基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器，由主動(dòng)執(zhí)行器和被動(dòng)隔振裝置兩大部分組成，主動(dòng)執(zhí)行器包括外套筒、后擋塊、壓電陶瓷堆、力輸出桿的、直線軸承、調(diào)整件組成；被動(dòng)隔振裝置與主動(dòng)執(zhí)行器公用一個(gè)外套筒，將丁基合成橡膠硫化在外套筒與被動(dòng)隔振裝置的力傳遞桿的桿徑之間，力傳動(dòng)桿伸出外套筒一側(cè)的外圓車螺紋。本發(fā)明的基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器結(jié)構(gòu)簡單、自身質(zhì)量小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，解決壓電陶瓷不能承受徑向載荷的問題，整體尺寸較小，適合安裝于各種隔振平臺(tái)上，結(jié)構(gòu)間隙極小，可達(dá)到較高控制精度，耐久性好，特別適用于航天航空環(huán)境和對隔振裝置空間較小、控制精度要求較高的敏感儀器的隔振。
【專利說明】基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及振動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器。
[0002]【背景技術(shù)】:
隔振技術(shù)是一種振動(dòng)控制的方法，廣泛應(yīng)用于海陸空各種機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域，并且在快速的發(fā)展當(dāng)中。被動(dòng)隔振技術(shù)發(fā)展最早，目前理論最為成熟，應(yīng)用最廣泛，其具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性和可靠性高，不需外界提供能源的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)被動(dòng)隔振在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用中存在局限性，對低頻振動(dòng)的隔離效果不理想，應(yīng)用的頻率范圍不寬。其次，適應(yīng)性較差，當(dāng)工作中遇到隨機(jī)性外擾時(shí)，被動(dòng)結(jié)構(gòu)無法做出相對應(yīng)的主動(dòng)對應(yīng)變化，導(dǎo)致隔振效果不能滿足要求。尤其在敏感設(shè)備工作精度越來越高的航空航天領(lǐng)域，純被動(dòng)隔振系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求。主動(dòng)隔振的性能主要集中在中低頻，根據(jù)環(huán)境變化可隨時(shí)改變控制算法，但需額外提供能源和相應(yīng)的測量信息，另外控制系統(tǒng)會(huì)有不穩(wěn)定現(xiàn)象，主動(dòng)隔振一旦失效，整個(gè)系統(tǒng)就失去隔振性能。
[0003]隨著航空航天等領(lǐng)域?qū)Ω粽裥阅芤蟮奶岣?，單純的被?dòng)隔振和主動(dòng)隔振都不能滿足實(shí)際工程需要，故主被動(dòng)一體化隔振的研究越發(fā)的重要。主被動(dòng)一體化隔振技術(shù)兼顧了主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振技術(shù)主動(dòng)隔振技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠提供較寬頻帶的隔振，可靠性高、魯棒性好，能達(dá)到最佳的隔振效果。
[0004]目前，現(xiàn)有的主被動(dòng)混合隔振器普遍采用電磁執(zhí)行器(CN1431757A)和磁致伸縮執(zhí)行器(CN101144516A)，此種執(zhí)行器在連續(xù)工作過程中易發(fā)熱必須得到抑制或補(bǔ)償，需設(shè)計(jì)配套的冷卻系統(tǒng)，無疑增加隔振器質(zhì)量、設(shè)計(jì)難度和控制難度。另外目前主被動(dòng)混合隔振器結(jié)構(gòu)尺寸較大，不易與隔振對象集成在一起，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上緊湊度不足，難以達(dá)到較高的控制精度。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種工作頻帶寬、安全性能高、控制精度高、能耗低、空間布置方便、可在航空航天環(huán)境下應(yīng)用的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器，由主動(dòng)執(zhí)行器和被動(dòng)隔振裝置兩大部分組成，主動(dòng)執(zhí)行器包括外套筒，后擋塊與外套筒之間通過貫穿外套筒管壁的六角頭螺栓連接，后擋塊的一側(cè)凸起的半球形體與后調(diào)節(jié)件的錐形面相切，后調(diào)節(jié)件另一側(cè)端面有沉孔，沉孔的尺寸與壓電陶瓷堆的柱狀外形相匹配，力輸出桿的一側(cè)凸起的半球形體與前調(diào)節(jié)件的錐形面相切，前調(diào)節(jié)件另一側(cè)端面有沉孔，沉孔的尺寸與壓電陶瓷堆的柱狀外形相匹配，壓電陶瓷堆放置與后調(diào)節(jié)件、前調(diào)解件之間，力輸出桿的凸起的半球尾部的圓柱外部套有直線軸承，直線軸承外圓與外套筒內(nèi)孔配合連接，直線軸承與前擋板之間套有限位彈簧，前擋板與外套筒螺紋連接，力輸出桿中部凸起的環(huán)形臺(tái)肩與前擋板之間套有預(yù)緊彈簧，力輸出桿伸出前擋板的外圓柱端車有螺紋；
被動(dòng)隔振裝置與主動(dòng)執(zhí)行器公用一個(gè)外套筒，將丁基合成橡膠硫化在外套筒與被動(dòng)隔振裝置的力傳遞桿的桿徑之間，力傳遞桿的桿徑打磨粗糙，力傳動(dòng)桿靠近六角頭螺栓一側(cè)凸起一段圓柱臺(tái)肩與外套筒內(nèi)孔間隙配合連接，力傳動(dòng)桿伸出外套筒一側(cè)的外圓車螺紋。
[0007]壓電陶瓷堆是由8*8mm、厚度為Imm的PZT-5壓電陶瓷片按照電學(xué)上并聯(lián)、力學(xué)上串聯(lián)的方式進(jìn)行連接，壓電片之間用導(dǎo)電片膠粘連接，最后在壓電陶瓷堆外壁套一層環(huán)氧套管作為絕緣層。
[0008]壓電陶瓷堆的電極從外套筒壁上的線孔引出，與外部壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源和主動(dòng)控制器連接。
[0009]所有金屬部件采用lCrl8Ni不銹鋼材料。
[0010]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明的基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器結(jié)構(gòu)簡單、自身質(zhì)量小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)上采用兩個(gè)調(diào)節(jié)件正反向夾裝壓電陶瓷，調(diào)節(jié)件錐面與力輸出桿球面相切配合，這樣運(yùn)用較小的結(jié)構(gòu)解決壓電陶瓷不能承受徑向載荷的問題。整體尺寸較小，適合安裝于各種隔振平臺(tái)上，結(jié)構(gòu)間隙極小，可達(dá)到較高控制精度，耐久性好，各部分結(jié)構(gòu)物理化學(xué)性能穩(wěn)定，不易受外界條件影響，特別適用于航天航空環(huán)境和對隔振裝置空間較小、控制精度要求較高的敏感儀器的隔振。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中1-外套筒，2-前擋板，3-力輸出桿，4-限位彈簧，5-預(yù)緊彈簧，6_直線軸承，71-后調(diào)整件，72-前調(diào)整件，8-后擋塊，9-六角頭螺栓，10-壓電陶瓷堆，11-線孔。
【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
由圖1所示，基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器，由主動(dòng)執(zhí)行器和被動(dòng)隔振裝置兩大部分組成，主動(dòng)執(zhí)行器包括外套筒1，后擋塊8與外套筒I之間通過貫穿外套筒管壁的六角頭螺栓9連接，后擋塊8的一側(cè)凸起的半球形體與后調(diào)節(jié)件71的錐形面相切，后調(diào)節(jié)件71另一側(cè)端面有沉孔，沉孔的尺寸與壓電陶瓷堆10的柱狀外形相匹配，力輸出桿3的一側(cè)凸起的半球形體與前調(diào)節(jié)件72的錐形面相切，前調(diào)節(jié)件72另一側(cè)端面有沉孔，沉孔的尺寸與壓電陶瓷堆10的柱狀外形相匹配，壓電陶瓷堆10放置與后調(diào)節(jié)件71、前調(diào)解件72之間，力輸出桿3的凸起的半球尾部的圓柱外部套有直線軸承6，直線軸承6外圓與外套筒I內(nèi)孔配合連接，直線軸承6與前擋板2之間套有限位彈簧4，前擋板2與外套筒I螺紋連接，力輸出桿3中部凸起的環(huán)形臺(tái)肩與前擋板2之間套有預(yù)緊彈簧5，力輸出桿3伸出前擋板2的外圓柱端車有螺紋；
被動(dòng)隔振裝置與主動(dòng)執(zhí)行器公用一個(gè)外套筒1，將丁基合成橡膠12硫化在外套筒與被動(dòng)隔振裝置的力傳遞桿3的桿徑之間，力傳遞桿3左端打磨粗糙使丁基合成橡膠12易于粘合，力傳動(dòng)桿3靠近六角頭螺栓9 一側(cè)凸起一段圓柱臺(tái)肩與外套筒I內(nèi)孔間隙配合連接，力傳動(dòng)桿3伸出外套筒I一側(cè)的外圓車螺紋。
[0013]壓電陶瓷堆10是由8*8mm、厚度為Imm的PZT-5壓電陶瓷片按照電學(xué)上并聯(lián)、力學(xué)上串聯(lián)的方式進(jìn)行連接，壓電片之間用導(dǎo)電片膠粘連接，最后在壓電陶瓷堆外壁套一層環(huán)
氧套管作為絕緣層。
[0014]壓電陶瓷堆10的電極從外套筒I壁上的線孔11引出，與外部壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源和主動(dòng)控制器連接。[0015]所有金屬部件采用lCrl8Ni不銹鋼材料。
[0016]安裝時(shí)，首先將橡膠硫化到外套筒I與力傳遞桿3之間，通過加入的固化劑比例不同可調(diào)節(jié)橡膠的剛度，硫化后提高橡膠的耐熱性和強(qiáng)度，壓電陶瓷堆10的壓電片之間用導(dǎo)電片膠粘連接，最后在壓電陶瓷堆10外壁套一層環(huán)氧套管作為絕緣層，導(dǎo)線引出兩端電極，安裝壓電陶瓷作動(dòng)器時(shí)先將后擋塊8放置與外套筒I中，并用六角頭螺栓9將后擋塊8與外套筒I固定，然后將壓電陶瓷堆10放置與兩調(diào)節(jié)件71、72之間，其中兩調(diào)節(jié)件71、72內(nèi)側(cè)放置壓電陶瓷堆10的凹槽方向相反，此種方式可對壓電陶瓷周向定位，使其無論在撞擊、拆卸等任何情況下，不會(huì)發(fā)生周向的偏移，將夾裝好的壓電陶瓷堆10放置與外套筒I中，使其電極通過線孔導(dǎo)出，使用時(shí)控制信號(hào)由控制接線接入隔振器，進(jìn)而控制壓電陶瓷作動(dòng)器提供所需的控制力或位移，夾裝好的壓電陶瓷堆10 —端通過調(diào)節(jié)件71、72外側(cè)設(shè)計(jì)的圓錐面與后擋塊8半球面相切定位，另一端與力輸出桿3的半球面相切，將直線軸承6套在力輸出桿3粗端，將預(yù)緊彈簧5套在力輸出桿3細(xì)端，將限位彈簧4放置與外套筒I中，最后將前擋板2即調(diào)力螺母與外套筒I螺紋配合，通過調(diào)節(jié)前擋板2可調(diào)整壓電陶瓷堆10內(nèi)預(yù)壓力。
[0017]基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器可以根據(jù)不同的隔振需求，選擇不同的布置安裝方式，即壓電陶瓷作動(dòng)器安裝在隔振對象與中間質(zhì)量之間，即壓電陶瓷作動(dòng)器安裝在中間質(zhì)量與基礎(chǔ)激勵(lì)之間，在基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器工作時(shí)，所述的前擋板上可設(shè)有與壓電陶瓷作動(dòng)器的工作狀態(tài)控制端相連的振動(dòng)傳感器，傳感器采集信號(hào)并通過A/D轉(zhuǎn)換后傳給控制器，控制器通過運(yùn)算將最后生成的控制信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換和功率放大器驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷作動(dòng)器工作，使用本發(fā)明的基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器，隔振頻帶將明顯加寬，尤其中低頻段的隔振效果明顯提升；隔振器中的被動(dòng)隔振裝置可以在主動(dòng)機(jī)構(gòu)失效的情況下繼續(xù)工作，保證一定的隔振效果，提高了被控對象的安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器，由主動(dòng)執(zhí)行器和被動(dòng)隔振裝置兩大部分組成，其特征是:主動(dòng)執(zhí)行器包括外套筒(1)，后擋塊(8)與外套筒(I)之間通過貫穿外套筒管壁的六角頭螺栓(9)連接，后擋塊(8)的一側(cè)凸起的半球形體與后調(diào)節(jié)件(71)的錐形面相切，后調(diào)節(jié)件(71)另一側(cè)端面有沉孔，沉孔的尺寸與壓電陶瓷堆(10)的柱狀外形相匹配，力輸出桿(3)的一側(cè)凸起的半球形體與前調(diào)節(jié)件(72)的錐形面相切，前調(diào)節(jié)件(72)另一側(cè)端面有沉孔，沉孔的尺寸與壓電陶瓷堆(10)的柱狀外形相匹配，壓電陶瓷堆(10)放置與后調(diào)節(jié)件(71)、前調(diào)解件(72)之間，力輸出桿(3)的凸起的半球尾部的圓柱外部套有直線軸承(6)，直線軸承(6)外圓與外套筒(I)內(nèi)孔配合連接，直線軸承(6)與前擋板(2)之間套有限位彈簧(4)，前擋板(2)與外套筒(I)螺紋連接，力輸出桿(3)中部凸起的環(huán)形臺(tái)肩與前擋板(2)之間套有預(yù)緊彈簧(5)，壓電陶瓷(10)的導(dǎo)線通過線孔(11)導(dǎo)出，力輸出桿(3)伸出前擋板(2)的外圓柱端車有螺紋； 被動(dòng)隔振裝置與主動(dòng)執(zhí)行器公用一個(gè)外套筒(I)，將丁基合成橡膠(12)硫化在外套筒與被動(dòng)隔振裝置的力傳遞桿(3)的桿徑之間，力傳遞桿(3)的桿徑打磨粗糙，力傳動(dòng)桿(3)靠近六角頭螺栓(9) 一側(cè)凸起一段圓柱臺(tái)肩與外套筒(I)內(nèi)孔間隙配合連接，力傳動(dòng)桿(3)伸出外套筒(I) 一側(cè)的外圓車螺紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器，其特征在于:壓電陶瓷堆(10)是由8*8mm、厚度為Imm的PZT-5壓電陶瓷片按照電學(xué)上并聯(lián)、力學(xué)上串聯(lián)的方式進(jìn)行連接，壓電片之間用導(dǎo)電片膠粘連接，最后在壓電陶瓷堆外壁套一層環(huán)氧套管作為絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器，其特征在于:壓電陶瓷堆(10)的電極從外套筒(I)壁上的線孔(11)引出，與外部壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源和主動(dòng)控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電作動(dòng)的緊湊型主被動(dòng)一體化隔振器，其特征在于:所有金屬部件采用lCrl8Ni不銹鋼材料。
【文檔編號(hào)】F16F15/18GK104033539SQ201410246100
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】陳照波, 張洋, 焦映厚, 李雨時(shí) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)