[发明专利]一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种主动隔振装置，用于振动结构与基础之间的振动隔离，主要涉及一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置

 [0002]  背景技术

由弹簧和阻尼器组成一个最基本的减振器，属于被动减振方式。在一般情况下，弹簧的刚度系数和阻尼器的阻尼系数是一个确定的常值，被动隔振系统的参数一旦确定，其适用范围便固定了，若要改变其适用范围需重新设计系统，所以，被动减振方式只在一定频率范围内有效，适应频带窄。根据振动理论可知，只有当激励频率与系统固有频率之比大于1.414时，减振器才有减振效果，因此，被动减振技术仅适用于中、高频范围的减振系统。

主动减振技术利用外部能源，在系统受到外部激励而引起振动的过程中，瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性，以迅速衰减系统的动力响应，适应频带宽。目前，基于智能材料的主动减振方法应用日益广泛。基于智能材料结构的主动/半主动减振技术，打破了传统的材料科学与机械工程的界限，得到了学术界和工程界的高度重视，是国内外目前研究和开发的热点之一，是减振技术的一个发展趋势。用于振动主动控制的智能材料主要有压电陶瓷、形状记忆合金、磁流变流体和电流变流体。其中压电陶瓷由于其独有的机电耦合特性，刚度大，结构简单，体积小，无机械摩擦，无热交换和噪音等特点，是一种应用最广泛的智能材料之一。

基于压电陶瓷作动器的主动减振技术适应频带宽，环境适应能力强，同时对被动减振技术难以解决的低频振动问题也适应。然而，基于压电陶瓷作动器的主动减振方法都是通过直接抑制激振力的方法来减小振幅或振动力的，其实现会受到压电陶瓷作动器的机电耦合特性的限制，需要另外设计复杂的位移放大装置，同时需要很高的驱动电压才能实现。

 发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，这种基于压电陶瓷作动器的主动减振技术的主动隔振装置以间接的方式改变振动系统的阻尼特性以及刚度特性。

为了解决上述技术问题，本发明所使用的一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，包括基座、基本弹簧、筒状结构、输出连接板，压电陶瓷作动器、摩擦块、压电陶瓷输出轴、压电陶瓷防护罩；基本弹簧的下端与基座相联，筒状结构的下端与基座相联，筒状结构位于基本弹簧内部并与基本弹簧并联；基本弹簧的上端与压电陶瓷防护罩相联；筒状结构的上端与压电陶瓷作动器相联；压电陶瓷作动器安装在压电陶瓷防护罩的里面，压电陶瓷作动器安装有二根以上的压电陶瓷输出轴；压电陶瓷防护罩侧面上开有与压电陶瓷输出轴相对应的长通孔，长通孔的周围为摩擦面，压电陶瓷输出轴另一端穿过通孔至摩擦面的外侧，摩擦块固定安装在摩擦面外侧的压电陶瓷输出轴上，输出连接板固定安装在压电陶瓷防护罩上。 

在上述技术方案中，由于把安装有摩擦块的压电陶瓷作动器安装在筒状结构上，通过外加电场控制压电陶瓷作动器动作而产生微位移，带动两端的压电陶瓷输出轴向内缩而压紧于压电陶瓷防护罩的摩擦面上，在系统振动时依靠二者之间的相对运动产生摩擦力，利用系统的粘滑振动响应模式和特性，通过改变系统的阻尼特性和刚度特性，以间接的方式抑制振动位移或反作用力的传递。与直接利用压电陶瓷作动器抑制激振力的方法来减小振幅或振动力的方式相比，它不需要复杂的位移放大装置，也不需要很高的驱动电压，有效地改善了减振效果受压电陶瓷作动器机电耦合特性限制的问题，结构简单，更易于实现。

作为本发明的进一步改进，基本弹簧的下端通过第四法兰与基座相联，基本弹簧的上端通过第二法兰与压电陶瓷防护罩相联；主动弹簧的下端通过第三法兰与基座相联，主动弹簧的上端通过第一法兰与压电陶瓷作动器相联。弹簧与基座、弹簧与压电陶瓷作动器、弹簧与压电陶瓷防护罩之间通过法兰相连接。这样做可以使弹簧更好的与其他部件相连接。

作为本发明的进一步改进，本发明要进一步解决的问题是提供一种刚度及阻尼可调的主动隔振装置，这种主动隔振装置能够使阻尼特性和刚度特性做更大的改变。为此，在本发明进一步改进的技术方案中，把筒状结构改为弹簧，并成为主动弹簧。

作为本发明的进一步改进，长通孔的长度大于主动弹簧的最大变形量，输出轴在长通孔中的起始位置位于靠近长通孔底部的位置，这样有利于发挥主动弹簧的最大作用。