一种夹心式压电自感知被动抑振结构及其方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115899153A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211271094.7(22)申请日2022.10.17(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人祁瑞金家楣王亮葛宇宁(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237专利代理师刘辉(51)Int.Cl.F16F15/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种夹心式压电自感知被动抑振结构及其方法(57)摘要本发明公开了一种夹心式压电自感知被动抑振结构及其方法，夹心式压电自感知被动抑振结构包括压电体、固定块、预紧螺栓和被动控制电路，其抑振对象为悬臂梁，该悬臂梁为一端端面中心设有螺纹盲孔的圆柱体或正棱柱；压电体包含N个压电单元，压电单元包含4个两分区压电陶瓷片。被动控制电路包含自感知电桥电路、阈值比较器和阈值开关，工作时，被动控制电路通过阈值开关的闭合和断开切换系统的刚度，当阈值开关闭合时压电体短路，进行电荷中和能量消耗；当阈值开关断开时，切换至高刚度状态，抵抗变形能力强，使得振动形变减小。本发明属于无源被动振动控制，具有环保、可靠性强、便捷、适用范围广等优点。CN115899153ACN115899153A权利要求书1/2页1.一种夹心式压电自感知被动抑振结构，其抑振对象为悬臂梁，该悬臂梁为一端端面中心设有螺纹盲孔的圆柱体或正棱柱，其特征在于，夹心式压电自感知被动抑振结构包括压电体、固定块、预紧螺栓和被动控制电路；所述压电体包含N个压电单元，N为大于等于1的自然整数；所述压电单元包含4个两分区压电陶瓷片；所述两分区压电陶瓷片形状和所述悬臂梁横截面形状相同，中心设有供所述预紧螺栓穿过的通孔，沿厚度方向极化，极化分界线为经过两分区压电陶瓷片中心的直线；所述4个两分区压电陶瓷片依次层叠，第一个、第二个两分区压电陶瓷片的极化分界线共面，第三个、第四个两分区压电陶瓷片的极化分界线共面，第二个、第三个两分区压电陶瓷片的极化分界线相互垂直；第一个两分区压电陶瓷片中两个分区的极化方向相同，第二个两分区压电陶瓷片中两个分区的极化方向相同，且第一个、第二个两分区压电陶瓷片的极化方向相反；第三个两分区压电陶瓷片中两个分区的极化方向相反，第四个两分区压电陶瓷片中两个分区的极化方向相反，且第三个、第四个两分区压电陶瓷片的极化方向相反；所述第一个两分区压电陶瓷片的上端面、第三个两分区压电陶瓷片的上端面、第四个两分区压电陶瓷片的下端面相互连接后作为压电单元的第一连接点；第一个两分区压电陶瓷片的下端面、第二个两分区压电陶瓷片的上端面相互连接作为压电单元的第二连接点，第三个两分区压电陶瓷片的下端面、第四个两分区压电陶瓷片的上端面相互连接作为压电单元的第三连接点；所述固定块为横截面和所述悬臂梁横截面形状相同的柱体，其沿轴线设有用于和所述预紧螺栓相配合的通孔或沉头通孔；所述预紧螺栓穿过依次穿过所述固定块、N个压电单元后和所述悬臂梁上的螺纹盲孔螺纹相连，将N个压电单元夹紧在所述固定块和悬臂梁之间；所述各个压电单元的第一连接点相互串联后作为压电模块的接地接口，各个压电单元的第二连接点相互串联后作为压电模块的第一信号接口，各个压电单元的第三连接点相互串联后作为压电模块的第二信号接口；所述被动电路包含电阻R1、电阻R2、电阻Rc、电容Cr、N型mos管、NPN型三极管、P型mos管、PNP型三极管、第一二极管和第二二极管；所述压电模块的接地接口分别和所述电阻R1的一端、电阻Rc的一端电气相连，压电模块的第一信号接口分别和压电模块的第二信号接口、所述电容Cr的一端、N型mos管的漏极、P型mos管的漏极相连；所述电阻R1的另一端分别和所述电阻R2的一端、N型mos管的源极、P型mos管的源极相连；所述电容Cr的另一端分别和所述电阻R2的另一端、NPN型三极管的集电极、PNP型三极管的集电极相连；所述NPN型三极管的发射极和所述P型mos管的栅极相连，基极和所述第一二极管的负极相连；所述PNP型三极管的发射极和所述N型mos管的栅极相连，基极和所述第二二极管的正极相连；所述第一二极管的正极分别和所述电阻Rc的另一端、第二二极管的负极相连；2CN115899153A权利要求书2/2页令所述压电模块的电容为Cp，则R1*Cp=R2*Cr。2.根据权利要求1所述的夹心式压电自感知被动抑振结构，其特征在于，N取2。3.基于权利要求1所述的夹心式压电自感知被动抑振结构的抑振方法，其特征在于，包含以下过程：令N型mos管为负阈值开关，P型mos管为正阈值开关，NPN三极管和第一二极管组成正阈值比较器，PNP三极管和第二二极管组成负阈值比较器，当抑振对象受扰发生振动时，压电传