CN107165978B - 一种声子晶体轴的二维减振装置 - Google Patents
一种声子晶体轴的二维减振装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107165978B CN107165978B CN201710416176.9A CN201710416176A CN107165978B CN 107165978 B CN107165978 B CN 107165978B CN 201710416176 A CN201710416176 A CN 201710416176A CN 107165978 B CN107165978 B CN 107165978B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phonon crystal
- crystal axis
- circular arc
- ring structure
- piezoelectricity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 5
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008447 perception Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002463 transducing effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H57/00—General details of gearing
- F16H57/0006—Vibration-damping or noise reducing means specially adapted for gearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/005—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion using electro- or magnetostrictive actuation means
- F16F15/007—Piezoelectric elements being placed under pre-constraint, e.g. placed under compression
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
- F16F15/18—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using electric, magnetic or electromagnetic means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种声子晶体轴的二维减振装置，其特征在于：包括声子晶体轴、声子晶体轴环形结构、声子晶体轴环形结构、压电圆弧贴片、传感系统、执行系统、接地系统、控制器，所述的声子晶体轴的内部周期性交替分布着声子晶体轴环形结构和声子晶体轴环形结构，压电圆弧贴片位于声子晶体轴的外表面上。本发明利用压电材料的自感知原理，将振动的主动控制引入轴中，对轴在中高频域内的弯曲振动起到了良好的减振降噪的目的。由于装置中的轴是声子晶体轴，在径向方向具有周期性，因此实现了对轴的二维振动的有效抑制。本发明整体结构简单、制造方便，用于降低齿轮与轴高速运转时所产生的噪声。
Description
技术领域
本发明属于减振降噪技术领域，具体涉及一种声子晶体轴的二维减振装置。
背景技术
作为机械行业中基本的零部件，轴起到对转动零件支承并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的作用，因此其得到了非常广泛的应用。然而，轴在工作时要随着回转体进行高速的运转，会产生不同程度的振动与噪声问题，不仅会降低轴的传动精度和使用寿命，进而影响机械的工作精度和寿命，还会造成噪声污染，影响人们的身体健康。因此，深入研究传动轴的减振降噪对提高机械的使用精度、延长机械的使用寿命、改善人们的工作环境等方面都具有重要的意义。
近年来，在机械工程中，轴的弹性振动是一个非常典型的问题，减小轴的振动噪声可使轴装置运行更加平稳，延长整个轴装置的使用寿命。通过在传动轴外层布置周期性材质，如现有的专利(公开号为CN105931628A)公开了一种具有低频减振特性的离散化橡胶层声子晶体轴，可实现对声子晶体轴的扭转振动的低频减振特性，对一些精密机械工程上有潜在的应用。实际应用中，一些传动轴在受到扭转振动的同时，往往还会受到不平衡激励的作用，产生横向振动和扭转振动并对整个轴装置产生了不好的作用，所以设计一种能对轴的横向振动、扭转振动进行抑制的装置是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对横向振动、扭转振动进行有效抑制的声子晶体轴。
本发明的目的是这样实现的：包括声子晶体轴、第一声子晶体轴环形结构、第二声子晶体轴环形结构、压电圆弧贴片、传感系统、执行系统、接地系统、控制器；
所述的声子晶体轴的内部周期性交替分布着第一声子晶体轴环形结构和第二声子晶体轴环形结构，压电圆弧贴片固定于声子晶体轴的外表面；压电圆弧贴片的贴片中心引出导线；导线通过开关分别与传感系统、执行系统、接地系统连接；
所述的传感系统包括开关A、信号放大器、滤波器、模/数转换器。
所述的执行系统包括开关B、功率放大器、数/模转换器。
本发明还可以包括：
1.所述的压电圆弧贴片有多个，在声子晶体轴的外表面沿轴向等间距布置。
2.所述的声子晶体轴为空心轴，由压电圆弧贴片的贴片中心引出导线穿过空心轴。
本发明的有益效果在于：
本发明利用压电材料的自感知原理，将振动的主动控制引入轴中，对轴在中高频域内的弯曲振动起到了良好的减振降噪的目的。由于装置中的轴是声子晶体轴1，在径向方向具有周期性，因此实现了对轴的二维振动的有效抑制。本发明整体结构简单、制造方便，用于降低齿轮与轴高速运转时所产生的噪声。
附图说明
图1为声子晶体轴连接导线的结构示意图；
图2为声子晶体轴的二维减振装置的总体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1和图2所示，一种声子晶体轴的二维减振装置，包括声子晶体轴1、第一声子晶体轴环形结构1-1、第二声子晶体轴环形结构1-2、压电圆弧贴片2、传感系统3、执行系统4、接地系统5、控制器6；
所述的声子晶体轴1的内部周期性交替分布着第一声子晶体轴环形结构1-1和第二声子晶体轴环形结构1-2，压电圆弧贴片2固定于声子晶体轴1的外表面；压电圆弧贴片的贴片中心引出导线；导线通过开关分别与传感系统3、执行系统4、接地系统5连接；
所述的压电圆弧贴片2有多个，在声子晶体轴1的外表面沿轴向等间距布置。
所述的声子晶体轴1为空心轴，由压电圆弧贴片的贴片中心引出导线穿过空心轴。
所述的传感系统3包括开关A、信号放大器、滤波器、模/数转换器。
所述的执行系统4包括开关B、功率放大器、数/模转换器。
所述的第一声子晶体轴环形结构1-1和第二声子晶体轴环形结构1-2之间的连接方式为过盈连接或嵌入连接。
所述的声子晶体轴1的外表面和压电圆弧贴片2之间的连接方式为胶粘连接或者法兰连接。
第一声子晶体轴环形结构1-1和第二声子晶体轴环形结构1-2的材质为有机玻璃、增强型尼龙和环氧树脂中的一种，第一声子晶体轴环形结构1-1和第二声子晶体轴环形结构1-2的材质不同；压电圆弧贴片2位于声子晶体轴1的外表面上，压电圆弧贴片2有多个，依据压电自感知原理，针对每一个压电圆弧贴片2进行振动控制，各个压电圆弧贴片2之间采用并联连接互不影响，压电圆弧贴片2的材质为同时具备传感与制动功能的材质或PVDF薄膜；控制器采用直接反馈控制方法，如模糊控制、PID控制、LQR控制；由于压电元件是容性器件，撤销驱动电压后电极上仍会保留驱动电荷，因此，在结束执行系统4后闭合开关C引入接地系统5来消除控制信号对传感信号的影响，真正实现了传感与执行之间的解耦。
针对扭转振动的抑制，本发明在声子晶体轴1的内部周期交替分布着第一声子晶体轴环形结构1-1和第二声子晶体轴环形结构1-2，组成了声子晶体轴1。扭转波在声子晶体材料中传播时，在不同材料交界面处具有反射相消的特性，从而实现对扭转波的减振。
针对横向振动的抑制，本发明在声子晶体轴1的外表面上粘贴可以作为传感器与制动器的压电圆弧贴片2，利用压电圆弧贴片2的正逆压电效应，实现了对声子晶体轴1弯曲波振动的主动控制。其原理是将压电圆弧贴片2作为传感器与作为制动器的功能在时间上进行分离，使同一个压电圆弧贴片2在某段时间作为传感器而在下一段时间上作为制动器。如此在传感器与制动器之间交替切换，使制动器同时也具有传感器的作用。如图2所示，当声子晶体轴1受到弯曲振动时，闭合开关A接通传感系统3，压电圆弧贴片2被视为传感器，将获得的传感电压信号经过信号放大器进行放大，并经过滤波器与模/数转换器，利用计算机使用PID或直接反馈控制算法，电压传送完毕后断开开关A，由此切断传感系统3并闭合开关B接通执行系统4，将电压信号传出的同时也需要经过数/模转换器接口转换，最后将电压信号加载到压电圆弧贴片2上，此时压电圆弧贴片2由于逆压电效应，将产生一个与原来弯曲振动相反的弯矩的作用，从而实现了对轴的弯曲振动的主动控制。因此，本发明大大降低了弯曲波从轴的一端向另一端的传递，对轴的弯曲振动具有良好的抑制效果。
应该说明的是以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述举例。一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (1)
1.一种声子晶体轴的二维减振装置，包括声子晶体轴(1)、第一声子晶体轴环形结构(1-1)、第二声子晶体轴环形结构(1-2)、压电圆弧贴片(2)、传感系统(3)、执行系统(4)、接地系统(5)、控制器(6)；其特征在于：
所述的声子晶体轴的内部周期性交替分布着第一声子晶体轴环形结构第二声子晶体轴环形结构，压电圆弧贴片固定于声子晶体轴的外表面；压电圆弧贴片的贴片中心引出导线；导线通过开关分别与传感系统、执行系统、接地系统连接；
所述的压电圆弧贴片有多个，在声子晶体轴的外表面沿轴向等间距布置；
所述的声子晶体轴为空心轴，由压电圆弧贴片的贴片中心引出导线穿过空心轴；
所述的传感系统包括开关A、信号放大器、滤波器、模/数转换器；
所述的执行系统包括开关B、功率放大器、数/模转换器；
所述的第一声子晶体轴环形结构和第二声子晶体轴环形结构之间的连接方式为过盈连接或嵌入连接；
所述的声子晶体轴的外表面和压电圆弧贴片之间的连接方式为胶粘连接或者法兰连接；
第一声子晶体轴环形结构和第二声子晶体轴环形结构的材质为有机玻璃、增强型尼龙和环氧树脂中的一种，第一声子晶体轴环形结构和第二声子晶体轴环形结构的材质不同；压电圆弧贴片位于声子晶体轴的外表面上，各个压电圆弧贴片之间采用并联连接，压电圆弧贴片的材质为同时具备传感与制动功能的材质或PVDF薄膜；控制器采用直接反馈控制方法；
在声子晶体轴的外表面上粘贴作为传感器与制动器的压电圆弧贴片，将压电圆弧贴片作为传感器与作为制动器的功能在时间上进行分离，使同一个压电圆弧贴片作为传感器而在下一段时间上作为制动器；当声子晶体轴受到弯曲振动时，闭合开关接通传感系统，压电圆弧贴片被视为传感器，将获得的传感电压信号经过信号放大器进行放大，并经过滤波器与模/数转换器，利用计算机使用PID或直接反馈控制算法，电压传送完毕后断开开关A，由此切断传感系统并闭合开关B接通执行系统，将电压信号传出的同时也需要经过数/模转换器接口转换，最后将电压信号加载到压电圆弧贴片上，此时压电圆弧贴片由于逆压电效应，将产生一个与原来弯曲振动相反的弯矩的作用，从而实现了对轴的弯曲振动的主动控制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710416176.9A CN107165978B (zh) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | 一种声子晶体轴的二维减振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710416176.9A CN107165978B (zh) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | 一种声子晶体轴的二维减振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107165978A CN107165978A (zh) | 2017-09-15 |
| CN107165978B true CN107165978B (zh) | 2019-04-19 |
Family
ID=59824539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710416176.9A Active CN107165978B (zh) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | 一种声子晶体轴的二维减振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107165978B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107831801A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-03-23 | 北京海月星科技有限公司 | 一种减振装置 |
| CN109243420B (zh) * | 2018-11-01 | 2024-06-11 | 西安建筑科技大学 | 一种一维多级散射体离散化局域共振结构声子晶体轴 |
| CN109377977A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-22 | 南京航空航天大学 | 主动控制波传播路径的压电型声子晶体板及其应用 |
| CN112735367B (zh) * | 2020-12-06 | 2023-04-25 | 北京工业大学 | 一种用于主动调节振动和波传播特性的压电声子晶体梁 |
| CN114248900B (zh) * | 2021-12-09 | 2024-05-10 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2992035B2 (ja) * | 1987-01-27 | 1999-12-20 | レイケム・コーポレイション | 音響的防振物品およびその用途 |
| EP1146248A1 (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-17 | FERRARI S.p.A. | Torsional-vibration damping device for propeller shafts and similar |
| KR20100033824A (ko) * | 2008-09-22 | 2010-03-31 | 인하대학교 산학협력단 | 압전 파이버 복합 액추에이터를 이용한 축부재의 진동 감쇠장치 |
| EP2487793A1 (fr) * | 2011-02-11 | 2012-08-15 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Procédé de réalisation d'un dispositif acoustique comprenant une structure de cristal phononique à inclusions de type conique qui contrôle la bande d'arrêt dudit dispositif |
| CN102705433A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-03 | 武汉理工大学 | 被动阻尼和主动阻尼相结合智能减振装置 |
| CN103062362A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-04-24 | 哈尔滨工程大学 | 一种准布拉格型声子晶体减振齿轮 |
| CN105931628A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-09-07 | 西安建筑科技大学 | 一种具有低频减振特性的离散化橡胶层的声子晶体轴 |
| CN106625777A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-05-10 | 安徽工程大学 | 一种柔性机械臂主动振动控制器 |
-
2017
- 2017-06-06 CN CN201710416176.9A patent/CN107165978B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2992035B2 (ja) * | 1987-01-27 | 1999-12-20 | レイケム・コーポレイション | 音響的防振物品およびその用途 |
| EP1146248A1 (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-17 | FERRARI S.p.A. | Torsional-vibration damping device for propeller shafts and similar |
| KR20100033824A (ko) * | 2008-09-22 | 2010-03-31 | 인하대학교 산학협력단 | 압전 파이버 복합 액추에이터를 이용한 축부재의 진동 감쇠장치 |
| EP2487793A1 (fr) * | 2011-02-11 | 2012-08-15 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Procédé de réalisation d'un dispositif acoustique comprenant une structure de cristal phononique à inclusions de type conique qui contrôle la bande d'arrêt dudit dispositif |
| CN102705433A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-03 | 武汉理工大学 | 被动阻尼和主动阻尼相结合智能减振装置 |
| CN103062362A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-04-24 | 哈尔滨工程大学 | 一种准布拉格型声子晶体减振齿轮 |
| CN105931628A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-09-07 | 西安建筑科技大学 | 一种具有低频减振特性的离散化橡胶层的声子晶体轴 |
| CN106625777A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-05-10 | 安徽工程大学 | 一种柔性机械臂主动振动控制器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107165978A (zh) | 2017-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107165978B (zh) | 一种声子晶体轴的二维减振装置 | |
| CN102647108B (zh) | 类齿轮传动行波超声电机及其控制方法 | |
| WO2008051322A3 (en) | Broadband energy harvester apparatus and method | |
| CN103414373B (zh) | 单激励旋转超声电机 | |
| JP5599920B2 (ja) | 回転式試験システム | |
| CN101262186B (zh) | 纵弯夹心换能器式圆筒定子及使用该定子的超声电机 | |
| CN203230733U (zh) | 六棱柱径向超声悬浮轴承 | |
| CN102242769B (zh) | 径向包容挤压膜气体静压轴承 | |
| US6012333A (en) | Vibration control device for rotating objects | |
| CN108412949A (zh) | 一种管道自适应等刚度动力吸振器 | |
| CN101262188B (zh) | 采用纵振夹心换能器式圆筒定子的超声电机 | |
| CN201656811U (zh) | 一种面内行波型旋转超声电机 | |
| CN104482041A (zh) | 一种发电机用大尺度自监测圆锥滚子轴承 | |
| CN110861762B (zh) | 轴系振动控制的自适应压电分流半被动控制装置及方法 | |
| CN105065568B (zh) | 一种抑制转动轴系振动的方法 | |
| WO2020054117A1 (ja) | 振動減衰装置及び電動アクチュエータ | |
| CN109848021B (zh) | 超声波器件以及超声波测量装置 | |
| CN110912442A (zh) | 抗饱和负电容压电分流电路半被动振动控制装置和方法 | |
| CN203596763U (zh) | 一种纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机压电振子 | |
| CN204271941U (zh) | 单激励超声椭圆振动精密输送装置 | |
| CN106371017B (zh) | 超声电机瞬态响应惯量负载加载装置及其加载方法 | |
| CN101651429A (zh) | 悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子 | |
| JP2007146976A (ja) | 回転体の制振構造 | |
| CN204271940U (zh) | 一种单激励超声椭圆振动双向精密输送装置 | |
| CN204271947U (zh) | 一种单激励旋转超声电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |