專利名稱：基于壓電材料的梁振動(dòng)頻率控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用壓電材料控制梁振動(dòng)頻率 的裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是航空、航天、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，柔性結(jié)構(gòu)得 到了廣泛的應(yīng)用，其振動(dòng)抑制已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)和迫切需要解決的問題之一。柔性 結(jié)構(gòu)一般具有較小的模態(tài)阻尼，如不采取措施對其振動(dòng)進(jìn)行抑制，一旦受到外部激勵(lì)，其振 動(dòng)將持續(xù)很長時(shí)間，這不僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常工作，而且還將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過早的疲勞破壞， 影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。智能結(jié)構(gòu)技術(shù)為這一問題的解決開拓丁一個(gè)嶄新的領(lǐng)域?，F(xiàn)在研究較多的振動(dòng)抑制的方法有梁振動(dòng)主動(dòng)控制方法。在振動(dòng)主動(dòng)控制中，人 們提出在振動(dòng)梁上粘結(jié)壓電材料，壓電材料起著感知和驅(qū)動(dòng)作用。對于振動(dòng)的主動(dòng)控制方 法，人們提出了各種較復(fù)雜的控制方法。對于這類系統(tǒng)來說，雖然可以取得較好的抑制效 果，但系統(tǒng)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求比較高。因此，如何采用較簡便的方法，控制梁的振動(dòng)頻率， 較好的抑制振動(dòng)，是急需解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于壓電材料的梁振動(dòng)頻率控制裝置。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為基于壓電材料的梁振動(dòng)頻率控制裝置包括懸臂梁、壓電陶瓷和多個(gè)耐高壓直流比 例電磁鐵。條形片狀的懸臂梁一端與基座垂直固定設(shè)置，另一端懸空；懸臂梁上表面和下表 面均勻布置有壓電陶瓷，所述的壓電陶瓷水平截面積與懸臂梁的水平截面積相同。懸臂梁上表面的壓電陶瓷頂面均勻布置有多個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵。直流比例 電磁鐵的伸出端與壓電陶瓷頂面垂直固定設(shè)置，直流比例電磁鐵的電流輸入端與控制單位 信號(hào)連接。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路含壓電材料的梁是振動(dòng)頻率控制的核心元件。壓電材料 具有已知的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，壓電材料在不同負(fù)載的情況下彈性模量是不同的?？赏ㄟ^控制 外加力的大小來控制壓電材料的彈性模量。梁具有各階固定振動(dòng)頻率及其幅值，根據(jù)機(jī)械 振動(dòng)學(xué)的原理，其固有頻率與梁的抗彎剛度EI有關(guān)，E為彈性模量，I為慣性矩。梁的本身材料具有一定的彈性模量，在梁上粘接壓電材料后，通過對施加力的控 制，達(dá)到對壓電材料彈性模量的控制。由于壓電材料和梁粘接在一起，梁整體的彈性模量就 發(fā)生改變并隨力大小的改變而改變。由此梁的抗彎剛度和固有振動(dòng)頻率都可以通過對外加 力的控制而控制。外加力可使用目前液壓比例技術(shù)上應(yīng)用比較廣的耐高壓直流比例電磁鐵。比例電
3磁鐵具有較好的水平的力-行程特性和線性的力_電流特性。應(yīng)用在此，可通過對輸入電 流的控制達(dá)到輸出需要的一定的可控力。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型采用壓電材料粘結(jié)在懸臂梁上下表面，通過 對比例電磁鐵輸入電流的控制控制輸出力，達(dá)到控制梁的振動(dòng)頻率的目的?？刂屏旱恼駝?dòng) 頻率可較好的避免在一定外力作用下的共振，也可較好的抑制剛度較小、柔度較大構(gòu)件中 的振動(dòng)?？蓱?yīng)用于航空中柔性構(gòu)件振動(dòng)抑制，飛機(jī)機(jī)艙在氣流沖擊下的振動(dòng)抑制，汽車行駛 時(shí)隨機(jī)振動(dòng)的抑制。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為直流比例電磁鐵位置布置示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1和圖2所示，基于壓電材料的梁振動(dòng)頻率控制裝置包括懸臂梁5、壓電陶瓷 4和三個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵2。條形片狀的懸臂梁5 —端與基座1垂直固定設(shè)置，另一端懸空；懸臂梁5為鐵梁， 長為40mm，寬為20mm，厚為10mm。懸臂梁5上表面和下表面均勻布置有壓電陶瓷4，壓電陶 瓷4采用鋯鈦酸鉛Pb (Zr，Ti) O3壓電陶瓷。壓電陶瓷4長為40mm，寬為20mm，厚為2mm。懸臂梁5上表面的壓電陶瓷4頂面均勻布置有三個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵2。直 流比例電磁鐵2的伸出端與壓電陶瓷4頂面垂直固定設(shè)置，直流比例電磁鐵2的電流輸入 端與控制單位3信號(hào)連接。三個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵2的伸出端作用于壓電陶瓷頂面的 橫向中心線上，三個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵2距離懸臂梁5懸空端距離分別為7mm，20mm， 33mm0本實(shí)用新型裝置的工作過程為當(dāng)需要一定的梁振動(dòng)頻率時(shí)，通過調(diào)節(jié)輸入三個(gè) 比例電磁鐵的電流輸出由電流控制的力，由于壓電陶瓷的彈性模量隨外負(fù)載力的改變而改 變，施加上力后即改變壓電陶瓷的彈性模量。由于壓電陶瓷和梁粘接在一起，梁整體的彈性 模量就發(fā)生改變并隨力大小的改變而改變。改變彈性模量后就改變了其抗彎剛度，即改變 整體壓電懸臂梁的振動(dòng)頻率。當(dāng)需要一定的梁振動(dòng)頻率時(shí)，通過調(diào)節(jié)施加輸入比例電磁鐵的電流大小即可達(dá)到 振動(dòng)頻率的控制。本實(shí)用新型提出通過在梁上粘接壓電材料，構(gòu)成智能結(jié)構(gòu)，并通過三個(gè)比例電磁 鐵施加可控大小的力，施加力后即可改變梁的抗彎剛度，從而達(dá)到控制梁的振動(dòng)頻率的目 的。
權(quán)利要求基于壓電材料的梁振動(dòng)頻率控制裝置，包括懸臂梁、壓電陶瓷和多個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵，其特征在于條形片狀的懸臂梁一端與基座垂直固定設(shè)置，另一端懸空；懸臂梁上表面和下表面均勻布置有壓電陶瓷，所述的壓電陶瓷水平截面積與懸臂梁的水平截面積相同；懸臂梁上表面的壓電陶瓷頂面均勻布置有多個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵，直流比例電磁鐵的伸出端與壓電陶瓷頂面垂直固定設(shè)置，直流比例電磁鐵的電流輸入端與控制單位信號(hào)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于壓電材料的梁振動(dòng)頻率控制裝置。傳統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求比較高。本實(shí)用新型包括懸臂梁、壓電陶瓷和多個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵。條形片狀的懸臂梁一端與基座垂直固定設(shè)置，另一端懸空；懸臂梁上表面和下表面均勻布置有壓電陶瓷，所述的壓電陶瓷水平截面積與懸臂梁的水平截面積相同。懸臂梁上表面的壓電陶瓷頂面均勻布置有多個(gè)耐高壓直流比例電磁鐵。直流比例電磁鐵的伸出端與壓電陶瓷頂面垂直固定設(shè)置，直流比例電磁鐵的電流輸入端與控制單位信號(hào)連接。本實(shí)用新型可抑制剛度較小、柔度較大構(gòu)件中的振動(dòng)。
文檔編號(hào)G05D19/02GK201673414SQ20102020045
公開日2010年12月15日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者王振宇, 王林翔, 金方銀 申請人:杭州電子科技大學(xué)