[发明专利]叉型压电堆叠减振环

说明书

本发明提供了一种叉型压电堆叠减振环，包括压电堆叠、叉型保护框、外环和外接分流电路，其中叉型保护框套在轴承上，叉型保护框外套有外环，外环紧箍在叉型保护框上；所述叉型保护框是一种截面为“凹”型的对称环形结构，“凹”型结构凹口的内壁和外壁之间内分布有若干压电堆叠，每个压电堆叠的两端面分别粘在凹口的内壁和外壁上,压电堆叠的极化方向与叉型保护框收到轴承压力载荷方向相同；所有的压电堆叠并联后接入外接电路，串联电阻和电感。本发明可以利用压电分流阻尼技术有效降低传动系统通过轴和轴承传递到支承的振动，并可以有效避免压电堆叠承受切向应力和扭矩，增加压电堆叠的使用寿命。

技术领域

本发明涉及减振装置领域，作用在航空领域转子系统中轴承和轴承座或者机械的箱体上，具体是一种叉型压电堆叠减振环。

背景技术

传统的作用在轴承和轴承座上的减振装置有挤压油膜阻尼器等。挤压油膜阻尼器按其轴颈中心和轴承中心在转子未旋转时是否同心分为带定心弹性支承和不带定心弹性支承的挤压油膜阻尼器，如图1所示是带弹性支承的挤压油膜阻尼器结构简图。挤压油膜阻尼器将振动能量吸收变成热能并被滑油带走，对减小转子临界转速时和经由轴承向外传递的振动，效果十分显著。挤压油膜阻尼器有结构简单，重量轻，体积小，减振效果好等优点。但是，由于油膜刚度的高度非线性可能导致挤压油膜阻尼器在工作过程中锁死、双稳态和非协调的进动现象，传动系统振动过大甚至产生疲劳和碰撞。

该装置的技术论述参考文献为：张家忠,郑铁生,刘士学,等.挤压油膜阻尼器-滑动轴承-刚性传动系统的稳定性及分岔行为.应用力学学报,1996,13(4):35~40。

如图2所示，Atzrodt, Mayer, Melz等研究人员将压电堆叠安装在轴承径向来减小传动轴传递的振动。利用压电分流阻尼技术可以将轴承传递出的振动能量转化为电能，电能通过分流阻尼电路会被耗散掉，从而起到减振作用。但是压电堆在受到剪切力和扭矩的时候容易破碎。所以在转子系统高速旋转的情况下，该装置的环境适应性较差，使用寿命较短。且该装置需要将压电堆埋在机箱里，对于一般的工程结构不易安装和加工。

该装置的技术论述参考文献为：Atzrodt H, Mayer D, Melz T. Reduction ofBearing Vibrations with Shunt Damping. 16th International Congress on Soundand Vibration. 2009: 2383-2389。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种叉型压电堆叠减振环，可以利用压电分流阻尼技术有效降低传动系统通过轴和轴承传递到支承的振动，并可以有效避免压电堆叠承受切向应力和扭矩，增加压电堆叠的使用寿命。

本发明包括压电堆叠、叉型保护框、外环和外接分流电路，其中叉型保护框套在轴承上，叉型保护框外套有外环，外环紧箍在叉型保护框上；所述叉型保护框是一种截面为“凹”型的对称环形结构, “凹”型结构凹口的内壁和外壁之间内分布有若干压电堆叠，每个压电堆叠的两端面分别粘在凹口的内壁和外壁上,压电堆叠的极化方向与叉型保护框收到轴承压力载荷方向相同，当凹口的内外壁某处收到压力使得径向间距缩短时，“凹”型结构的弯曲程度增大，压缩压电陶瓷上下两个端面，从而将减振环受到的径向力转化为压电堆叠极化方向的压力；所有的压电堆叠并联后接入外接电路，串联电阻和电感。

本发明有益效果在于：

1、在和轴承连接的轴上施加竖直方向的正弦激励，通过MATLAB数值仿真计算，得到在频域范围内连接外界电路和不连接外接电路的情况下系统的力传递率。当连接外接电路后，此减振环在该方向力传递率峰值下降了60%，具有明显的减振效果。

2、由于减振环是环状结构，在轴承径向平面内对称分布，所以当受到其他径向平面内的激励时同样可以起到减振效果。

3、基于压电分流阻尼技术的被动控制技术具有很高的鲁棒性，且反应迅速。