本發(fā)明屬于振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自供電壓電流體阻尼器。

背景技術(shù)：

液壓阻尼器在交通工具、機(jī)械設(shè)備等的振動(dòng)控制領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。早期的被動(dòng)式液壓阻尼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、技術(shù)較成熟，但因阻尼不可調(diào)，其減振效果及環(huán)境的適應(yīng)性較差，不適于某些要求振動(dòng)控制效果較好的場(chǎng)合，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及車架懸置、大型精密儀器設(shè)備減振等。因此，人們提出了主動(dòng)式、半主動(dòng)式可調(diào)液壓阻尼器，即利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵提供動(dòng)力、并由電磁換向/溢流/減壓閥進(jìn)行控制的主動(dòng)式可調(diào)阻尼器。比之于被動(dòng)式不可調(diào)液壓阻尼器，主動(dòng)式可調(diào)液壓阻尼器的控制效果好、振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，已在汽車主動(dòng)懸置等方面獲得成功應(yīng)用?，F(xiàn)有的主動(dòng)式液壓阻尼調(diào)節(jié)技術(shù)需要持續(xù)的外部能量供應(yīng)，因此具有體積龐大、連接及控制較復(fù)雜、可靠性低的局限性；為解決這些問題，人們?cè)岢鲞^多種形式的基于壓電能量回收的阻尼器，但這些阻尼器中利用的都是壓電振子的雙向彎曲變形發(fā)電的，易因壓電片所受拉應(yīng)力過大而損毀，故可靠性仍有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種自供電壓電流體阻尼器，本發(fā)明采用的實(shí)施方案是：底座上經(jīng)螺釘安裝有缸體，缸體側(cè)壁內(nèi)側(cè)凸臺(tái)上經(jīng)螺釘和壓板自下而上壓接有壓電振子一、彈性隔膜、壓電振子二和限位環(huán)；彈性隔膜的兩側(cè)經(jīng)鉚釘安裝有環(huán)形頂塊；壓電振子一和二都由基板和壓電片粘接而成，基板靠近彈性隔膜安裝，壓電振子一和二的端部都?jí)涸诃h(huán)形頂塊上；缸體側(cè)壁上安裝有接線柱，缸體側(cè)壁的外側(cè)經(jīng)螺釘和墊圈安裝有電路板，接線柱一端經(jīng)導(dǎo)線組與壓電振子一和二連接，另一端經(jīng)導(dǎo)線組與電路板相連，電路板經(jīng)導(dǎo)線與阻尼閥相連，阻尼閥經(jīng)管路與缸體上的上通孔及下通孔相連接；缸體內(nèi)自上而下依次套有活塞和隔板，活塞和隔板之間安裝有平衡彈簧，活塞桿從缸體的上壁伸出，活塞桿上安裝有重物；活塞、隔板及彈性隔膜將底座與缸體所圍成的空腔分隔成上阻尼腔、下阻尼腔、上緩沖腔和下緩沖腔；上阻尼腔經(jīng)上通孔、阻尼閥及下通孔與下阻尼腔相連，上阻尼腔和下阻尼腔中充滿液體；上緩沖腔經(jīng)彈性隔膜上的阻尼孔與下緩沖腔相連通，上緩沖腔和下緩沖腔中充滿高壓惰性氣體。

本發(fā)明中，壓電振子一和二安裝前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)且壓電片承受壓應(yīng)力；非工作時(shí)壓電片上最大的壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力的50％，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓電振子一和二自由端的變形量為其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm為基板厚度，h為壓電振子一和二的總厚度，em和ep分別為基板和壓電片的楊氏模量，k31和分別為壓電陶瓷材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為壓電振子一和二的長(zhǎng)度。

非工作狀態(tài)下，彈性隔膜不發(fā)生彎曲變形，彈性隔膜兩側(cè)對(duì)稱安裝的壓電振子一和二的變形和受力狀態(tài)分別相同，工作中，活塞上下運(yùn)動(dòng)并使上阻尼腔、下阻尼腔、上緩沖腔及下緩沖腔的容積發(fā)生相應(yīng)的變化，再經(jīng)彈性隔膜及環(huán)形頂塊迫使壓電振子一和二產(chǎn)生往復(fù)的單向彎曲變形，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，此為壓電發(fā)電過程：

活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，上阻尼腔容積減小、下阻尼腔容積增加，流體經(jīng)阻尼閥由上阻尼腔流入下阻尼腔；同時(shí)，隔板向上運(yùn)動(dòng)，上緩沖腔容積增加、氣體壓強(qiáng)減小，彈性隔膜向上彎曲變形，且下緩沖腔內(nèi)的部分氣體由阻尼孔流入上緩沖腔；彈性隔膜向上彎曲變形時(shí)，壓電振子二在環(huán)形頂塊作用下變形量逐漸增加、壓電振子一的變形量逐漸減??；活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上阻尼腔容積增加、下阻尼腔容積減小，流體經(jīng)阻尼閥由下阻尼腔流向上阻尼腔；同時(shí)，隔板向下運(yùn)動(dòng)，上緩沖腔容積減小、氣體壓強(qiáng)增加，彈性隔膜向下彎曲變形，且上緩沖腔內(nèi)的部分氣體由阻尼孔流入下緩沖腔；彈性隔膜向下彎曲變形時(shí)，壓電振子一在環(huán)形頂塊作用下變形量逐漸增加、壓電振子二的變形量逐漸減小。

壓電振子一和二所產(chǎn)生的電能處理后用于阻尼閥控制，即根據(jù)實(shí)際情況使阻尼閥的通流面積增加或減小，此為阻尼控制過程。

優(yōu)勢(shì)與特色：能量自給、不需要外界電源及傳感器，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、集成化程度高；含有主動(dòng)阻尼和被動(dòng)阻尼兩種減振環(huán)節(jié)，有效頻帶寬、減振效果好；利用彈性膜片激勵(lì)壓電振子發(fā)電，壓電片僅承受分布均勻且可控的壓應(yīng)力，可靠性高、發(fā)電量大。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖2是圖1的a-a剖視圖。

具體實(shí)施方式：

底座a上經(jīng)螺釘安裝有缸體b，缸體側(cè)壁b1內(nèi)側(cè)凸臺(tái)上經(jīng)螺釘和壓板c自下而上壓接有壓電振子一d、彈性隔膜e、壓電振子二d’和限位環(huán)f；彈性隔膜e的兩側(cè)經(jīng)鉚釘安裝有環(huán)形頂塊g；壓電振子一d和壓電振子二d’都由基板d1和壓電片d2粘接而成，基板d1靠近彈性隔膜e安裝，電振子一d和壓電振子二d’的端部都?jí)涸诃h(huán)形頂塊g上；缸體側(cè)壁b1上安裝有接線柱h，缸體側(cè)壁b1的外側(cè)經(jīng)螺釘和墊圈i安裝有電路板j，接線柱h一端經(jīng)導(dǎo)線組與壓電振子一d和壓電振子二d’連接，另一端經(jīng)導(dǎo)線組與電路板j相連，電路板j經(jīng)導(dǎo)線與阻尼閥k相連，阻尼閥k經(jīng)管路與缸體b上的上通孔b2及下通孔b3相連接；缸體b內(nèi)自上而下依次套有活塞m和隔板n，活塞m和隔板n之間安裝有平衡彈簧p，活塞桿m1從缸體b的上壁伸出，活塞桿m1上安裝有重物q；活塞m、隔板n及彈性隔膜e將底座a與缸體b所圍成的空腔分隔成上阻尼腔c1、下阻尼腔c2、上緩沖腔c3和下緩沖腔c4；上阻尼腔c1經(jīng)上通孔b2、阻尼閥k及下通孔b3與下阻尼腔c2相連，上阻尼腔c1和下阻尼腔c2中充滿液體；上緩沖腔c3經(jīng)彈性隔膜e上的阻尼孔e1與下緩沖腔c4相連通，上緩沖腔c3和下緩沖腔c4中充滿高壓惰性氣體。

本發(fā)明中，壓電振子一d和壓電振子二d’安裝前為平直結(jié)構(gòu)、安裝后為彎曲結(jié)構(gòu)且壓電片d2承受壓應(yīng)力；非工作時(shí)壓電片d2上最大的壓應(yīng)力為其許用壓應(yīng)力的50％，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓電振子一d和壓電振子二d’自由端的變形量為其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm為基板d1厚度，h為壓電振子一d和壓電振子二d’的總厚度，em和ep分別為基板d1和壓電片d2的楊氏模量，k31和分別為壓電陶瓷材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為壓電振子一d和壓電振子二d’的長(zhǎng)度。

非工作狀態(tài)下，彈性隔膜e不發(fā)生彎曲變形，彈性隔膜e兩側(cè)對(duì)稱安裝的壓電振子一d和壓電振子二d’的變形和受力狀態(tài)分別相同，工作中，活塞m上下運(yùn)動(dòng)并使上阻尼腔c1、下阻尼腔c2、上緩沖腔c3及下緩沖腔c4的容積發(fā)生相應(yīng)的變化，再經(jīng)彈性隔膜e及環(huán)形頂塊g迫使壓電振子一d和壓電振子二d’產(chǎn)生往復(fù)的單向彎曲變形，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，此為壓電發(fā)電過程：

活塞m向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，上阻尼腔c1容積減小、下阻尼腔c2容積增加，流體經(jīng)阻尼閥k由上阻尼腔c1流入下阻尼腔c2；同時(shí)，隔板n向上運(yùn)動(dòng)，上緩沖腔c3容積增加、氣體壓強(qiáng)減小，彈性隔膜e向上彎曲變形，且下緩沖腔c4內(nèi)的部分氣體經(jīng)阻尼孔e1流入上緩沖腔c3；彈性隔膜e向上彎曲變形時(shí)，壓電振子二d’在環(huán)形頂塊g的作用下變形量逐漸增加、壓電振子一d的變形量逐漸減??；活塞m向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上阻尼腔c1容積增加、下阻尼腔c2容積減小，流體經(jīng)阻尼閥k由下阻尼腔c2流向上阻尼腔c1；同時(shí)，隔板n向下運(yùn)動(dòng)，上緩沖腔c3容積減小、氣體壓強(qiáng)增加，彈性隔膜e向下彎曲變形，且上緩沖腔c3內(nèi)的部分氣體經(jīng)阻尼孔e1流入下緩沖腔c4；彈性隔膜e向下彎曲變形時(shí)，壓電振子一d在環(huán)形頂塊g的作用下變形量逐漸增加、壓電振子二d’的變形量逐漸減小。

壓電振子一d和壓電振子二d’所產(chǎn)生的電能處理后用于阻尼閥k控制，即根據(jù)實(shí)際情況使阻尼閥k的通流面積增加或減小，此為阻尼控制過程。