一种压电俘能式电涡流阻尼器
本发明属于结构振动控制与能量回收，尤其是涉及一种压电俘能式电涡流阻尼器。
背景技术：
1、振动控制在现代工程中的确扮演着至关重要的角色，尤其在轨道交通、机械制造、精密仪器、航空航天等领域。如何高效的抑制和利用振动，一直是振动控制领域的研究重点。
2、阻尼器是一种用于减少机械振动的装置，基于材料的内摩擦或结构中的摩擦力，当振动发生时，阻尼器内的材料或结构会抵抗这种振动，通过这种方式将振动能量转化为热能的方式起到减振作用。其中，电涡流阻尼器是利用电涡流效应，电流与磁场相互作用产生反作用力，从而消耗振动能量的一种阻尼器。与传统的阻尼器相比，电涡流阻尼器无接触、宽频带性能、高阻尼效果、温度稳定性好，通常具有更高的阻尼效率和更广泛的适用范围。但传统的电涡流阻尼器适用范围较小，且产生能量耗散，造成了浪费；同时，在遭受到过大的压力时，容易导致形变过大而损坏的现象。
3、因此，需要一种基于正压电效应的压电俘能式电涡流阻尼器，以克服上述缺陷。
技术实现思路
1、本发明的目的是：提供一种压电俘能式电涡流阻尼器，能够克服现有电涡流阻尼器存在的适用范围小、存在能量耗散、压电材料容易因超量形变而损坏的缺陷。
2、所述的压电俘能式电涡流阻尼器，包括连接件一、导向杆、缸套、连接件二，连接件一位于缸套的一端并与导向杆连接，缸套的另一端与连接件二固定连接，在缸套内设有压电俘能组件和电涡流消能组件，所述导向杆的内端伸入缸套内并与压电俘能组件的一端连接，压电俘能组件的另一端与电涡流消能组件相连；
3、所述压电俘能组件包括底座一、压电堆、中心轴、弹簧一、弹簧二、底座二，底座一的一侧与导向杆相连，另一侧中心形成中心轴，在中心轴周侧的底座一上形成安装槽，在安装槽内固定有若干压电堆，底座二靠近底座一的一侧延伸形成有套筒，该套筒套装在中心轴上，在中心轴的端面和套筒的内底面之间设置弹簧二，在套筒的周侧形成容纳槽，压电堆伸入容纳槽内，在压电堆的端面和容纳槽的内底面之间设置弹簧一，底座二的另一侧中心与电涡流消能组件相连接。
4、通过设置的压电俘能组件和电涡流消能组件之间协同工作，具有调谐作用，从而将压电材料、电涡流阻尼技术与能量回收技术相结合，实现能源高效利用。具体的，通过压电俘能组件，使原本单一的阻尼器变为复合型阻尼器，增强了消能减振能力，适用范围更广；通过压电俘能组件吸收、消耗系统振动产生的能量，提高了设备的平稳性和精确度。此外，上述的压电俘能组件，当压电材料受到挤压作用而发生形变时，使得压电堆中的压电材料内部产生极化现象，进而实现能量的转化，将机械能转化为电能，提高耗能效率；同时为了防止压电材料受到过大的压力，导致形变过大，该压电俘能组件中的弹簧一和弹簧二会对压力起到缓冲的作用，避免压电材料因超量形变而损坏。还有，上述压电俘能组件的一端悬空，使压电俘能组件仅受到弹簧收缩引起的压力，避免弹簧拉伸给压电材料带来的拉力作用，充分发挥压电材料的正压电效应，尽可能的控制外部环境引起的振动。同时，通过调换不同弹性系数的弹簧以及大小不同的压电微型晶体，可以充分发挥压电材料的灵敏性以及压电效应。
5、进一步的，所述电涡流消能组件包括轴承组件、滚珠丝杠副组件、永磁体和导体，在缸套的内部固定设置若干永磁体，在永磁体的中心形成通孔，滚珠丝杠副组件独立穿装于该通孔内，滚珠丝杠副组件的外壁通过轴承组件与缸套的内壁连接固定，且滚珠丝杆副组件中的丝杆和连杆固定连接，在滚珠丝杠副组件的外壁上还固定设置若干导体，且导体位于相邻两个永磁体之间。
6、基于上述结构，利用滚珠丝杠副组件将阻尼器的水平振动转化为减振构件也即滚珠丝杠副组件的高速旋转，当发生振动时，导体与两侧的永磁体发生相对转动，导体不断切割磁感线导致导体中磁通量发生变化，在导体中产生电涡流，由此通过无摩擦、非接触式的电涡流消能组件，减小了轴向阻尼器的整体摩擦力，提高了阻尼器整体结构的耐久性，也使阻尼器更加灵敏；从而增强了电涡流阻尼器的消能减振能力。
7、进一步的，所述滚珠丝杠副组件包括丝杆螺母、滚珠，所述丝杆独立处安装于丝杆螺母的中心孔内，且该丝杆通过滚珠和丝杆螺母传动配合。
8、采用上述的滚珠丝杆副组件，可以将阻尼器的水平振动转化为减振构件也即滚珠丝杠副组件的高速旋转，从而带动导体不断切割磁感线导致导体，使得导体中产生电涡流进行消能，从而增强了电涡流阻尼器的消能减振能力。
9、进一步的，所述轴承组件包括与缸套的内壁固定连接的平面轴承一和平面轴承二，平面轴承一和平面轴承二分设于丝杆螺母的两端，在平面轴承一和平面轴承二之间设置所述永磁体、导体。
10、通过上述的轴承组件，可以将丝杆螺母的轴向位置进行固定，避免滚珠丝杠副组件高速旋转时丝杆螺母发生轴向位移，从而确保丝杆可以通过滚珠带动丝杆螺母旋转，进而带动丝杆螺母外壁上固定的导体旋转以不断切割磁感线，以实现电涡流消能。
11、进一步的，所述导体环向均布于所述丝杆螺母的外壁。
12、采用上述设计，以使得导体在旋转切割磁感线时，丝杆螺母的四周能够均匀发生电涡流消能现象，避免丝杆螺母受力不均而与其它部件发生摩擦。
13、进一步的，所述永磁体和导体均沿着丝杆螺母的轴心线方向设置至少两组。
14、采用上述设置方式，可以确保具有足够多的导体切割磁感线产生电涡流，从而消耗足够多的能量，以确保消能减振效果。
15、进一步的，所述底座一和底座二的截面均呈圆形，且底座一和底座二同轴设置。
16、同轴设置的底座一和底座二能够更好的进行将阻尼器的水平振动能量传递至电涡流消能组件，确保阻尼器的消能减振能力。
17、进一步的，所述压电堆以中心轴为轴心呈轴对称分布。
18、轴对称分布的压电堆能够对实现均衡的吸收、消耗系统振动产生的能量，进一步的提高设备的平稳性和精确度。
19、进一步的，所述压电俘能组件和电涡流消能组件之间通过连杆连接。
20、进一步的，所述压电堆由多个圆柱形压电元件叠合而成。
21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22、1.本发明通过设置压电俘能组件，当压电材料受到挤压作用而发生形变时，使得压电材料内部产生极化现象，进而实现能量的转化，将机械能转化为电能，提高耗能效率；同时为了防止压电材料受到过大的压力，导致形变过大，该压电俘能组件中的弹簧一和弹簧二会对压力起到缓冲的作用，避免压电材料因超量形变而损坏。
23、2.本发明所述的压电俘能组件的一端悬空，使压电俘能组件仅受到弹簧收缩引起的压力，避免弹簧拉伸给压电材料带来的拉力作用，充分发挥压电材料的正压电效应，尽可能的控制外部环境引起的振动。
24、3.本发明利用滚珠丝杠副结构将主体结构的水平振动转化为减振构件的高速旋转，当发生振动时，导体与两侧的磁铁发生相对转动，钢板不断切割磁感线导致钢板中磁通量发生变化，在钢板中产生电涡流，增强了消能减振能力。
25、4.本发明压电俘能组件、滚珠丝杠副和电涡流消能组件之间协同工作，具有调谐作用。
26、5.通过调换不同弹性系数的弹簧以及大小不同的压电微型晶体，可以充分发挥压电材料的灵敏性以及压电效应。
技术特征：
1.一种压电俘能式电涡流阻尼器，包括连接件一(1)、导向杆(2)、缸套(3)、连接件二(4)，连接件一(1)位于缸套(3)的一端并与导向杆(2)连接，缸套(3)的另一端与连接件二(4)固定连接，其特征在于：在缸套(3)内设有压电俘能组件和电涡流消能组件，所述导向杆(2)的内端伸入缸套(3)内并与压电俘能组件的一端连接，压电俘能组件的另一端与电涡流消能组件相连；
2.根据权利要求1所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述电涡流消能组件包括轴承组件、滚珠丝杠副组件、永磁体(13)和导体(15)，在缸套(3)的内部固定设置若干永磁体(13)，在永磁体(13)的中心形成通孔，滚珠丝杠副组件独立穿装于该通孔内，滚珠丝杠副组件的外壁通过轴承组件与缸套(3)的内壁连接固定，且滚珠丝杆副组件中的丝杆(17)和连杆(11)固定连接，在滚珠丝杠副组件的外壁上还固定设置若干导体(15)，且导体(15)位于相邻两个永磁体(13)之间。
3.根据权利要求2所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述滚珠丝杠副组件包括丝杆螺母(14)、滚珠(16)，所述丝杆(17)独立处安装于丝杆螺母(14)的中心孔内，且该丝杆(17)通过滚珠(16)和丝杆螺母(14)传动配合。
4.根据权利要求3所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述轴承组件包括与缸套(3)的内壁固定连接的平面轴承一(12)和平面轴承二(18)，平面轴承一(12)和平面轴承二(18)分设于丝杆螺母(14)的两端，在平面轴承一(12)和平面轴承二(18)之间设置所述永磁体(13)、导体(15)。
5.根据权利要求3所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述导体(15)环向均布于所述丝杆螺母(14)的外壁。
6.根据权利要求5所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述永磁体(13)和导体(15)均沿着丝杆螺母(14)的轴心线方向设置至少两组。
7.根据权利要求1所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述底座一(5)和底座二(10)的截面均呈圆形，且底座一(5)和底座二(10)同轴设置。
8.根据权利要求1所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述压电堆(6)以中心轴(7)为轴心呈轴对称分布。
9.根据权利要求1所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述压电俘能组件和电涡流消能组件之间通过连杆(11)连接。
10.根据权利要求1所述的压电俘能式电涡流阻尼器，其特征在于：所述压电堆(6)由多个圆柱形压电元件叠合而成。
技术总结
本发明公开了一种压电俘能式电涡流阻尼器，包括连接件一、导向杆、缸套、连接件二，连接件一位于缸套的一端并与导向杆连接，缸套的另一端与连接件二固定连接，在缸套内设有压电俘能组件和电涡流消能组件，所述导向杆的内端伸入缸套内并与压电俘能组件的一端连接，压电俘能组件的另一端与电涡流消能组件相连；所述压电俘能组件包括底座一、压电堆、中心轴、弹簧一、弹簧二、底座二。通过将压电材料、电涡流阻尼技术与能量回收技术相结合，实现了振动能量回收以及能量的高效循环利用。
技术研发人员：潘成龙,陈子彤,孟海龙,赵辉宏
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5