质量块的位移为^，基础激励为Xb，具体表达式如下：
[0034]
[0035] 结合附图5为积极隔振的具体实例，用转速传感器采集被控设备的转速信号作为 控制器的期望信号，采集隔振器底部的加速度信号作为输入信号，输入信号经过电荷放大 器，低通滤波器及A/D转换后作为控制器最终的输入量，控制器按照一定的控制算法，输出 控制信号，经D/A转换后，再由功放输出电压信号至压电堆作动器输出控制力，从而抑制设 备的振动。
【主权项】
1. 一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，其特征是:包括上盖板、下盖板、弹性囊体、主 动执行机构，弹性囊体的上下两端分别与上盖板和下盖板相连，下盖板上设置连通弹性囊 体内部与外部的气孔和线孔，所述主动执行机构包括外壳、球头-锥孔传力装置、压电堆、力 输出杆、惯性质量块，外壳固定在上盖板的下方，外壳里自上而下依次设置球头-锥孔传力 装置、压电堆、力输出杆，力输出杆上套有预压弹簧，预压弹簧的两端分别连接力输出杆和 外壳，外壳和力输出杆的外部设置惯性质量块，惯性质量块通过螺纹连接的方式与力输出 杆相连。2. 根据权利要求1所述的一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，其特征是：力输出杆下 方设置传感器，所述传感器为加速度传感器或速度传感器。3. 根据权利要求1或2所述的一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，其特征是：力输出 杆上套有附加质量块，下盖板上设置调整附加质量块大小的圆盖。4. 根据权利要求1或2所述的一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，其特征是：上盖板 和下盖板均为金属盖板，与弹性囊体均为硫化连接。5. 根据权利要求3所述的一种基于压电堆的惯性式混合隔振器，其特征是:上盖板和下 盖板均为金属盖板，与弹性囊体均为硫化连接。
【文档编号】F16F9/32GK105864353SQ201610407301
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】杜敬涛, 吴登峰, 任可欣, 陈琪
【申请人】哈尔滨工程大学