本發明專利技術公開了一種壓電-干摩擦復合型減振裝置，屬于旋轉機械振動和噪聲抑制技術領域。所述裝置包括干摩擦阻尼部件、壓電阻尼部件和限位部件，所述的壓電阻尼部件固定在干摩擦阻尼部件的內側，干摩擦阻尼部件通過限位部件固定在減振對象上。所述的干摩擦阻尼部件為阻尼環/套筒結構，所述阻尼環/套筒結構設置具有翻邊的開口結構，與開口相對的位置設置配重；在所述的阻尼環/套筒的內表面設置有壓電片的安裝平臺。所述的壓電阻尼部件由分布式的壓電片和他們各自連接的電路構成。在不影響功能的同時，阻尼器設計更緊湊；提升了阻尼器的減振效果；增加了阻尼器的可靠性；簡化了壓電阻尼的安裝和拆卸；拓寬了阻尼器的設計減振范圍。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種可同時提供壓電阻尼和干摩擦阻尼的減振裝置，所述的減振裝置為具有開口和配重的環或套筒，其上布置有壓電材料及電路，屬于旋轉機械振動和噪聲抑制
技術介紹
旋轉機械是于航空、航天、能源、動力及機械工程中的一類核心部件，如航空發動機中的葉盤結構、地面動力機械中的汽輪機轉子、傳動機械中的各式齒輪等。現代工業的發展對各類動力機械裝置均提出了高速、重載、輕量方面的要求，這使得這一類核心部件的振動問題變得日益突出。由于這類部件在工作時高速旋轉，激振力復雜，因而并非所有理論上可行的減振措施都能應用較為傳統和常見的為干摩擦減振技術、擠壓油膜減振技術等，新興的尚處于學術發展的有壓電阻尼技術等。( I)干摩擦減振技術干摩擦指物件間或試樣間不加任何潤滑劑時的摩擦。通常，在結構系統中引入干摩擦元件，并在適當的設計參數下使得摩擦界面上產生相對滑移，可以產生阻尼消耗系統的振動能量，抑制結構的振動水平，這一方法已在旋轉機械的減振中得到了廣泛的應用。具體地，在工程中被實現的干摩擦減振裝置(阻尼器)有用于薄殼結構的阻尼環、等厚阻尼套筒、指狀阻尼套筒等；航空發動機輪盤上常用的緣板阻尼塊和葉片凸肩等。干摩擦阻尼器的優勢是實現簡單，性能可靠，振動抑制效果明顯等。在振動工程中，常根據系統在共振頻帶內的響應放大因子(即穩態響應幅值與靜變形之比)來衡量阻尼系統的振動抑制效果。然而，由于干摩擦現象的非線性本質，其振動抑制效果直接受激振力幅值的影響。即，一旦摩擦面上的正壓力確定(由阻尼元件的過盈量，開口量，工作轉速等設計參數確定)，其振動抑制效果只在某一個激振力水平處達到最佳。當實際激振力小于或大于這一最佳值時，其振動抑制效果將迅速減弱，甚至無法產生干摩擦阻尼，參見參考文獻:李琳，范雨，戴光昊.二自由度扭轉干摩擦系統的頻域求解方法.航空動力學報，2012(11)。雖然這一特點可以通過引入多個具有不同設計參數的干摩擦元件進行改進，卻在一定程度上增加了系統的設計難度和復雜度，對于一些不具備充足空間的應用場合(如航空發動機的葉盤結構)也是不現實的。(2)壓電減振技術在振動的結構上設置壓電層/片，并在壓電材料上鋪設電極，在電極兩端連接具有電感、電容、電阻(或它們的組合)的電路，即可構成壓電分支阻尼系統。該系統的減振原理是利用壓電材料的雙向機電耦合特性，將機械場的振動能量轉換為電能，并利用具有耗散特性的電路元件對這一轉換而來的電能進行損耗，從而達到降低系統振動能量和振動水平的目的。具體地，分支電路中的電容將影響原結構的剛度；電阻將增加原結構的阻尼；電感將影響原結構的慣性；電容-電感-電阻將構成一個“電吸振器”，參見參考文獻 -M雨，基于壓電材料的自供能振動抑制系統，北京航空航天大學學位論文，2012。壓電分支阻尼的優勢在于易于實現，設備輕便，適應性廣，不存在磨損等問題。更為重要的是，壓電分支阻尼是一類線性阻尼。根據振動理論，若設置阻尼器后系統的阻尼是線性阻尼(最常見的如阻尼力與相對速度成正比)，則系統的振動抑制效果與系統所受的激振力大小無關。由于上述性質，在壓電分支阻尼器的設計中可不關注結構實際工作的激振力水平。這是壓電分支阻尼器相較于干摩擦阻尼器的一大優勢。為了更好地利用壓電材料的機電耦合特性，提升其振動抑制效果，還可以采用壓電網絡技術(參見參考文獻 :Tang J. , Wang K. ff. , Vibration Confinementvia OptimalEigenvector Assignment and Piezoelectric Networks,Journal ofVibration andAcoustics, vol. 126, pp. 27-36.和參考文獻 Fan Y. , Li L. , VibrationDissipationCharacteristics of Symmetrical Piezoelectric Networks with PassiveBranches. ASME paper GT2012-69208)。即將用于減振的壓電材料周期地離散到原結構系統的各振動危險區域中，并用電路將這些壓電材料連接在一起，這樣，就構造了一個新的“機械-電路-機械”的能量傳遞路徑，通過合理地設計壓電網絡的參數，就可以達到振動抑制的目的。理論分析已經證明(參考文獻，):壓電網絡的最佳阻尼效果要遠好于壓電分支阻尼技術的最佳效果。另一方面，壓電減振技術也有自身的不足，主要來自①壓電材料本身的性質。最常用的壓電材料，如鋯鈦酸鉛陶瓷(PZT)，其材料特性對其應用帶來了一些限制首先，壓電陶瓷易碎，這不僅導致其無法加工成復雜的形狀，更制約著壓電阻尼器的可靠性；其次，彈性模量不大(與鋁相當)，這導致對于一些剛度較大的振動結構，在其上布置壓電層的機電耦合效率不高，從而制約著其阻尼效果。②原結構與壓電結構的連接方式。一般地，壓電材料需用固體膠與原結構連接起來，并且往往需要鋪設一些電路。而通常在原結構(即出現振動問題的結構)的設計中并沒有為壓電材料的布置考慮位置，甚至需減振的結構本身置身于一個大的系統中，無法拆卸進行壓電層的鋪設。另一方面，由于壓電陶瓷易碎的特點，一旦其失效就需要進行更換，直接與原結構粘接的方式也是不利于進行壓電材料的拆換的。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了給旋轉機械的振動抑制提供更穩定有效的阻尼，提出一種壓電-干摩擦復合型減振裝置，其基本形式為具有壓電材料及其附加電路的環或套筒，一般適用于具有旋轉機械的輪緣等殼結構的減振機構。本專利技術提供的壓電-干摩擦復合型減振裝置，包括干摩擦阻尼部件1、壓電阻尼部件2和限位部件3，所述的壓電阻尼部件2固定在干摩擦阻尼部件I的內側，干摩擦阻尼部件I通過限位部件3固定在減振對象4上。所述的干摩擦阻尼部件為阻尼環/套筒結構，所述阻尼環/套筒結構設置具有翻邊的開口結構，與開口相對的位置設置配重；在所述的阻尼環/套筒的內表面設置有壓電片的安裝平臺。所述的安裝平臺的數量等于壓電片的數量，壓電片的數量等于減振對象的振動周波數。所述的安裝平臺位于阻尼環/套筒上對應減振對象各局部的應變極值處。所述的限位部件具有扇形結構，截面為L型，L型的內側表面安裝時與干摩擦阻尼部件之間有間隙。本專利技術的優點在于(I)在不影響功能的同時，阻尼器設計更緊湊。在阻尼元件不產生干摩擦的區域連接壓電材料，以及將壓電材料附著在干摩擦元件而不是原結構上，這樣使得阻尼環的空間利用率更高，設計更緊湊，同時不影響兩種阻尼原理各自的作用； ( 2 )提升了阻尼器的減振效果。單獨作用時，干摩擦阻尼和壓電阻尼的效果都有各自的極限，干摩擦阻尼受限于無法無止境地增大阻尼器的質量，壓電阻尼受限于其機電耦合系數和壓電材料的剛度與機械材料的剛度比。這樣，當二者同時起作用時，各自產生的阻尼迭加起來，會比各自單獨存在時要好。這樣，就進一步地提升了阻尼器能達到的最佳振動抑制效果；(3)增加了阻尼器的可靠性。如果阻尼環的干摩擦特性失效(比如壓得太緊或激振 力比設計的小)，壓電阻尼也能發揮作用；如果壓電網絡部分或全部失效(這也是壓電阻尼被質疑得最多的一點)，干摩擦阻尼器也能發揮作用。從系統的可靠性上來說是加成的和互補的；(4)簡化了壓電阻尼的安裝和拆卸。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
壓電?干摩擦復合型減振裝置，其特征在于：包括干摩擦阻尼部件、壓電阻尼部件和限位部件，所述的壓電阻尼部件固定在干摩擦阻尼部件的內側，干摩擦阻尼部件通過限位部件3固定在減振對象上。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：范雨，李琳，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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