压电陶瓷致动器基础上机械振动控制器探索

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1、压电陶瓷致动器基础上机械振动控制器探索1绪论1.1课题研究的背景及意义衡量一个国家技术发展水平的重要标志之一是机械制造业，随着现代工业的飞速发展，人类对生存坏境的要求逐渐增高。在工业生产和日常生活中振动是一种非常常见的现象。由于对机械设备的功率要求不断提高，其运行速度也不断提高，因此为满足这些目标要求而带来的振动问题越来越受到人们的关注。振动容易引起结构的疲劳损伤，会使仪器仪表的测量精度降低，还会影响设备的使用寿命，同时振动产生的噪声，影响操作人员的正常工作甚至对他们的健康造成危害。因此，当今社会对减振和降噪的要求也越来越高。长期以来

2、，在各个工程领域中，科研人员进行了大量的研究工作、采用了种种可行措施来减小有害振动，提出了减弱消振、缓冲隔振、动力吸振、阻尼减振、结构修改等多种振动控制技术。图中各种振动控制方法的简单介绍如下：（1）减弱消振：这是一种从根本上抑制振动的方法。因为被减振物体的振动是由振源激励作用而引起的，振动振源激励作用的消除或减弱会致使被减振物体对振源响应的消除或者减弱。（2）缓冲隔振：在振源与被减振物体之间连接一个隔离振动的装置，用此装置来减小被减振物体对振源激励作用响应程度的大小。（3）动力吸振：在被减振物体上附加一个子系统称之为动力吸振器，工作

3、原理为它产生一个吸振力，进而减弱对被减振物体对振源激励的响应程度。（4）阻尼减振：将阻尼器安装在被减振物体上，通过阻尼元件消耗能量减小被减振物体的响应。（5）结构修改：通过对被减振物体的动力学特性参数进行修改进而使振动减小到预定要求。1.2半主动吸振器国内外研究现状及发展振动问题很大程度上是由于机械结构的阻尼不足引起的，为了解决该问题，很早以前国内外的人们就研究出了各种各样的阻尼器，其中的代表就是动力吸振器别名为动力阻尼器。在建筑土木工程领域又称为同调质量阻尼器，简称为。动力吸振器由辅助质量和弹簧以及阻尼所组成，属于抑制共振的被动式制

4、振器。动力吸振器的名称最早出现于1928年，由与发表于美国机械工程学会的杂志上。后来又经过很多人的研宄工作，动力吸振器的基础得以确立。与其他种类的制振器相比，动力吸振器的优点是小型轻量而又具有杰出的制振性能。目前，随着建筑业的发展，建筑风格迥异的高楼大厦层出不穷，因而强度高、性能好的建筑材料被广泛应用。许多技术先进的国家己经建成几百米的摩天大楼但当这些高度较高的建筑受到地震、风、海浪等外载荷的激励后，其振动幅度将会很大，而这种较大的振动幅度将会严重威胁到建筑物的安全性，因此，需要在较高建筑物上安装有效的吸收振动的装置。从20世纪40年

5、代开始，随着航空、电子、船舶等向高速化、大型化方向发展，制造业、新兴技术业、运输业、土木工程等领域都面临着越来越多的振动控制问题，尤其在精密制造业、航天航空工程以及军事等尖端技术领域，振动与噪声问题更是受到国内外学者和工程技术人员的密切关注。随着科学技术的不断进步，工程领域中对应用产品的动态性能的指标要求也越来越高，传统的被动控制技术的吸振效果在外界激励频率发生改变的情况下会显著变差，难以满足工程上的要求，迫使工程技术人员进一步寻求新的控制途径。动力吸振器的发展过程主要经历了被动控制技术全主动控制技术和半主动控制技术三个时期，半主动控

6、制技术介于被动控制技术和全主动控制技术之间，这种振动控制方式是通过改变系统的质量、刚度、惯量等参数来实现的，半主动振动控制的效果接近于主动振动控制的效果，并且消耗能量非常少，所以现如今振动控制研究领域中半主动控制技术是一个研究热点，并且具有非常广阔的应用前景。即使当半主动控制吸振器中控制系统失效时，该吸振器也能作为一个被动吸振装置，对振动本体的振动起到一定的抑制作用。半主动吸振器的工作原理为通过参数的改变来实现自身固有频率的改变，进而对外激振力频率进行跟踪，实现一定频段的吸振工作。半主动吸振器按可变参数的不同分为频率可调式和阻尼可调式

7、两种类型。频率可调谐式动力吸振器的工作原理为：识别外激励频率与动力吸振器固有频率之差，在线调节动力吸振器的弹性元件的刚度或惯性元件的质量，使动力吸振器的固有频率始终与外激励的频率一致，即动力吸振器始终处于调谐状态。根据实现手段的不同，它分为惯性可调式和刚度可调式两种。阻尼可调式动力吸振器又称为自调谐式调谐质量阻尼器，它一般由质块、弹賛和阻尼系统组成，支撑或悬挂在结构上。其工作原理为：当结构在外激励作用下产生振动时，带动调谐质量阻尼器一起振动，调谐质量阻尼器系统产生的惯性力反作用到结构上，调谐这个惯性力，使其对主结构的振动产生调谐作用，

8、将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，从而达到减少结构振动反应的目的。阻尼可调式动力吸振器的设计研究工作己有很多研究成果，它己广泛应用到一些建筑减振领域、机械上的冲击及振动中。2动力机械振动控制器构成及原理