CN111827506B - 一种双压电半主动惯容质量阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及一种双压电半主动惯容质量阻尼器，包括筒体和滚珠丝杠，还包括第一压电驱动器和第二压电驱动器，所述滚珠丝杠的一端穿过筒体、位于筒体内，滚珠丝杠上传动连接有飞轮，所述第一压电驱动器设置在筒体上，第一压电驱动器上设置有第一摩擦块，所述第一摩擦块与飞轮相对应；所述第二压电驱动器设置在滚珠丝杠的端部，第二压电驱动器与筒体内壁之间设置有第二摩擦块。本发明利用压电驱动器电致变形产生的可调节摩擦力来实时调节惯容系数，具有更广的适应范围，减振效果更好。

Description

一种双压电半主动惯容质量阻尼器

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及一种双压电半主动惯容质量阻尼器。

背景技术

21 世纪初，日本东北大学 Inoue 和 Ikago 团队提出了利用两端点惯性原理来设计结构减振装置，并对其惯性增效和阻尼增效原理进行了系统化研究；英国学者 Smith团队通过力学与电学间的力-电流类比，提出以“Inerter”(对应于电学中的电容)来命名两端点惯性元件，从理论角度概括了惯容元件的原理。惯容机构的两端点惯性主要通过改变装置部件的运动形式来实现，其形式主要有滚珠丝杠、齿轮齿条、杠杆机构与液力式等，如目前使用最多的滚珠丝杠机制则是将其两端点间直线相对运动转化为飞轮的高速旋转运动，惯性飞轮旋转产生的惯性力矩经传动系统进一步放大转化为与两端点相对加速度成正比的轴向惯性力作用，并产生远大于自身实际物理质量的惯性质量，故该装置可以使用较小的物理质量产生较大的惯性力，达到惯性增效的效果。

目前结构振动控制广泛采用附设消能减震装置或调谐减震装置等一元阻尼技术进行减振，具有质量放大效应的两端点惯容元件为阻尼器研发提供了新的基本单元，为更好地利用惯容实现结构减震的目的，一般需要有阻尼器的配合，这样便形成了基于“阻尼-惯容”减震系统的二元减震技术，惯容与阻尼器共同工作时能有效提高后者的能量耗散效率，如中国专利CN202971728U一种惯容器与阻尼同轴串联的一体式减震器装置。惯容机制可以有效控制结构的动力响应，具有良好的工程应用前景，但目前设计的惯容阻尼器大多是被动阻尼器，一旦设计完成其惯容系数无法改变。

发明内容

本发明为解决惯容阻尼器的惯容系数不可调的问题，提供一种双压电半主动惯容质量阻尼器，利用压电驱动器电致变形产生的可调节摩擦力来实时调节惯容系数，具有更广的适应范围，减振效果更好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种双压电半主动惯容质量阻尼器，包括筒体和滚珠丝杠，还包括第一压电驱动器和第二压电驱动器，

所述滚珠丝杠的一端穿过筒体、位于筒体内，滚珠丝杠上传动连接有飞轮，

所述第一压电驱动器设置在筒体上，第一压电驱动器上设置有第一摩擦块，所述第一摩擦块与飞轮相对应；所述第二压电驱动器设置在滚珠丝杠的端部，第二压电驱动器与筒体内壁之间设置有第二摩擦块。

进一步地，所述第一压电驱动器的数量为多个，沿周向均匀分布在筒体的内壁上，第一压电驱动器上套设所述第一摩擦块，所述第一摩擦块朝向飞轮的端部为弧形。

进一步地，所述第一压电驱动器为矩形块状，所述第一摩擦块上开设有矩形凹槽，矩形凹槽与第一压电驱动器间隙配合，第一摩擦块通过矩形凹槽套设在第一压电驱动器上。

进一步地，所述筒体内设置有固定板，所述滚珠丝杠的一端穿过固定板，滚珠丝杠上设置有滚珠螺母，所述滚珠螺母上固定套设所述飞轮，滚珠螺母的两侧均设置有止推轴承，所述止推轴承抵制筒体或固定板。

进一步地，所述滚珠丝杠的一端通过连接球固定设置有多个均匀分布的螺柱，所述第二压电驱动器为环形，第二压电驱动器套设在螺柱上，螺柱上还套设有螺母，所述螺母位于第二压电驱动器的内侧。

进一步地，所述第二摩擦块上开设有圆形凹槽，圆形凹槽与螺柱间隙配合，第二摩擦块通过圆形凹槽套设在螺柱上，第二摩擦块朝向筒体端部为弧形。

进一步地，所述第二摩擦块的圆形凹槽为二段式阶梯槽，圆形凹槽的小径段套设在螺柱上，圆形凹槽的大径段位于第二压电驱动器处。

进一步地，所述筒体上对应第二压电驱动器开设有放线孔槽，所述放线孔槽沿筒体轴向设置。

通过上述技术方案，本发明的有益效果为：

本发明的飞轮、第一摩擦块和第一压电驱动器组成半主动惯容质量单元，第二摩擦块、第二压电驱动器组成半主动阻尼单元。对第一压电驱动输入电压，第一压电驱动器电致伸长将增加第一摩擦块与飞轮的摩擦阻力，实现了惯容系数的调节；对第二压电驱动器输入电压，第二压电驱动器电致伸长将增加第二摩擦块与筒体内壁的摩擦阻力，实现了摩擦阻尼力的调节。半主动惯容质量单元和半主动阻尼单元组合，共同协调工作，保证整个阻尼器的平稳运行，形成双压电半主动惯容质量阻尼器。本发明结构简单，实现了惯容系数的调节，适用范围更广，减振性能更优。

附图说明

图1是本发明一种双压电半主动惯容质量阻尼器的结构示意图；

图2是本发明的图1中A-A的剖视结构示意图；

图3是本发明的图1中B-B的剖视结构示意图。

附图中标号为：1为滚珠丝杠，2为止推轴承，3为滚珠螺母，4为飞轮，5为筒体，6为螺栓，7为第一压电驱动器，8为第一摩擦块，9为固定板，10为第二摩擦块，11为螺柱，12为第二压电驱动器，13为螺母，14为连接球。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”等是基于图1所示的方位或位置关系，“内”、“外”是指距滚珠丝杠轴心线的近远，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～图3所示，本实施例提供一种双压电半主动惯容质量阻尼器，包括筒体5和滚珠丝杠1，还包括第一压电驱动器7和第二压电驱动器12。

具体的，所述筒体5内设置有固定板9，所述固定板9将筒体5分隔成两个空间，所述滚珠丝杠1的一端穿过筒体5和固定板9、位于筒体5内，滚珠丝杠1上传动连接有飞轮4，所述第一压电驱动器7设置在筒体5上，第一压电驱动器7上设置有第一摩擦块8，所述第一摩擦块8与飞轮4相对应，飞轮4、第一摩擦块8和第一压电驱动器7组成半主动惯容质量单元；所述第二压电驱动器12设置在滚珠丝杠1的端部，第二压电驱动器12与筒体5内壁之间设置有第二摩擦块10，第二摩擦块10、第二压电驱动器12组成半主动阻尼单元。半主动惯容质量单元与半主动阻尼单元分别位于固定板9的左右两侧。

在振动发生时，本发明的滚珠丝杆1发生轴向运动，带动飞轮4旋转，带动第二压电驱动器12和第二摩擦块10轴向运动，飞轮4与第一摩擦块8之间形成的是旋转摩擦面，第二摩擦块10与筒体5的内壁之间发生轴向滑动摩擦。本发明通过改变第一压电驱动器7电压，压电驱动器电致形变，改变第一摩擦块8与飞轮5的挤压力，也即是改变第一摩擦块8与飞轮4之间的旋转摩擦力，实现惯容系数的调节，通过改变第二压电驱动器12的电压，改变第二摩擦块10与筒体5内壁的摩擦力，实现了摩擦阻尼力的调节。半主动惯容质量单元和半主动阻尼单元组合，共同协调工作，保证整个阻尼器的平稳运行，形成双压电半主动惯容质量阻尼器。因此，本发明适用范围更广，减振性能更优。

为进一步优化产品结构，所述第一压电驱动器7的数量为多个，本实施例中，第一压电驱动器7的数量为四个，沿周向均匀分布在筒体5的内壁上，第一压电驱动器7通过螺栓6固定设置在筒体5内，第一压电驱动器7上套设所述第一摩擦块8，所述第一摩擦块8朝向飞轮4的端部为弧形、朝向筒体5内壁的端部也为弧形。通过筒体5上的螺栓6可以给飞轮4和第一摩擦块8施加预压力，四个第一摩擦块8围绕飞轮4外周均匀设置，使第一压电驱动器7发生电致形变时，四个第一摩擦块8与飞轮4的旋转摩擦力相同。并且，第一压电驱动器8通过螺栓6固定设置在筒体5的内壁上，在振动发生时，第一压电驱动器7不随飞轮4运动，既可保证第一压电驱动器7免遭剪切力破坏，防止了第一压电驱动器7外接导线可能出现的缠绕问题。

具体的，所述第一压电驱动器7为矩形块状，所述第一摩擦块8上开设有矩形凹槽，矩形凹槽与第一压电驱动器7间隙配合，第一摩擦块8通过矩形凹槽套设在第一压电驱动器7上。通过改变第一压电驱动器7的电压，第一压电驱动器7发生电致形变，可使螺栓6与第一摩擦块8发生相对微运动。

具体的，滚珠丝杠1上设置有滚珠螺母3，所述滚珠螺母3上固定套设所述飞轮4，滚珠螺母3的两侧均设置有止推轴承2，所述止推轴承2抵制筒体5或固定板9，并且相互之间不留间隙，以保证滚珠丝杠1无论向左还是向右运动而带动飞轮4旋转时，飞轮4的相对位置固定。

为进一步优化产品结构，所述滚珠丝杠1的一端通过连接球14固定设置有多个均匀分布的螺柱11，本实施例中，螺柱11的数量为四个，沿滚珠丝杠1的周向均匀固定设置在连接球14上，所述第二压电驱动器12为环形，第二压电驱动器12套设在螺柱11上，螺柱11上还套设有螺母13，所述螺母13位于第二压电驱动器12的内侧，通过调节螺母13在螺柱11上的位置，调节第二压电驱动器12的位置，也即是调节第二摩擦块10与筒体1内壁之间的预压力。

进一步地，所述第二摩擦块10上开设有圆形凹槽，圆形凹槽与螺柱11间隙配合，第二摩擦块10通过圆形凹槽套设在螺柱11上，第二摩擦块10朝向筒体5端部为弧形。通过改变第二压电驱动器12的电压，第二压电驱动器12发生压电变形，可使第二摩擦块10与螺柱11发生相对微运动，改变第二摩擦块10与筒体5内壁之间的挤压力，也即是改变第二摩擦块10与筒体5内壁之间的摩擦力，调节摩擦阻尼力。

具体的，所述第二摩擦块10的圆形凹槽为二段式阶梯槽，圆形凹槽的小径段套设在螺柱11上，圆形凹槽的大径段位于第二压电驱动器12处、与第二压电驱动器12不接触。

具体的，所述筒体5上对应第二压电驱动器12开设有放线孔槽，所述放线孔槽沿筒体5轴向设置，放线孔槽内用于放置第二压电驱动器12的外接电线，当振动发生时，螺柱11会带着环形压电驱动器12一起发生轴向运动，能够防止压电驱动器外接电线的缠绕。

在发生振动时，滚珠丝杠1无论是向左还是向右运动，滚珠丝杠1带动飞轮4旋转，飞轮4与第一摩擦块8产生旋转摩擦力，通过改变第一压电驱动器7的电压，第一压电驱动器7发生电致形变，改变第一摩擦块8与飞轮4之间的距离，即改变飞轮4旋转时受到的阻力，实现惯容系数的调节；滚珠丝杠1带动连接球14、螺柱11、第二压电驱动器12和第二摩擦块10向左或向右运动，第二摩擦块10与筒体5内壁之间产生轴向的滑动摩擦力，通过改变第二压电驱动器12的电压，第二压电驱动器12发生电致形变，改变第二摩擦块10与筒体5内壁之间的距离，即改变第二摩擦块10与筒体5内壁的摩擦力，实现摩擦阻尼力的调节。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种双压电半主动惯容质量阻尼器，包括筒体（5）和滚珠丝杠（1），其特征在于，还包括第一压电驱动器（7）和第二压电驱动器（12），

所述滚珠丝杠（1）的一端穿过筒体（5）、位于筒体（5）内，滚珠丝杠（1）上传动连接有飞轮（4），

所述第一压电驱动器（7）设置在筒体（5）上，第一压电驱动器（7）上设置有第一摩擦块（8），所述第一摩擦块（8）与飞轮（4）相对应；所述第二压电驱动器（12）设置在滚珠丝杠（1）的端部，第二压电驱动器（12）与筒体（5）内壁之间设置有第二摩擦块（10）。

2.根据权利要求1所述的一种双压电半主动惯容质量阻尼器，其特征在于，所述第一压电驱动器（7）的数量为多个，沿周向均匀分布在筒体（5）的内壁上，第一压电驱动器（7）上套设所述第一摩擦块（8），所述第一摩擦块（8）朝向飞轮（4）的端部为弧形。

3.根据权利要求2所述的一种双压电半主动惯容质量阻尼器，其特征在于，所述第一压电驱动器（7）为矩形块状，所述第一摩擦块（8）上开设有矩形凹槽，矩形凹槽与第一压电驱动器（7）间隙配合，第一摩擦块（8）通过矩形凹槽套设在第一压电驱动器（7）上。

4.根据权利要求1所述的一种双压电半主动惯容质量阻尼器，其特征在于，所述筒体（5）内设置有固定板（9），所述滚珠丝杠（1）的一端穿过固定板（9），滚珠丝杠（1）上设置有滚珠螺母（3），所述滚珠螺母（3）上固定套设所述飞轮（4），滚珠螺母（3）的两侧均设置有止推轴承（2），所述止推轴承（2）抵制筒体（5）或固定板（9）。

5.根据权利要求1所述的一种双压电半主动惯容质量阻尼器，其特征在于，所述滚珠丝杠（1）的一端通过连接球（14）固定设置有多个均匀分布的螺柱（11），所述第二压电驱动器（12）为环形，第二压电驱动器（12）套设在螺柱（11）上，螺柱（11）上还套设有螺母（13），所述螺母（13）位于第二压电驱动器（12）的内侧。

6.根据权利要求5所述的一种双压电半主动惯容质量阻尼器，其特征在于，所述第二摩擦块（10）上开设有圆形凹槽，圆形凹槽与螺柱（11）间隙配合，第二摩擦块（10）通过圆形凹槽套设在螺柱（11）上，第二摩擦块（10）朝向筒体（5）端部为弧形。

7.根据权利要求6所述的一种双压电半主动惯容质量阻尼器，其特征在于，所述第二摩擦块（10）的圆形凹槽为二段式阶梯槽，圆形凹槽的小径段套设在螺柱（11）上，圆形凹槽的大径段位于第二压电驱动器（12）处。

8.根据权利要求5所述的一种双压电半主动惯容质量阻尼器，其特征在于，所述筒体（5）上对应第二压电驱动器（12）开设有放线孔槽，所述放线孔槽沿筒体（5）轴向设置。

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