压电堆-橡胶组合隔振器的设计及实验研究
质量位移响应 ；一 橡胶隔振器的复刚度 ；—压电堆作动器 的等效动态刚度 ； 电堆作动器的动态输 出力。
４实验研究
４１压 电堆 作 动器 的 静态 位移 输 出特性 实验 ．
为 了研 究 所设 计 的 压 电堆 作 动 器 在 静态 电压 驱 动 下 的位 移
献嚏 立． 了一种压 电堆作动器 的等效动力学模型。
＝
由图中的曲线可以看出， 电堆作动器在没有预紧力的情况 压
（） ９
／ ＋ Ｖ ｋ
●
式 中： 一压电堆作动器的输 出位移； 一压电堆作动器的所受
下 ，一个加减 电压的过程 中作动器输 出位移存在 明显的滞后现
象； 随着预紧力 的增大， 作动器的滞后有所减小 ， 滞环变窄； 同时 ， 的轴向外力 ； 一压电堆作动器的等效动态刚度 ；也 ％ —等 做动器的最大位移输 出也随着预 紧力的增加而减小。 效 动态 压 电系数 。 比较 以上不同预紧力下的位移输 出， 当预紧力为 ８Ｎ时， ０ 作 由式（ ） ９ 容易得到压 电堆作动器 自由状态下（ ＝０ 的输 出 ） 动器 的滞后 和最大输出位移达到 了较好 的平衡 ， 因此 ， 所设计 的 位移 和夹紧状态（ ＝ ） ０ 的输出力 分别为 ： 压电堆作动器的预紧力固定为 ８ Ｎ ０。
在受压状态 ， 在其一端设计了预压装置。由于矩形截面弹簧具有刚 度大， 刚度更接近于常数等优点， 此处选用 日标矩形截面弹簧 。
３ 电堆一 压 橡胶组合隔振器 的力学模型
３１ 电堆作 动器 的 等效 动 力学模 型 ．压
压电堆作动器作为振动控制的主动器件 ， 在工作时始终处于 动态过程 ， 因此只有压电堆作动器 的静态力学模型是不够的。文
器主要 由压电堆 ， 预压装置 ， 出杆和外壳等四部分组成。 力输
减振橡胶块 １ 负载 减振橡胶块 ２ 作动器套筒
ｊ ＝（ ～ 一） Ｈ
ｔ ２２ 一 （２ ） 七 一 ２＋ ｍ ： ｋｘ一 １十 （ ） Ｆ
～
（） １ ３
式中 ． － —被 隔振体质量； 一中间质量 ，即压电堆作动器 的质 ｍ ｍ：
∞
ｆ ｄ ｅ ， Ｊ ｅ ｒ 肌 ｒ Ｍ
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女 来稿Ｎ￣： ０— ７２ ★基金项目： ２ ９０—９ ０ 国防科工委民用航天“ 十一五” 重点资助项目（４２０２ ） ｃ Ｉｏ６３ Ｊ ０
２
王 强等 ： 电堆一 压 橡胶 组合 隔振 器的设 计及 实验研 究
第５ 期
所设计完成 的组合隔振器结构 ， 如图 １ 所示 。该压 电堆作动
驱动电压幅值 （ ｖ）
图 ３压电堆作动器不同预紧力下的静态位移输 出
Ｆ ｇ３ ｉｚ ｅ ｅ ｔ ｃ ｉ ｆ ａ ｔ ａ ｏ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｐｒ－ ｉｈ ｅ ｉ ｇ ｆｒ ｅ ｉ． Ｐ ｅ ｏ ｌｃ ｒ ｐ ｌ ｏ ｃｕ ｔｒ ｕ ｄ ｒ ｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｎ ｎ ｏ ｃ ｉ ｅ ｏ ｔ ｔ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｕ ｐ ｔ ｆ ｓａ ｉ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ ｏ ｔ ｕ ｃ
图 １压 电堆一 橡胶组合隔振器构
Ｆ ｇ １ ｉ ｚ ｅ ｅ ｔ ｃ ｐ ｌ－ｒ ｂ ｅ ｓ ｌ ｔｏ ｔｕ ｔ ｒ ｏ ｉ ａ ｉｎ ｉ． Ｐ ｅ ｏ ｌｃ ｒ ｉ ｕ ｂ ｒ ｉｏ ａｉ ｎ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｔｏ ｉ ｅ
输 出特性 ， 以及预紧力对于作动器静态输出特性 的影响 ， 设计完
— 开
、 、矗
．
第 ５期
２１ ０ ０年 ５月
机 械 设 计 与 制 造
设计与计算
，
● ●
，
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉｅ ｙ ｓｇ
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Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕ ｅ
文 章 编 号 ：０ １ ３９ （ ００ ０ 一 ０ １ ０ １ ０ — ９ ７２ １ ）５ Ｏ０ — ３
成 了压 电堆 作动 器 在不 同 预紧 力 下 的静态 位移 输 出特 性 实验 。 实
其 中， 电堆作为作动器核心部件 ， 压 对作动器的性能有决定 验结果， 如图 ３ 所示。 性的影响，此处选用的是由某公司生产的 Ｐ Ｂ ２ ０系列国产压电 Ｔ Ｓ０
一
２ ５
陶瓷致动器。为了消除各构件之间的轴向间隙， 使压电堆始终工作
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压 电堆 一 橡胶 组 合 隔振 器 的设计 及 实验研 究 术
王 强 陈照波 焦映厚
（ 哈尔滨 工业大 学 机 电工程 学院 ， 尔滨 １０ ０ ） 哈 ５０ １
ｌ 【ｔ】 ｅｅｅｃ６ｃ Ａｒ ｌｏｔｒｅ ｂｃ ｅｒｕｒ ｓｔ ｐ ｆｉ ６Ｄ ａ ｉｃ ｚ －
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实验三十三：主动隔振和被动隔振实验
实验三十三：主动隔振和被动隔振实验振动的干扰对人、建筑物以及仪表设备都会带来直接的危害，因此振动的隔离涉及到很多方面。
隔振的作用有两个方面：一、减少振源振动传至周围环境；二、减少环境振动对物体或设备的影响。
二者原理相似，性能也相似。
原理就是在设备和底座之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以减少或隔离振动的传递。
有两类隔振，一是隔离机械设备通过支座传至地基的振动，以减少动力的传递，称为主动隔振；另一种是防止地基的振动通过支座传至需保护的精密仪器或仪器仪表，以减少运动的传递，称为被动隔振。
【实验目的】1 .学习隔振的基本知识。
2 .学习隔振的基本原理。
3 .了解主动隔振和被动隔振效果的测量 【仪器和用具】ZJY -601A 型振动教学试验仪、计算机、空气阻尼器 【实验原理 】 1.主动隔振在一般隔振设计中，常常用振动传递比T 和隔振效率η来评价隔振效果。
主动隔振传递比等于物体传递到底座的振动与物体的振动比，被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，两个方向的传递比相等。
一般，由物体传递到底座时常用力表示，由底座传递到物体时则用位移、振动速度或振动加速度表示，这样便于应用。
隔振效率：()%1001⨯-=T η (33-1)传动比T ：()22222211u D u u D T +-+=(33-2)式中D 为阻尼比，u=激振频率和共振频率的比。
只有传递比小于才有隔振效果。
因此T<1的区域称为隔振区。
由图中的曲线可知：当002f f f <<时，T<1。
系统有放大作用；当0f f =时，系统发生共振，传递比极大；当0032f f f <<时，作用有限；0063f f f <<时，隔振能力低（20—30dB ）；00106f f f <<时，隔振能力中等（30—40dB ）；010f f >时，隔振能力强（>40dB ）;阻尼比D 对T 的影响。
498柴油机试验台架隔振系统设计与试验研究
［１］ 严济宽．机械振动隔离技术［Ｍ］．上海：上海技术文献出 版社，１ ９ ８ ５
［２］ 谭达明．内燃机振动控制［Ｍ］．成都：西南交通大学出版 社，１ ９ ９ ３
［３］ 周斌，谭达明．内燃机弹性基础隔振系统固有频率偏差 分析［Ｊ］．西南交通大学学报，１９９８（１０）
［４］ 郝志勇等．内燃机整机振动部分施控系统理论与试验研 究［Ｊ］．内燃机学报，２０００（３）
５ 结 论
ａ． ＣＡ４９８柴油机试验台架在安装了上述隔振系 统后，其额定工况的振动烈度可以从原先的 Ｄ 级改 善为 Ｃ 级，表明该隔振系统的设计是成功的； ｂ． 考虑到橡胶减振垫具有一定的阻尼，故在 转速较低时，振动会由于阻尼的原因而得到一定程 度的抑制； ｃ． 由于 ４９８ 柴油机具有较大的转速范围，仅 仅靠安装减振垫很难做到在所有转速下的振动都符 合标准； ｄ． 从分析结果来看，二阶往复惯性力是直列 四缸机的主要激振源，故应力求降低二阶往复惯性 力的值，例如加装二次往复惯性力的平衡装置。
二阶往复惯性力为： Σ Ｐｊ ２＝４λｍｊＲω ２．ｃｏｓ２α
在额定工况下，最大值为 ３８９５．５Ｎ。 倾覆力矩的不平衡分量为：
ＭＰ＝ Σ Ｐｎｐ．ｓｉｎ（ｎα＋εｎ）．Ａ．Ｒ＋ Σ Ｐｎｗ．Ａ．Ｒ
柴油机的基本参数如下： 缸径，ｍｍ ９８ 连杆长度，ｍｍ １６２ 活塞组重，ｋｇ １．２６５ 额定功率，ｋＷ ６２ 最大扭矩，Ｎｍ １９５～２００ 柴油机净重，ｋｇ ２４５ 行程，ｍｍ １０５ 缸心矩，ｍｍ １１０
４ 隔振方案的选择
由 ４９８ 柴油机振动源的分析可知，其主要的振 动是二阶往复惯性力所引起的 Ｙ 向的垂直振动和倾 覆力矩的不平衡分量所引起的γ方向的横摇振动。 故因首先考虑将这两种振动分开，本例采用对称于 柴油机轴线的斜支撑布置，这样可产生两组三联耦 合振动：垂向－纵向－纵摇及平摇－横向－横摇。 因为各支撑点的载荷相差较大，本例采用两种 不同型号的隔振器，为了达到良好的隔振效果，要 求在额定工况的隔振效率η≥ ８０％，则隔振装置的 固有频率 Ｆ ｎ 不应大于：
尺蠖式压电线性作动器设计及实验研究
第 43 卷第 3 期2023 年 6 月振动、测试与诊断Vol. 43 No. 3Jun.2023 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis尺蠖式压电线性作动器设计及实验研究∗柏德恩1，邓少龙1，李云涛2，沈刚1，朱真才1（1.中国矿业大学机电工程学院 徐州， 221116） （2.上海航天控制技术研究所 上海， 201109）摘要针对空间环境下小型抓取操作机构对新型作动器的使用需求，考虑压电作动器具有耐温范围宽、无电磁干扰及断电自锁等特点，仿照昆虫尺蠖的行走方式设计一种新型压电线性作动器。
首先，利用柔性铰链式位移放大机构放大压电陶瓷（Pb⁃Zr⁃Ti，简称PZT）叠堆的输出位移，以增大线性作动器的移动步长及对导轨的夹紧变形量，将多个压电陶瓷叠堆器件分为3组，分别作为尺蠖式压电线性作动器的2个夹持单元和1个推进单元的激励源，以获得较大的驱动力并进一步增大作动器的移动步长；其次，借助有限元仿真分析软件，研究压电陶瓷叠堆力电耦合行为的预测方法，并实验验证该方法的可行性；然后，简化柔性铰链式位移放大机构，提出放大倍数的数值分析方法，对位移放大机构在压电陶瓷叠堆作动方向上的刚度进行仿真分析，并验证放大倍数的数值分析方法的准确性；最后，基于设计的线性作动器开展实验研究。
结果表明：位移放大机构对压电陶瓷叠堆输出位移的放大倍数为7.3，处于理论值与仿真值之间；在激励电压频率为5 Hz时，作动器的最大空载移动速度为413 μm/s；作动器的最大推动力为16 N，对应的驱动速度为19 μm/s。
以上研究结果能为小型抓取操作机构的智能驱动提供技术支持。
关键词尺蠖式；压电作动器；压电陶瓷叠堆；位移放大；断电自锁中图分类号TH122引言压电作动器利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能，实现运动的输出，广泛应用于机器人［1⁃2］、精密仪器［3⁃5］、纳米级定位台［6⁃7］、多自由度指向平台［8⁃9］及生物工程［10⁃11］等领域。
高阻尼隔震橡胶支座的阻尼性能试验研究
高阻尼隔震橡胶支座的阻尼性能试验研究摘要：通过不同剪应变剪切试验研究了高阻尼隔震橡胶支座（HDR）的等效阻尼比的剪应变和温度相关性，研究结果表明：不同的剪应变下，支座的等效阻尼比都在18% 以上，具有稳定的阻尼比；在温度相关性试验中，支座的等效阻尼比值低于15%，低温环境下支座的水平等效刚度比常温下要高。
关键词：高阻尼隔震橡胶支座；等效阻尼比；剪应变；水平等效刚度；温度Abstract：The equivalent damping ratio of HDR under different strain amplitude and temperature environment were studied.Based on strain amplitude testing result，the equivalent damping ratio of the bearing was over 18% and was stable.Based on the temperature correlation testing result，the equivalent damping ratio of the bearing was less than 15%.The horizontal equivalent stiffness was higher at low temperature.Keywords：HDR；equivalent damping ratio；strain amplitude；horizontal equivalent stiffness；temperature1 引言HDR具有阻尼效果的橡胶制成，隔震性能好。
它由橡胶层和钢板硫化处理后结合组成，并在某些方面与标准的弹性支座类似。
传统的隔震橡胶支座，往往在温度和交通荷载作用下，阻尼性能大幅度下降[1][2]。
同样，寒冷地区高阻尼隔震橡胶支座因其材料本身的性质，它的阻尼性能和温度变化有较强的相关性，随环境温度而降低。
磁流变弹性体隔振缓冲器设计及实验研究
优化 打下基础 。
用真 空泵抽 真空 ， 除混合 物 内部 的气 泡 ， 后把 混合 去 然 物放入定 型模具 中， 在一 定 温度 下缓 慢 固化 ， 即可制 备
出磁 流变弹性体 （ １ 。在 固化 过程 中要 将模 具放 人 表 ） 磁 场下 ， 颗粒形成 有序结 构 。 使
＼＼ 材 料 天然 橡 胶 促进 剂 羰基 铁粉 表 面活 性 剂 样 品 ＼、 、 ／ ｇ ／ ｇ ／ ｇ ／ ｇ
Ｍ Ｅ样 品 Ｒ １０ ０ １ ２０ ０ １ ５
基 金项 目 ：国家 自然科 学 基 金项 目（０ ７０ ４ ６８４ １ ） 新 世 纪优 秀 人 ６ ５４ ７ ，０ ０ ０８ ； 才 支 持计 划 （ Ｃ Ｔ一０ ０ １ ） ＮＥ ７— ９０
磁 流变弹性 体是 由高分子聚合 物 （ 如橡胶 等 ） 和铁 磁性颗粒 组成 ， 合 有铁 磁 性 颗粒 的聚 合 物在 外 加 磁 混 场作 用下 固化 ， 使颗 粒在基体 中形成 有序结构 。
为 了有利 于 形 成有 序 结 构 ， 制 备 中要 提 高 颗粒 在 聚集 的主动 力 ， 磁作 用 力 和 添 加剂 表 面 张 力 。为 此 如
１ 磁 流 变 弹 性 体 隔振 缓 冲 器 的 结 构 及 磁 路
设 计
本文设计 的隔振器 的核 心智 能元 件是 磁 流变 弹性
表 １ 磁 流 变 弹 性 体 样 品 的组 成
Ｔａｂ． １ Ｃｏｍ ｐｏ ｉｉ ｎ ｆｔ ＲＥ ａ ｐ ｅ ｓｔｏ ｏ ｈｅ Ｍ ｓ ｍ ｌ
学、 磁学等性能连续变化 ， 兼有磁 流变材料 和弹性体 的优
点， 因此近年来 ， 磁流变弹性体的制备、 机理和应用受到 越来越多的重视 ， 为磁流变材料研究 的一个热点 。 成
实验三被动隔振实验
实验三 被动隔振实验一、实验目的1、建立被动隔振的概念。
2、掌握被动隔振的的基本方法。
3、学会测量、计算被动隔振系数和隔振效率。
二、实验装置与仪器Labview8.2软件、NI CompactDAQ数据采集系统、普通计算机、加速度压电式传感器、电荷放大仪、质量板、100KG振动实验台等。
三、实验原理图3-1 被动隔振系统的装置简图被动隔振系统的实验装置如图3-1所示。
振动隔离是消除与减小振动危害的重要途径之一，在企业，振源通常是振动较大的机器，振源的振动通过地基传到周围环境和仪器设备。
对于精密的仪器设备，为了使外界振动尽可能少地传到系统中来，就需要将其与地基隔离开来，称为被动隔振或消极隔振。
被动隔振是为了防止周围环境的振动通过机脚、支座传到精密仪器和设备，又称为防护隔振，其目的在于隔离或减小振动的传递，使精密仪器和设备不受振动的影响。
被动隔振的力学模型如图3-2所示，被隔离的设备置于减振器上，设备的质量为m ，减振器的刚度为k ，阻尼系数为c 。
图3-2 被动隔振系统的力学模型被动隔振的振源是振动平台，被动隔振的效果通常用隔振系数η和隔振效率E 来度量。
隔振系数η的定义为12/A A =η (3-1)式中1A 为振源的振幅，2A 为设备隔振后的振幅。
隔振效率E 的定义为()%1001×−=ηE (3-2)在本实验系统中振源为振动台的垂直简谐振动)sin(11t A x ω=，由振动理论可知：()()()22222121ξλλξλη+−+=(3-3)式中阻尼比ξ为21ln 21A A πξ=(3-4) 频率比λ为21/f f =λ (3-5)其中2f 为主动隔振系统的固有频率，1f 为激振频率。
当频率比20<<λ时，1>η，即12A A >，隔振器不起隔振作用。
当频率比趋于1时，即21f f =时，出现共振。
共振时，被隔离体系不能正常工作，2.1~8.0=λ为共振区，无论系统阻尼大小，只有当2>λ时，隔振器才起到隔振作用，隔振系数的值才小于1。
电磁液压主被动复合隔振器动力学特性及算法研究
第35卷第2期2022年4月振动工程学报Journal of Vibration EngineeringVol.35No.2Apr.2022电磁液压主被动复合隔振器动力学特性及算法研究张庆伟1，2，俞翔3，闫政涛4，杨理华5，6（1.海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033；2.海军航空大学岸防兵学院，山东烟台264001；3.海军工程大学舰船与海洋学院，湖北武汉430033；4.江汉大学智能制造学院，湖北武汉430056；5.海军潜艇学院动力操纵系，山东青岛266199；6.中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室，北京100190）摘要:针对舰船机械设备存在的低频线谱振动，设计了一种电磁作动器与液压悬置结构有效并联的电磁液压主被动复合隔振器。
该复合隔振器利用电磁作动器输出力抑制低频线谱振动，液压悬置结构隔离宽频振动且实现了对电磁力的有效放大，具有占用空间小、承载能力大、输出力大等优点。
对主被动复合隔振器电磁和液压悬置部分进行了建模分析，提出了考虑通道耦合振动的分布式多通道修正解耦算法，保证了滤波器权系数正确收敛。
开展了多线谱激励的多通道主被动隔振控制实验，结果表明该主被动复合隔振器对3根线谱取得平均35.12，39.51和38.35 dB的衰减，控制效果显著。
关键词:主被动复合隔振器；电磁作动器；液压悬置结构；修正解耦算法；多通道多线谱中图分类号:O328；U661.44文献标志码:A文章编号:1004-4523（2022）02-0417-09DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2022.02.017引言隔振是降低舰船机械设备振动传递的有效途径，是提高舰船声隐身性能的重要手段［1］。
双层隔振［2］、浮筏隔振［3］在中高频段表现较好，但无法满足舰船机械设备低频振动隔离要求。
主动隔振通过附加力源可有效抑制低频振动［4］，但存在耗能较大、承载能力较弱等问题。
主被动一体化隔振技术综合了主动和被动隔振的技术优势，具有更为广泛的应用前景。