本發(fā)明屬于減振降噪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聲子晶體軸的二維減振裝置。

背景技術(shù)：

作為機(jī)械行業(yè)中基本的零部件，軸起到對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)零件支承并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩的作用，因此其得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而，軸在工作時(shí)要隨著回轉(zhuǎn)體進(jìn)行高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)與噪聲問題，不僅會(huì)降低軸的傳動(dòng)精度和使用壽命，進(jìn)而影響機(jī)械的工作精度和壽命，還會(huì)造成噪聲污染，影響人們的身體健康。因此，深入研究傳動(dòng)軸的減振降噪對(duì)提高機(jī)械的使用精度、延長機(jī)械的使用壽命、改善人們的工作環(huán)境等方面都具有重要的意義。

近年來，在機(jī)械工程中，軸的彈性振動(dòng)是一個(gè)非常典型的問題，減小軸的振動(dòng)噪聲可使軸裝置運(yùn)行更加平穩(wěn)，延長整個(gè)軸裝置的使用壽命。通過在傳動(dòng)軸外層布置周期性材質(zhì)，如現(xiàn)有的專利(公開號(hào)為cn105931628a)公開了一種具有低頻減振特性的離散化橡膠層聲子晶體軸，可實(shí)現(xiàn)對(duì)聲子晶體軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的低頻減振特性，對(duì)一些精密機(jī)械工程上有潛在的應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用中，一些傳動(dòng)軸在受到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的同時(shí)，往往還會(huì)受到不平衡激勵(lì)的作用，產(chǎn)生橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)并對(duì)整個(gè)軸裝置產(chǎn)生了不好的作用，所以設(shè)計(jì)一種能對(duì)軸的橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行抑制的裝置是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行有效抑制的聲子晶體軸。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括聲子晶體軸、第一聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)、第二聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)、壓電圓弧貼片、傳感系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、控制器；

所述的聲子晶體軸的內(nèi)部周期性交替分布著第一聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)和第二聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)，壓電圓弧貼片固定于聲子晶體軸的外表面；壓電圓弧貼片的貼片中心引出導(dǎo)線；導(dǎo)線通過開關(guān)分別與傳感系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、接地系統(tǒng)連接；

所述的傳感系統(tǒng)包括開關(guān)a、信號(hào)放大器、濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。

所述的執(zhí)行系統(tǒng)包括開關(guān)b、功率放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明還可以包括：

1.所述的壓電圓弧貼片有多個(gè)，在聲子晶體軸的外表面沿軸向等間距布置。

2.所述的聲子晶體軸為空心軸，由壓電圓弧貼片的貼片中心引出導(dǎo)線穿過空心軸。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明利用壓電材料的自感知原理，將振動(dòng)的主動(dòng)控制引入軸中，對(duì)軸在中高頻域內(nèi)的彎曲振動(dòng)起到了良好的減振降噪的目的。由于裝置中的軸是聲子晶體軸1，在徑向方向具有周期性，因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸的二維振動(dòng)的有效抑制。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，用于降低齒輪與軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲。

附圖說明

圖1為聲子晶體軸連接導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為聲子晶體軸的二維減振裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

如圖1和圖2所示，一種聲子晶體軸的二維減振裝置，包括聲子晶體軸1、第一聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-1、第二聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-2、壓電圓弧貼片2、傳感系統(tǒng)3、執(zhí)行系統(tǒng)4、接地系統(tǒng)5、控制器6；

所述的聲子晶體軸1的內(nèi)部周期性交替分布著第一聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-1和第二聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-2，壓電圓弧貼片2固定于聲子晶體軸1的外表面；壓電圓弧貼片的貼片中心引出導(dǎo)線；導(dǎo)線通過開關(guān)分別與傳感系統(tǒng)3、執(zhí)行系統(tǒng)4、接地系統(tǒng)5連接；

所述的壓電圓弧貼片2有多個(gè)，在聲子晶體軸1的外表面沿軸向等間距布置。

所述的聲子晶體軸1為空心軸，由壓電圓弧貼片的貼片中心引出導(dǎo)線穿過空心軸。

所述的傳感系統(tǒng)3包括開關(guān)a、信號(hào)放大器、濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。

所述的執(zhí)行系統(tǒng)4包括開關(guān)b、功率放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。

所述的第一聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-1和第二聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-2之間的連接方式為過盈連接或嵌入連接。

所述的聲子晶體軸1的外表面和壓電圓弧貼片2之間的連接方式為膠粘連接或者法蘭連接。

第一聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-1和第二聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-2的材質(zhì)為有機(jī)玻璃、增強(qiáng)型尼龍和環(huán)氧樹脂中的一種，第一聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-1和第二聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-2的材質(zhì)不同；壓電圓弧貼片2位于聲子晶體軸1的外表面上，壓電圓弧貼片2有多個(gè)，依據(jù)壓電自感知原理，針對(duì)每一個(gè)壓電圓弧貼片2進(jìn)行振動(dòng)控制，各個(gè)壓電圓弧貼片2之間采用并聯(lián)連接互不影響，壓電圓弧貼片2的材質(zhì)為同時(shí)具備傳感與制動(dòng)功能的材質(zhì)或pvdf薄膜；控制器采用直接反饋控制方法，如模糊控制、pid控制、lqr控制；由于壓電元件是容性器件，撤銷驅(qū)動(dòng)電壓后電極上仍會(huì)保留驅(qū)動(dòng)電荷，因此，在結(jié)束執(zhí)行系統(tǒng)4后閉合開關(guān)c引入接地系統(tǒng)5來消除控制信號(hào)對(duì)傳感信號(hào)的影響，真正實(shí)現(xiàn)了傳感與執(zhí)行之間的解耦。

針對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的抑制，本發(fā)明在聲子晶體軸1的內(nèi)部周期交替分布著第一聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-1和第二聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)1-2，組成了聲子晶體軸1。扭轉(zhuǎn)波在聲子晶體材料中傳播時(shí)，在不同材料交界面處具有反射相消的特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)扭轉(zhuǎn)波的減振。

針對(duì)橫向振動(dòng)的抑制，本發(fā)明在聲子晶體軸1的外表面上粘貼可以作為傳感器與制動(dòng)器的壓電圓弧貼片2，利用壓電圓弧貼片2的正逆壓電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)聲子晶體軸1彎曲波振動(dòng)的主動(dòng)控制。其原理是將壓電圓弧貼片2作為傳感器與作為制動(dòng)器的功能在時(shí)間上進(jìn)行分離，使同一個(gè)壓電圓弧貼片2在某段時(shí)間作為傳感器而在下一段時(shí)間上作為制動(dòng)器。如此在傳感器與制動(dòng)器之間交替切換，使制動(dòng)器同時(shí)也具有傳感器的作用。如圖2所示，當(dāng)聲子晶體軸1受到彎曲振動(dòng)時(shí)，閉合開關(guān)a接通傳感系統(tǒng)3，壓電圓弧貼片2被視為傳感器，將獲得的傳感電壓信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器進(jìn)行放大，并經(jīng)過濾波器與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用計(jì)算機(jī)使用pid或直接反饋控制算法，電壓傳送完畢后斷開開關(guān)a，由此切斷傳感系統(tǒng)3并閉合開關(guān)b接通執(zhí)行系統(tǒng)4，將電壓信號(hào)傳出的同時(shí)也需要經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換，最后將電壓信號(hào)加載到壓電圓弧貼片2上，此時(shí)壓電圓弧貼片2由于逆壓電效應(yīng)，將產(chǎn)生一個(gè)與原來彎曲振動(dòng)相反的彎矩的作用，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸的彎曲振動(dòng)的主動(dòng)控制。因此，本發(fā)明大大降低了彎曲波從軸的一端向另一端的傳遞，對(duì)軸的彎曲振動(dòng)具有良好的抑制效果。

應(yīng)該說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例。一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種聲子晶體軸的二維減振裝置，其特征在于：包括聲子晶體軸、聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)、聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)、壓電圓弧貼片、傳感系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、控制器，所述的聲子晶體軸的內(nèi)部周期性交替分布著聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)和聲子晶體軸環(huán)形結(jié)構(gòu)，壓電圓弧貼片位于聲子晶體軸的外表面上。本發(fā)明利用壓電材料的自感知原理，將振動(dòng)的主動(dòng)控制引入軸中，對(duì)軸在中高頻域內(nèi)的彎曲振動(dòng)起到了良好的減振降噪的目的。由于裝置中的軸是聲子晶體軸，在徑向方向具有周期性，因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸的二維振動(dòng)的有效抑制。本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，用于降低齒輪與軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲。

技術(shù)研發(fā)人員：郭宜斌;劉偉;黃建哲;盧熙群;田震;樂帥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.06
技術(shù)公布日：2017.09.15