CN110805636B - 一种基于环状压电堆叠的阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于环状压电堆叠的阻尼器，属于阻尼减振装置设计领域，本发明的阻尼器由两个端盖、套筒、传力杆、三个圆环状的压电堆叠以及连接压电堆叠的RL串联电路构成；端盖、套筒和传力杆由螺栓连接，负责将外部的力转化为压电堆叠的压力，由于压电堆叠受压时有较好的工作性能，但是在受拉时容易损坏，本发明的装置就是将外部施加的拉力和压力全部转化为各压电堆叠上的压力，如此振动激励通过杆状的阻尼器转化成对压电堆的压力，然后在分支电路串联电阻和电感，利用压电分流阻尼技术，将机械能转化为电能，并通过外接电路的电阻和电感耗散掉，达到减小振动的作用。

Description

一种基于环状压电堆叠的阻尼器
技术领域
本发明属于阻尼减振装置设计领域，具体是一种基于环状压电堆叠的阻尼器。
背景技术
随着科技的发展和人民生活水平的提高，振动问题越来越受到人们的重视，被动控制由于结构简单，鲁棒性高等优点，近年来被人广泛研究。传统的阻尼器有采用铅块、橡胶、钢丝网垫和记忆合金等材料构成。比如现有技术中设计了一种新型自复位SMA-剪切型铅阻尼器以及一款基于SMA 的可变频隔振器。研究表明这些阻尼器在循环加载或者振动情况下都具有良好的耗能能力。
但是，这些阻尼器的缺陷在于使原来结构固有频率变化，响应速度慢存在滞后，结构复杂等情况。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种基于环状压电堆叠的阻尼器，本发明的阻尼器利用压电分流阻尼技术对振动结构中的动能进行耗散，有效抑制振动。
本发明是这样实现的：
一种基于环状压电堆叠的阻尼器，包括套筒，在套筒内部装有第一环形压电堆叠、第二环形压电堆叠；在所述的套筒和第二环形压电堆叠的孔内插入传力杆；所述的传力杆一端为圆盘端，另一端为圆柱端；所述的传力杆圆盘端压在第一环形压电堆叠的一端；所述的传力杆的圆柱端伸出套筒；所述的传力杆伸出的圆柱端外侧套有第三环形压电堆叠；所述的传力杆圆柱端末端带有螺纹，将第二端盖拧在传力杆螺纹处，第三环形压电堆叠被第二端盖压紧；所述的第一环形压电堆叠一端利用第一端盖固定在套筒上压紧。当阻尼器受压时，套筒和传力杆圆盘端挤压第一环形压电堆叠和第三环形压电堆叠；当阻尼器受拉时，套筒和传力杆圆盘端挤压第二环形压电堆叠。本发明阻尼器这样的设计使得无论受拉还是受压状态下，压电堆叠始终受压，防止压电堆叠受到拉力破坏。压电堆叠承压能力强，受拉时容易破损。
进一步，所述的传力杆圆盘端与第一环形压电堆叠之间、第二环形压电堆叠与套筒一端、传力杆的圆柱端与第二端盖的连接部位均设置有橡胶垫；本发明中设置的橡胶垫可以提供预紧力。
进一步，所述的第一端盖用小螺栓固定在套筒上。
进一步，在所述的阻尼器组件的通孔内插入大螺栓将整个结构固定。
进一步，在所述的第一环形压电堆叠，第二环形压电堆叠，第三环形压电堆叠连入外接电路，串联电阻和电感。
进一步，所述的阻尼器可以安装在桁架杆件的中间，也可以安装在基座振动较大的地方。本发明的阻尼减振装置作用在桁架结构、各种支撑结构的附件等受拉压的环境中，阻尼器的阻尼作用可以耗散结构中由于振动而产生的动能。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：本发明的阻尼器由两个端盖、套筒、传力杆、三个圆环状的压电堆叠以及连接压电堆叠的RL串联电路构成。端盖、套筒和传力杆由螺栓连接，负责将外部的力转化为压电堆叠的压力。由于压电堆叠受压时有较好的工作性能，但是在受拉时容易损坏，所以本发明的装置将外部施加的拉力和压力全部转化为各压电堆叠上的压力。如此振动激励通过杆状的阻尼器转化成对压电堆的压力，然后在分支电路串联电阻和电感，利用压电分流阻尼技术，将机械能转化为电能，并通过外接电路的电阻和电感耗散掉，达到减小振动的作用。
附图说明
图1为一种基于环状压电堆叠的阻尼器的立体图；
图2为一种基于环状压电堆叠的阻尼器的剖视图；
图3为本发明实施例中简化后的阻尼器模型；
图4为本发明实施例中RLC串联电路示意图；
图5为本发明实施例中连接电路后的减振效果示意图；
其中，1-第一端盖，2-第二端盖，3-套筒，4-传力杆，5-第一环形压电堆叠，6-第二环形压电堆叠，7-第三环形压电堆叠，8-大螺栓，9-小螺栓，10-橡胶垫。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1~2所示，本发明的阻尼器包括套筒3，其特征在于，所述的套筒3内部装有第一环形压电堆叠5、第二环形压电堆叠6；在所述的套筒3和第二环形压电堆叠6的孔内插入传力杆4；所述的传力杆4一端为圆盘端，另一端为圆柱端；所述的传力杆4圆盘端压在第一环形压电堆叠5的一端；所述的传力杆4的圆柱端伸出套筒3；所述的传力杆4伸出的圆柱端外侧套有第三环形压电堆叠7；所述的传力杆圆柱端末端带有螺纹，将第二端盖2拧在传力杆4螺纹处，第三环形压电堆叠7被第二端盖2压紧；所述的第一环形压电堆叠5一端利用第一端盖1固定在套筒上压紧；所述的第一环形压电堆叠5，第二环形压电堆叠6，第三环形压电堆叠7连入外接电路，串联电阻和电感。所述的传力杆4圆盘端与第一环形压电堆叠5之间、第二环形压电堆叠6与套筒3一端、传力杆4的圆柱端与第二端盖2的连接部位均设置有橡胶垫10以提供预紧力。
当阻尼器受压时，套筒3和传力杆4圆盘端挤压第一环形压电堆叠5和第三环形压电堆叠7；当阻尼器受拉时，套筒3和传力杆4圆盘端挤压第二环形压电堆叠6，使得无论受拉还是受压状态下，压电堆叠始终受压，防止压电堆叠受到拉力破坏。压电堆叠承压能力强，受拉时容易破损
本发明的阻尼器可以安装在桁架杆件的中间，也可以安装在基座振动较大的地方。本发明的阻尼减振装置作用在桁架结构、各种支撑结构的附件等受拉压的环境中，阻尼器的阻尼作用可以耗散结构中由于振动而产生的动能。
本发明的系统可以简化为一个单自由度系统，结构的简化模型如图3所示，图3所示的是阻尼器减振系统简化原理图。该阻尼器在连接电路后，压电堆叠连接RL串联电路，压电堆叠外接电路示意图如图4所示，压电堆叠会随外部激励的变化而产生一个负刚度，由此该模型可以简化为弹簧加阻尼。通过数值仿真得到连接电路后的减振效果如图5所示，所示的是连接电路后系统力传递率对比图。图中可以看出连接电路后输出力有明显下降，意味着通过阻尼器传递到外部的力明显下降了。本发明阻尼器利用压电分流阻尼技术对振动结构中的动能进行耗散，有效抑制振动。原理在于：将外部施加的拉力和压力全部转化为各压电堆叠上的压力，如此振动激励通过杆状的阻尼器转化成对压电堆的压力，然后在分支电路串联电阻和电感，利用压电分流阻尼技术，将机械能转化为电能，并通过外接电路的电阻和电感耗散掉，达到减小振动的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于环状压电堆叠的阻尼器，包括套筒（3），其特征在于，所述的套筒（3）内部装有第一环形压电堆叠（5）、第二环形压电堆叠（6）；在所述的套筒（3）和第二环形压电堆叠（6）的孔内插入传力杆（4）；所述的传力杆（4）一端为圆盘端，另一端为圆柱端；所述的传力杆（4）圆盘端压在第一环形压电堆叠（5）的一端；所述的传力杆（4）的圆柱端伸出套筒（3）；所述的传力杆（4）伸出的圆柱端外侧套有第三环形压电堆叠（7）；所述的传力杆圆柱端末端带有螺纹，将第二端盖（2）拧在传力杆（4）螺纹处，第三环形压电堆叠（7）被第二端盖（2）压紧；所述的第一环形压电堆叠（5）一端利用第一端盖（1）固定在套筒上压紧；当阻尼器受压时，套筒（3）和传力杆（4）圆盘端挤压第一环形压电堆叠（5）和第三环形压电堆叠（7）；当阻尼器受拉时，套筒（3）和传力杆（4）圆盘端挤压第二环形压电堆叠（6）；
在所述的第一环形压电堆叠（5），第二环形压电堆叠（6），第三环形压电堆叠（7）连入外接电路，串联电阻和电感，具体的，压电堆叠连接RL串联电路，压电堆叠会随外部激励的变化而产生一个负刚度，将外部施加的拉力和压力全部转化为各压电堆叠上的压力，如此振动激励通过杆状的阻尼器转化成对压电堆叠的压力，然后在分支电路串联电阻和电感，利用压电分流阻尼技术，将机械能转化为电能，并通过外接电路的电阻和电感耗散掉，达到减小振动的作用；所述的阻尼器在受拉还是受压状态下，压电堆叠始终受压，防止压电堆叠受到拉力破坏。
2.根据权利要求1所述的一种基于环状压电堆叠的阻尼器，其特征在于，所述的传力杆（4）圆盘端与第一环形压电堆叠（5）之间、第二环形压电堆叠（6）与套筒（3）一端、传力杆（4）的圆柱端与第二端盖（2）的连接部位均设置有橡胶垫（10）。
3.根据权利要求1所述的一种基于环状压电堆叠的阻尼器，其特征在于，所述的第一端盖（1）用小螺栓（9）固定在套筒（3）上。
4.根据权利要求1所述的一种基于环状压电堆叠的阻尼器，其特征在于，在所述的阻尼器的通孔内插入大螺栓（8）将整个结构固定。
5.根据权利要求1~4任一所述的一种基于环状压电堆叠的阻尼器，其特征在于，所述的阻尼器安装在桁架杆件的中间或者安装在基座上。
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