CN114060452A - 一种基于压电作动的主被动混合隔振器 - Google Patents
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Abstract
一种基于压电作动的主被动混合隔振器，属于振动控制技术领域，解决现有隔振器低频隔振性能差、环境适应性不强、隔振可靠性低的问题。来自外部的振动先通过下套筒传递至阻尼缓冲器主体，耗散大部分的振动能量后将残余振动传递至上套筒，后经上套筒内部的调节螺钉、压电堆下保护壳传递至压电堆，压电堆接收外部驱动电压控制信号利用逆压电效应使压电堆产生形变或输出力，配合压电堆上保护壳、碟簧组合、力输出杆，对残余振动进行主动抵消，最后经螺纹连接传递到被隔振物体，实现对被隔振物体的主被混合隔振。采用本装置进行隔振的可靠性有较大提高，且在中低频段的隔振效果大大提高，能够拓宽有效隔振的频率带宽，对复杂环境的适应性更强。
Description
所属技术领域
本发明涉及振动控制领域，具体涉及一种基于压电作动的主被动混合隔振器。
背景技术
随着技术的不断发展，实际工程中的装备作业精度和可靠性问题越来越受到重视，对于精密仪器设备来说，由于其所处的空间环境有时比较恶劣，设备与环境之间相互作用会产生一些不可避免的振动，另外设备自身的动力部件在工作时也会产生振动，如果这些振动通过机械结构传递到设备搭载的某种敏感仪器上，就会影响该敏感仪器的工作稳定性及可靠性，甚至影响整个设备的运行状况。所以为了避免这种情况的发生，必须采用合理的技术手段对振动进行控制，将振动的传递减小到允许的范围之内，隔振技术就此产生。
隔振技术是指在被隔振对象与振源之间，加入隔振器使得振动能量向被隔振体的传递减少。目前隔振器主要可分为被动隔振器、主动隔振器及混合隔振器三种类型。
被动隔振器大多是通过增加阻尼耗能装置、吸振结构来减少振动的传递，不需要外部能量输入来完成振动控制工作。优点是结构简单、易于实现、经济性好等；缺点是由于被动隔振器的结构参数固定，不便随着外部激励的变化进行相应的改变。
主动隔振器的主要工作元件是作动器，通过控制系统驱动作动器使隔振器根据实际工作的环境变化做出不同的反馈，通过调节控制参数，可以对结构实现准确有效的振动控制。但单纯利用主动隔振器进行振动控制能源消耗巨大，而且主动隔振的宽频带隔振效果较差。
混合隔振器将被动隔振元件和主动隔振元件结合到一起，在主动隔振失效时，被动隔振仍然起到一部分隔离振动的作用，可以提高整个隔振系统的安全性和稳定性。目前作为混合隔振器的被动隔振元件有空气弹簧、线性弹簧、橡胶等，主动隔振元件有电磁作动器、磁致伸缩作动器、压电陶瓷作动器、形状记忆合金等。如文献“段鹏飞,范斌,项卫国.某无人机光电平台隔振设计及试验分析[J].航天返回与遥感,2012,33(05):39-46.”中涉及的单级隔振系统，在进行试验时暴露出低频共振响应放大的问题，即低频处的隔振效果差，并且对工作中出现不确定因素干扰时，无法做出主动反应，对复杂环境的适应性不高。
发明内容
本发明提出一种基于压电作动的主被动混合隔振器，其被动隔振元件为阻尼缓冲器，主动隔振元件为压电作动器。
本发明解决问题所采用的技术方案为：预紧力可调的压电作动器以及配合使用的阻尼缓冲器组件；所述的压电作动器包括力输出杆、碟簧组合、上套筒、压电堆上保护壳、压电堆、压电堆下保护壳、预紧调节螺钉；阻尼缓冲器组件包括阻尼缓冲器主体、螺纹连接件、下套筒。
进一步：所述压电作动器的力输出杆与上套筒之间布置有碟簧组合；力输出杆通过压电堆上保护壳、压电堆、压电堆下保护壳及预紧调节螺钉被压紧在上套筒内端面，通过调整预紧调节螺钉的旋进深度实现对压电堆预紧力大小的调节。
进一步：所述压电作动器与阻尼缓冲器设置为上下嵌套关系，上套筒开有连接孔与阻尼缓冲器主体的伸出杆进行过盈连接使压电作动器与阻尼缓冲器串联成一整体。
优选的：所述上套筒上端中心位置留有通孔，与力输出杆的光杆部分构成间隙配合；所述上套筒开有直槽口，作为压电堆的导线走线路径。
优选的：所述的力输出杆尾端有外螺纹用于与被隔振物体的连接，且头部开有一字槽便于将力输出杆旋进被隔振物体中。
优选的：所述上套筒的下端尾部有内螺纹用于与预紧调节螺钉形成螺纹连接，从而将压电堆下保护壳、压电堆、压电堆上保护壳、碟簧组合、力输出杆压紧在上套筒内端面；并且所述碟簧组合处于压缩状态，用于压电堆的预紧，其预紧力的大小由预紧调节螺钉的旋进深度决定。
优选的：所述下套筒上端开有四个均布的阻尼缓冲器安装孔，用于阻尼缓冲器主体的安装，将阻尼缓冲器主体穿过该孔，使用螺纹连接件固定在下套筒上部；所述下套筒上端中心位置留有压电作动器的放置孔，孔径大小满足上套筒的垂直运动不受影响；所述下套筒底部开有四个均布的基座安装孔，用于与外部基座连接。
本发明与现有产品相比具有以下效果：本装置的混合隔振器，包括预紧力可调的压电作动器与阻尼缓冲器组件，采用串联形式将压电作动器和阻尼缓冲器结合在一起，来自振源的振动先经过阻尼缓冲器实现主要减振，再经过压电作动器的补偿抵消残余的振动。
本发明与单独的主动隔振器相比，本装置进行隔振的可靠性有较大提高，在作动器失效的情况下，此隔振器相当于一个被动隔振器，仍可以有隔振效果；与单独的被动隔振器相比，本装置在中低频段的隔振效果大大提高，能够拓宽有效隔振的频率带宽，对复杂环境的适应性更强。
附图说明
图1是基于压电作动的主被动混合隔振器的结构示意图；
图2是该混合隔振器的工作原理示意图；
图3是压电作动器的结构示意图；
图4是阻尼缓冲器组件的结构示意图；
图5是压电作动器的走线示意图；
图中：1—力输出杆；2—碟簧组合；3—上套筒；4—压电堆上保护壳；5—压电堆；6—压电堆下保护壳；7—阻尼缓冲器主体；8—螺纹连接件；9—预紧调节螺钉；10—下套筒；11—被隔振物体、12—基座、13—直槽形导线孔；14—阻尼缓冲器连接孔；15—压电作动器放置孔；16—阻尼缓冲器安装孔；17—基座安装孔；18—导线。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
如图1至图5所示，本发明所述的一种基于压电作动的主被动混合隔振器，包括预紧力可调的压电作动器以及配合使用的阻尼缓冲器组件；压电作动器包括力输出杆1、碟簧组合2、上套筒3、压电堆上保护壳4、压电堆5、压电堆下保护壳6、预紧调节螺钉9；阻尼缓冲器组件包括阻尼缓冲器主体7、螺纹连接件8、下套筒10。
进一步：压电作动器与阻尼缓冲器设置为上下嵌套关系，上套筒3开有连接孔14与阻尼缓冲器主体7的伸出杆进行过盈连接使压电作动器与阻尼缓冲器串联成一整体。
进一步：上套筒3的下端尾部有内螺纹用于与预紧调节螺钉9形成螺纹连接，从而将压电堆下保护壳6、压电堆5、压电堆上保护壳4、碟簧组合2、力输出杆1压紧在上套筒3内端面；碟簧组合2在工作时始终处于压缩状态，用于压电堆5的预紧，其预紧力的大小由预紧调节螺钉9的旋进深度决定。
进一步：上套筒3上端中心位置留有通孔，与力输出杆1的光杆部分构成间隙配合；所述上套筒3开有直槽口13，作为压电堆5的导线18走线路径；力输出杆1尾端有外螺纹用于与被隔振物体11的连接，且头部开有一字槽19便于将力输出杆1旋进被隔振物体11中。
进一步：下套筒10上端开有四个均布的阻尼缓冲器安装孔16，用于阻尼缓冲器主体7的安装，阻尼缓冲器主体7穿过安装孔16使用螺纹连接件8固定在下套筒10上部；下套筒10上端中心位置留有压电作动器放置孔15，孔径大小满足上套筒3的垂直运动不受影响；下套筒10底部开有四个均布基座安装孔17用于与基座12连接。
本装置进行工作的原理是：当基座12受到外部振动时，振动首先通过下套筒10传递至阻尼缓冲器7，经过阻尼缓冲器7耗散大部分的振动能量，完成被动减振，减振后将残余振动传递至上套筒3，然后经上套筒3内部的调节螺钉9、压电堆下保护壳6传递至压电堆5，压电堆接收外部驱动电压控制信号利用逆压电效应使压电堆产生形变或输出力，配合压电堆上保护壳4、碟簧组合2、力输出杆1，实现对残余振动进行主动抵消，力输出杆1与被隔振物体11采用螺纹连接固定，从而实现被隔振物体的主被混合隔振。综上，本装置采用串联形式将主动部分和被动部分组合在一起，来自振源的振动先经过阻尼缓冲器实现被动减振，再经过压电作动器实现主动减振，可有效地对振动进行控制。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。
Claims (4)
1.一种基于压电作动的主被动混合隔振器，其特征在于：预紧力可调的压电作动器以及配合使用的阻尼缓冲器组件；所述的压电作动器包括力输出杆(1)、碟簧组合(2)、上套筒(3)、压电堆上保护壳(4)、压电堆(5)、压电堆下保护壳(6)、预紧调节螺钉(9)；阻尼缓冲器组件包括阻尼缓冲器主体(7)、螺纹连接件(8)、下套筒(10)。
所述压电作动器的力输出杆(1)与上套筒(3)之间布置有碟簧组合(2)；力输出杆(1)通过压电堆上保护壳(4)、压电堆(5)、压电堆下保护壳(6)及预紧调节螺钉(9)被压紧在上套筒(3)内端面，通过调整预紧调节螺钉(9)的旋进深度实现对压电堆(5)预紧力大小的调节。
所述压电作动器与阻尼缓冲器设置为上下嵌套关系，上套筒(3)开有连接孔与阻尼缓冲器主体(7)的伸出杆进行过盈连接使压电作动器与阻尼缓冲器串联成一整体。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电作动的主被动混合隔振器，其特征在于：所述上套筒(3)上端中心位置留有通孔，与力输出杆(1)的光杆部分构成间隙配合；所述上套筒(3)开有直槽口，作为压电堆(5)的导线走线路径；所述的力输出杆(1)尾端有外螺纹用于与被隔振物体的连接，且头部开有一字槽便于将力输出杆(1)旋进被隔振物体中。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电作动的主被动混合隔振器，其特征在于：所述上套筒(3)的下端尾部有内螺纹用于与预紧调节螺钉(9)形成螺纹连接，从而将压电堆下保护壳(6)、压电堆(5)、压电堆上保护壳(4)碟簧组合(2)、力输出杆(1)压紧在上套筒(3)内端面；所述碟簧组合(2)处于压缩状态，用于的压电堆(5)的预紧，其预紧力大小由预紧调节螺钉(9)的旋进深度决定。
4.根据权利要求1所述的一种基于压电作动的主被动混合隔振器，其特征在于：所述下套筒(10)上端开有四个均布的阻尼缓冲器安装孔，用于阻尼缓冲器主体(7)的安装，将阻尼缓冲器主体(7)穿过该孔，使用螺纹连接件(8)固定在下套筒(10)上部；所述下套筒(10)上端中心位置留有压电作动器的放置孔，孔径大小满足上套筒(3)的垂直运动不受影响；所述下套筒(10)底端开有四个均布的基座安装孔，用于与外部基座连接。
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