CN111769758A - 一种压电阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电阻尼装置，包括外壳、一对端盖、吸能组件和一对传力杆；所述外壳为圆筒状结构且两端同轴设置有所述端盖，所述吸能组件同轴设置于所述外壳的内腔中，每一所述传力杆均垂直贯穿一所述端盖后，与所述吸能组件一端同轴连接；所述吸能组件包括限位杆、一对基座和若干多段弯折梁，所述基座均平行于所述端盖设置，所述限位杆沿轴线方向设置于一对所述基座之间，所述多段弯折梁的两端分别与一对所述基座的边缘处连接，若干所述多段弯折梁均匀环设于所述限位杆周围。本发明装置设置于建筑结构或机械设备上，通过吸能组件使该装置在振动时多段弯折梁上的压电片因发生形变而产生电能，在实现结构减振的同时，能够对振动能回收利用。

Description

一种压电阻尼装置

技术领域

本发明涉及振动发电技术领域，具体涉及一种压电阻尼装置。

背景技术

目前，建筑物、汽车、飞机和大型机械设备等在工作过程中会产生振动，为了减少振动带来的危害，人们设计了阻尼装置去减小振动，但目前所采用的阻尼装置大都采取摩擦能去抵消振动能，而不能将振动转换成可以利用的能源。故需要提供一种新的压电阻尼装置用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种压电阻尼装置，用于解决现有技术中没有将振动能进行有效回收的设备的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种压电阻尼装置包括外壳、一对端盖、吸能组件和一对传力杆；外壳为圆筒状结构且两端分别同轴设置有端盖，吸能组件同轴设置于外壳的内腔中，每一传力杆均垂直贯穿一端盖后，与吸能组件一端同轴连接；吸能组件包括限位杆、一对基座和若干多段弯折梁，基座均平行于端盖设置，限位杆沿轴线方向设置于一对基座之间，多段弯折梁的两端分别与一对基座的边缘处连接，且若干多段弯折梁均匀环设于限位杆周围。

其中，端盖包括盖体、凸台和滑动轴承；盖体为圆盘状结构，凸台垂直设置于盖体远离基座一侧的中心处，且凸台中央具有供传力杆贯穿的通孔，滑动轴承同轴设置于凸台的中央通孔处。

其中，每一传力杆均包括拉杆、环形铰座和约束弹簧；环形铰座为具有中央通孔的环状结构，拉杆一端贯穿端盖后与基座同轴连接，拉杆另一端与环形铰座的曲面侧边连接；约束弹簧套设于拉杆远离环形铰座的一端，且约束弹簧设置于端盖与基座之间。

其中，限位杆包括顶杆和一对限位弹簧，一对限位弹簧分别同轴设置于顶杆的两端，每一限位弹簧远离顶杆的一端，均与一基座的中心处连接。

优选的，限位弹簧的内径大于顶杆的直径。

其中，基座为正多边形片状结构，基座中心设有卡接传力杆的中央圆孔，基座边缘处均匀设置有若干具有通孔的凹槽，每一凹槽与一条多段弯折梁的端部卡接。

其中，多段弯折梁包括一对回弹梁、若干压电耦合梁、若干连接梁和若干压电片；一对回弹梁平行相对设置于多段弯折梁的两端，回弹梁一端与压电耦合梁垂直连接，回弹梁另一端设有螺孔并与基座的凹槽对应卡接；一对回弹梁之间沿垂直方向设有若干压电耦合梁，相邻压电耦合梁之间均通过连接梁垂直连接；连接梁为U型结构，且连接梁的弯折结构靠近限位杆设置；压电片设置于压电耦合梁的任意一侧或两侧，且压电片与外部导线电连接。

优选的，回弹梁、压电耦合梁、连接梁和压电片均为宽度相等的片状结构。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种压电阻尼装置，将该装置设置于建筑结构或机械设备上，通过该装置中的吸能组件，使该装置在振动时多段弯折梁上的压电片因发生形变而产生电能，在实现结构减振的同时，能够很好的将机械振动浪费的机械能转换成电能，实现了对振动能的回收利用。

附图说明

图1是本发明压电阻尼装置一实施方式的结构示意图；

图2是本发明压电阻尼装置一实施方式中端盖的结构示意图；

图3是本发明压电阻尼装置一实施方式中多段弯折梁的结构示意图；

图4是本发明压电阻尼装置一实施方式中限位杆的结构示意图；

图5是本发明压电阻尼装置一实施方式中基座的结构示意图；

图中：1：外壳；2：端盖；21：盖体；22：凸台；23：滑动轴承；3：吸能组件；31：限位杆；311：顶杆；312：限位弹簧；32：基座；321：中央圆孔；322：凹槽；33：多段弯折梁；331：回弹梁；332：压电耦合梁；333：连接梁；334：压电片；4：传力杆；41：拉杆；42：环形铰座；43：约束弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明压电阻尼装置一实施方式的结构示意图，本发明中压电阻尼装置包括外壳1、一对端盖2、吸能组件3和一对传力杆4；外壳1为圆筒状结构且两端分别同轴设置有端盖2，吸能组件3同轴设置于外壳1的内腔中，每一传力杆4均垂直贯穿一端盖2后，与吸能组件3一端同轴连接，优选吸能组件3的外径小于外壳1的内径，以便于装配；吸能组件3包括限位杆31、一对基座32和若干多段弯折梁33，基座32均平行于端盖设置，限位杆31沿轴线方向设置于一对基座32之间，多段弯折梁33的两端分别与一对基座32的边缘处连接，基座32与多段弯折梁33之间呈垂直关系，且若干多段弯折梁33均匀环设于限位杆32周围。本发明能够通过一对传力杆4将机械振动传递至吸能组件3，并于吸能组件3的多段弯折梁33处将振动能进行转化，从而实现了对振动能的回收利用。下面对本发明中压电阻尼装置的各个组成部分分别进行详细描述。

具体地，在本实施方式中，如图2所示，端盖2包括盖体21、凸台22和滑动轴承23；盖体21为圆盘状结构，凸台22垂直设置于盖体21远离基座一侧的中心处，且凸台中央具有供传力杆贯穿的通孔，滑动轴承同轴设置于凸台的中央通孔处。

具体地，在本实施方式中，每一传力杆4均包括拉杆41、环形铰座42和约束弹簧43；环形铰座42为具有中央通孔的环状结构，拉杆41一端贯穿端盖2的滑动轴承23后与基座32同轴连接，拉杆41另一端与环形铰座42的曲面侧边连接，通过位于压电阻尼装置两端的环形铰座42，可以将其铰接于产生振动能的设备中，以保证压电阻尼装置的正常工作；约束弹簧43套设于拉杆41远离环形铰座42的一端，每一约束弹簧43设置于盖体21与基座32之间，且约束弹簧43均可以沿拉杆41进行压缩或延展运动，此处设置约束弹簧43可以限制振动过程中基座32向装置两端偏移的距离，进而可以避免出现较大形变使多段弯折梁33损坏的问题。

具体地，对于本实施方式中的吸能组件，其中，限位杆31包括顶杆311和一对限位弹簧312，一对限位弹簧312分别同轴设置于顶杆311的两端，每一限位弹簧312远离顶杆311的一端，均与一基座32的中心处连接，从而使限位杆31设置于两个平行的基座32之间；优选限位弹簧312的内径大于顶杆311的直径，使限位弹簧312很好的进行压缩或延展运动，增加一定阻尼并适量耗散一部分振动能，有效约束形变区间，避免出现较大的形变。其中，基座32优选为正多边形片状结构，基座32中心设有卡接传力杆4中拉杆41的中央圆孔321，使拉杆41远离环形铰座42的一端与基座32固定连接；基座32边缘处均匀设置有若干具有通孔的凹槽322，每一凹槽322与一条多段弯折梁33的端部相对应卡接，卡接后可通过螺钉等连接组件穿过凹槽322中的通孔，将多段弯折梁33垂直固定于两个平行的基座32之间，从而能够将两个平行的基座32的偏移运动传递给多段弯折梁33，使多段弯折梁33产生形变。此处，对于基座32的形状也可以设置成圆形等中心对称的其他片状结构，在此不作限定；同时对于基座32边缘处凹槽322的数目，可根据实际需求进行设置，再次亦不做限定。

具体地，多段弯折梁33包括一对回弹梁331、若干压电耦合梁332、若干连接梁333和若干压电片334；一对回弹梁331平行相对设置于多段弯折梁33的两端，回弹梁331均与基座32平行，回弹梁331一端与压电耦合梁332垂直连接，回弹梁331另一端设有螺孔并与基座32上的凹槽322相对应卡接；一对回弹梁331之间沿垂直方向设有若干条状的压电耦合梁332，相邻压电耦合梁332之间均通过连接梁333垂直连接；连接梁333为U型结构，且连接梁333的弯折结构靠近限位杆31设置，这种U型结构有利于多段弯折梁33整体产生较均匀的形变；优选陶瓷压电片作为压电片334，压电片334设置于压电耦合梁332的任意一侧或两侧，且压电片334与外部导线电连接，在基座32的偏移运动传递给多段弯折梁33后，多段弯折梁33产生形变，此时多段弯折梁33中的压电片32因形变产生电荷，通过导线连接压电片32将电能导出并储存，可实现机械振动能向电能转变的过程，即该压电阻尼装置不仅有利于减振吸收振，而且有利于吸收并转化振动能。本实施方式中，优选回弹梁331、压电耦合梁332、连接梁333和压电片334均为宽度相等的片状结构，能够保证发生形变时各部分受力的均匀性，同时也便于部件统一安装和配置；多段弯折梁33的数目与基座32上的凹槽322的数目相适应，而这两者的数目与吸能组件3的整体阻尼紧密相关，可根据具体实际需求对这两者的数目做出适应性调整，从而实现对吸能组件3整体阻尼的适应性调节，其具体数目在此不作限定。

进一步地，基于上述压电阻尼装置的结构描述，对其工作方式进行详细描述。本发明中的压电阻尼装置通过位于两端的环形铰座42，将该装置整体设置于产生振动能的设备中，其中吸能组件3同轴设置于外壳1和端盖2所固定包围构成的腔体内；当该装置整体受到振动时，振动能通过拉杆41传递给吸能组件3中的限位杆31和两个基座32，使其沿轴线方向发生位移运动，进而将振动能传递给多段弯折梁33，使多段弯折梁33产生形变，此时多段弯折梁33中的压电片334伴随着压电耦合梁332产生形变，利用压电片334的正压电效应，将振动能转变为电能，并由导线将电能导出并储存，从而同时实现了装置减震和振动能回收利用两方面的作用。以上工作过程中，还通过在吸能组件3轴线处设置限位弹簧312，以及在基座32和端盖2之间设置约束弹簧43，来约束吸能组件3沿轴线方向的位移程度，能够有效避免因出现较大形变而对多段弯折梁33造成损坏的问题，保证了该装置能够长时间正常工作。

此外，本实施方式中，基座32设置为正六边形板状结构，每条边上均匀设置一个凹槽322，与六条多段弯折梁33的端部对应卡接，并通过螺钉锁紧固定，这仅仅是吸能组件3中基座32和多段弯折梁33的一种排布方式，而在实际需求中，该装置安装于不同的设备中时，所需要的阻尼往往是不同的，可以通过适应性调整基座32的凹槽322数目、多段弯折梁33的数目、压电耦合梁332的数目、多段弯折梁33的宽度、多段弯折梁33与限位杆31之间的垂直距离等参数，来实现该装置在不同场景中应用，对于具体参数的设置需根据实际情况进行设置，在此不作限定；本实施方式中，采用环形铰座42将上述压电阻尼装置整体固定于其他产生振动能的设备中，这只是其中一种连接方式，在其他实施方式中，可以根据实际需求采用其他连接方式，如焊接等，在此不做一一列举，需要指出的是，这些连接方式均是基于本发明方案所进行的简单变形，故仍属于本发明的保护范畴。

区别于现有技术的情况，本发明提供了一种压电阻尼装置，将该装置设置于建筑结构或机械设备上，通过该装置中的吸能组件，使该装置在振动时多段弯折梁上的压电片因发生形变而产生电能，在实现结构减振的同时，能够很好的将机械振动浪费的机械能转换成电能，实现了对振动能的回收利用。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种压电阻尼装置，其特征在于，包括外壳、一对端盖、吸能组件和一对传力杆；

所述外壳为圆筒状结构且两端分别同轴设置有所述端盖，所述吸能组件同轴设置于所述外壳的内腔中，每一所述传力杆均垂直贯穿一所述端盖后，与所述吸能组件一端同轴连接；

所述吸能组件包括限位杆、一对基座和若干多段弯折梁，所述基座均平行于所述端盖设置，所述限位杆沿轴线方向设置于一对所述基座之间，所述多段弯折梁的两端分别与一对所述基座的边缘处连接，且若干所述多段弯折梁均匀环设于所述限位杆周围。

2.根据权利要求1中所述的压电阻尼装置，其特征在于，所述端盖包括盖体、凸台和滑动轴承；

所述盖体为圆盘状结构，所述凸台垂直设置于所述盖体远离所述基座一侧的中心处，且所述凸台中央具有供所述传力杆贯穿的通孔，所述滑动轴承同轴设置于所述凸台的中央通孔处。

3.根据权利要求1中所述的压电阻尼装置，其特征在于，每一所述传力杆均包括拉杆、环形铰座和约束弹簧；

所述环形铰座为具有中央通孔的环状结构，所述拉杆一端贯穿所述端盖后与所述基座同轴连接，所述拉杆另一端与所述环形铰座的曲面侧边连接；

所述约束弹簧套设于所述拉杆远离所述环形铰座的一端，且所述约束弹簧设置于所述端盖与基座之间。

4.根据权利要求1中所述的压电阻尼装置，其特征在于，所述限位杆包括顶杆和一对限位弹簧，一对所述限位弹簧分别同轴设置于所述顶杆的两端，每一所述限位弹簧远离所述顶杆的一端，均与一所述基座的中心处连接。

5.根据权利要求4中所述的压电阻尼装置，其特征在于，所述限位弹簧的内径大于所述顶杆的直径。

6.根据权利要求1中所述的压电阻尼装置，其特征在于，所述基座为正多边形片状结构，所述基座中心设有卡接所述传力杆的中央圆孔，所述基座边缘处均匀设置有若干具有通孔的凹槽，每一所述凹槽与一条所述多段弯折梁的端部卡接。

7.根据权利要求6中所述的压电阻尼装置，其特征在于，所述多段弯折梁包括一对回弹梁、若干压电耦合梁、若干连接梁和若干压电片；

一对所述回弹梁平行相对设置于所述多段弯折梁的两端，所述回弹梁一端与所述压电耦合梁垂直连接，所述回弹梁另一端设有螺孔并与所述基座的凹槽对应卡接；

一对所述回弹梁之间沿垂直方向设有若干所述压电耦合梁，相邻所述压电耦合梁之间均通过所述连接梁垂直连接；

所述连接梁为U型结构，且所述连接梁的弯折结构靠近所述限位杆设置；

所述压电片设置于所述压电耦合梁的任意一侧或两侧，且所述压电片与外部导线电连接。

8.根据权利要求7中所述的压电阻尼装置，其特征在于，所述回弹梁、压电耦合梁、连接梁和压电片均为宽度相等的片状结构。

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