[發明專利]一種腹板式圓柱齒輪傳動壓電減振傳動裝置及減振控制方法

有效

• 申請號: 201710165945.2
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106884966B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 石慧榮;高溥;李宗剛;趙冬艷;張軍平
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: F16H57/00
• 分類號: F16H57/00;F16F15/03
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 高玉濱

1.一種腹板式圓柱齒輪傳動壓電減振傳動裝置，其特征在于，包括高速軸、小齒輪、滾動軸承、大齒輪、低速軸、支撐座、磁場基座、壓電環、電刷、換向片、繞組線圈、磁極、線圈支架、滑動軸承和箱體，所述高速軸上設有小齒輪，所述低速軸上設有大齒輪，所述小齒輪和大齒輪嚙合傳動；磁場基座與低速軸固定連接，磁極楔緊在磁場基座腔體內壁上，電刷通過螺紋與磁場基座固聯，二者保持絕緣不導通；支撐座相對箱體固定，其內圓柱面安裝軸承，高速軸和低速軸通過軸承與箱體實現動連接；兩換向片和繞組線圈固連在線圈支架上，并與線圈支架不導通，線圈支架一端固定在支撐座上，繞組線圈兩輸出端與兩個換向片固接，所述電刷在轉動時與換向片接觸；壓電環通過粘合劑粘接在大齒輪腹板兩側的輪緣上，與大齒輪不導通，壓電環內外圓柱面通過導線與控制電路輸出電壓端相連，壓電環采用徑向極化設計；電刷輸出電壓采用定電壓控制，壓電環的極化電壓采用閉環位置正反饋控制，二者的控制電路封裝在磁場基座上；電刷與定電壓控制電路之間、定電壓控制電路與極化電壓控制電路之間采用導線連接，提供壓電環控制電壓；所述壓電減振傳動裝置還設有磁場基座端蓋，所述磁場基座端蓋的一端用螺釘與磁場基座相連，內圓柱面通過滑動軸承與支撐座聯接；磁場基座通過螺紋與低速軸聯接，通過止動墊片防松。

2.根據權利要求1所述的腹板式圓柱齒輪傳動壓電減振傳動裝置，其特征在于，所述壓電環的壓電采樣電路包括第一運算放大器A₁、電容C、輸入電壓源v、電壓源v_s、第二運算放大器的A₂、電阻R₁₀、R₂₀、控制器，所述第一運算放大器A₁的反相輸入端通過電容C連接到壓電環的第一連接端；所述壓電環的第一連接端還與輸入電壓源v的陽極端連接，所述輸入電壓源v的陰極端與接地端連接；

第一運算放大器A₁的輸出端與電壓源v_s的陰極連接；

電壓源v_s的陽極與第二運算放大器的A₂的輸出端連接；A₂運算放大器的反相輸入端與壓電環的第二連接端連接；

電阻R₁₀連接在第一運算放大器A₁反相輸入端和輸出端之間，電阻R₂₀連接在第二運算放大器A₂反相輸入端和輸出端之間；

輸入電壓源v和電壓源v_s分別與控制器連接。

3.根據權利要求2所述的腹板式圓柱齒輪傳動壓電減振傳動裝置，其特征在于，所述控制器為位置正反饋控制器，其壓電激勵環傳遞函數為，

擾動的傳遞函數為：

其中i是模態序號，γ_i是一個m×1的矢量，m為擾動作用的數量，上標“’”表示轉置，ω_i、ξ_i和η_iη′_i分別表示第i個模態的頻率、模態阻尼比和模態振型積，N為結構總的模態數，其正位置反饋函數為：

根據控制模態振動的需要，位置正反饋控制的模態數n可以隨之增加，補償頻率λ_i與系統的固有頻率ω_i相同，補償阻尼δ_i不同于系統阻尼ξ_i，可以根據設計要求設定；

所述正反饋控制器包括補償器TF，其傳遞函數為：

其中R₁和R₂為電阻，C₁和C₂為電容。

4.根據權利要求3所述的腹板式圓柱齒輪傳動壓電減振傳動裝置，其特征在于，所述補償器包括補償器控制電路，電阻R₁與電阻C₁組成并聯電路，所述并聯電路一端與正相輸入端連接，并聯電路的另一端與依次與電阻R₂，電容C₂串聯后連接到反相輸入端；所述R₂和電容C₂組成的串聯之支路一端與正相輸出端連接，所述R₂和電容C₂作為組成的串聯支路另一端與反相輸出端連接。

5.一種權利要求1-4中任一項所述的腹板式圓柱齒輪傳動壓電減振傳動裝置的減振控制方法，其特征在于，在磁極隨低速軸轉動時，實現磁場相對繞組線圈的轉動，繞組線圈切割磁力線產生電流，電流傳導至換向片，由電刷的不斷轉動將電流引出，形成連續傳遞的直流電源電極，通過導線將輸出電壓傳導至定電壓控制電路和極化電壓控制電路，最終作為壓電環的輸入電壓，通過實時控制輸入電壓，壓電環的逆壓電原理獲得合理的大齒輪的徑向應變，從而控制齒輪和的嚙合剛度，以達到對齒輪傳動的減振控制。