[发明专利]一种腹板式圆柱齿轮传动压电减振传动装置及减振控制方法

权利要求书

1.一种腹板式圆柱齿轮传动压电减振传动装置，其特征在于，包括高速轴、小齿轮、滚动轴承、大齿轮、低速轴、支撑座、磁场基座、压电环、电刷、换向片、绕组线圈、磁极、线圈支架、滑动轴承和箱体，所述高速轴上设有小齿轮，所述低速轴上设有大齿轮，所述小齿轮和大齿轮啮合传动；磁场基座与低速轴固定连接，磁极楔紧在磁场基座腔体内壁上，电刷通过螺纹与磁场基座固联，二者保持绝缘不导通；支撑座相对箱体固定，其内圆柱面安装轴承，高速轴和低速轴通过轴承与箱体实现动连接；两换向片和绕组线圈固连在线圈支架上，并与线圈支架不导通，线圈支架一端固定在支撑座上，绕组线圈两输出端与两个换向片固接，所述电刷在转动时与换向片接触；压电环通过粘合剂粘接在大齿轮腹板两侧的轮缘上，与大齿轮不导通，压电环内外圆柱面通过导线与控制电路输出电压端相连，压电环采用径向极化设计；电刷输出电压采用定电压控制，压电环的极化电压采用闭环位置正反馈控制，二者的控制电路封装在磁场基座上；电刷与定电压控制电路之间、定电压控制电路与极化电压控制电路之间采用导线连接，提供压电环控制电压；所述压电减振传动装置还设有磁场基座端盖，所述磁场基座端盖的一端用螺钉与磁场基座相连，内圆柱面通过滑动轴承与支撑座联接；磁场基座通过螺纹与低速轴联接，通过止动垫片防松。

2.根据权利要求1所述的腹板式圆柱齿轮传动压电减振传动装置，其特征在于，所述压电环的压电采样电路包括第一运算放大器A₁、电容C、输入电压源v、电压源v_s、第二运算放大器的A₂、电阻R₁₀、R₂₀、控制器，所述第一运算放大器A₁的反相输入端通过电容C连接到压电环的第一连接端；所述压电环的第一连接端还与输入电压源v的阳极端连接，所述输入电压源v的阴极端与接地端连接；

第一运算放大器A₁的输出端与电压源v_s的阴极连接；

电压源v_s的阳极与第二运算放大器的A₂的输出端连接；A₂运算放大器的反相输入端与压电环的第二连接端连接；

电阻R₁₀连接在第一运算放大器A₁反相输入端和输出端之间，电阻R₂₀连接在第二运算放大器A₂反相输入端和输出端之间；

输入电压源v和电压源v_s分别与控制器连接。

3.根据权利要求2所述的腹板式圆柱齿轮传动压电减振传动装置，其特征在于，所述控制器为位置正反馈控制器，其压电激励环传递函数为，

扰动的传递函数为：

其中i是模态序号，γ_i是一个m×1的矢量，m为扰动作用的数量，上标“’”表示转置，ω_i、ξ_i和η_iη′_i分别表示第i个模态的频率、模态阻尼比和模态振型积，N为结构总的模态数，其正位置反馈函数为：

根据控制模态振动的需要，位置正反馈控制的模态数n可以随之增加，补偿频率λ_i与系统的固有频率ω_i相同，补偿阻尼δ_i不同于系统阻尼ξ_i，可以根据设计要求设定；

所述正反馈控制器包括补偿器TF，其传递函数为：

其中R₁和R₂为电阻，C₁和C₂为电容。

4.根据权利要求3所述的腹板式圆柱齿轮传动压电减振传动装置，其特征在于，所述补偿器包括补偿器控制电路，电阻R₁与电阻C₁组成并联电路，所述并联电路一端与正相输入端连接，并联电路的另一端与依次与电阻R₂，电容C₂串联后连接到反相输入端；所述R₂和电容C₂组成的串联之支路一端与正相输出端连接，所述R₂和电容C₂作为组成的串联支路另一端与反相输出端连接。

5.一种权利要求1-4中任一项所述的腹板式圆柱齿轮传动压电减振传动装置的减振控制方法，其特征在于，在磁极随低速轴转动时，实现磁场相对绕组线圈的转动，绕组线圈切割磁力线产生电流，电流传导至换向片，由电刷的不断转动将电流引出，形成连续传递的直流电源电极，通过导线将输出电压传导至定电压控制电路和极化电压控制电路，最终作为压电环的输入电压，通过实时控制输入电压，压电环的逆压电原理获得合理的大齿轮的径向应变，从而控制齿轮和的啮合刚度，以达到对齿轮传动的减振控制。