一种位移整流和位移信号单向传递的机械二极管元件制造技术

本发明专利技术属于结构设计领域，涉及一种位移整流和位移信号单向传递的机械二极管元件。作为位移整流元件，该元件可以将一个正极接口输入的正负交替的位移信号在负极接口输出为一个只有正向位移的信号，提供一个类似半导体二极管全波整流作用的位移整流功能。作为单向传递位移信号的元件，这种元件仅允许位移信号从正极接口A传递到负极接口B，但阻止位移信号从负极接口B传回正极接口A，从而提供一个类似半导体二极管单向传递信号的功能。这种功能元件在机械逻辑、机械计算、设备减震、智能检测等领域拥有广阔的应用前景。拥有广阔的应用前景。拥有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种位移整流和位移信号单向传递的机械二极管元件


[0001]本专利技术属于结构设计领域，涉及一种位移整流和位移信号单向传递的机械二极管元件。

技术介绍

[0002]目前在机械计算领域，大多数技术都是利用双稳态结构的两个稳定状态对应二进制中的0和1，通过外力改变位移状态进行逻辑运算，以代替电路中逻辑电路的功能，这些技术将位移状态作为输入，但是无法处理连续的位移信号。也有技术利用接触非线性对连续的位移信号进行调幅，实现对位移信号的截断、滤波、整形等功能，但都无法实现全波整流以及单向传递位移信号的功能。
[0003]对电流的全波整流和单向传递是半导体二极管的主要功能，在半导体二极管中，电流可以从二极管的正极流向二极管的负极，但是难以从二极管的负极流向正极。利用二极管的单向导电性可以实现对电流信号的整流，将一个交流电信号转化为直流电信号。半导体二极管在电路中具有不可替代的作用，因此，在机械计算中设计一个类似半导体二极管功能的机械二极管元件对扩展机械计算的应用具有重要意义。
[0004]在绝大部分机械结构中，外载荷所产生的位移与外力成线性正比关系，当外力方向变化时，位移响应的方向也随之变化。只有通过精心设计，使结构表现出很强的非线性，同时让结构特定位置的响应对结构另一特定位置处所受外力的方向变化不敏感，从而实现即使载荷方向变化但是特定位置处的位移响应不变的特殊性能。利用该性能，可以设计一种机械二极管，实现对位移信号的全波整流和单向传递的功能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有类似半导体二极管功能的机械二极管功能元件。该机械二极管具有位移整流和位移信号单向传递的功能。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种位移整流和位移信号单向传递的机械二极管元件，包括正极接口杆件1、负极接口杆件2、外壳3、拉伸弹簧4、刚性连杆5和插销6。
[0008]所述的外壳3是一个方形外壳，为整个元件提供外部约束。外壳3的前后两个对立面上分别设有六个竖直方向的滑槽和两个水平方向的滑槽，用于限制插销6的运动方向，上下两个相对立的面上的中心位置分别设有开口，用于正极接口杆件1和负极接口杆件2的穿过，外壳3的每个对立面上设置的滑槽和开口完全一致。其中，有四个竖直方向的滑槽位于外壳3前后两个面的中心偏上的位置，整齐分布成两列，约束正极接口杆件1只能在竖直方向上运动；两个水平方向的滑槽分布在外壳3前后两个面左右两部分的中心偏上位置，排成一条水平线，所在水平线为用于约束正极接口杆件1运动方向的四个竖直方向滑槽的对称轴，水平滑槽用于约束四个拉伸弹簧4的一端只能沿着水平方向运动；另两个竖直方向的滑槽位于外壳3前后两个面偏下的位置，并列分布，且位于用于约束正极接口杆件1运动方向
的竖直方向滑槽的外侧，约束负极接口杆件2也只能沿着竖直方向运动；所有插销滑槽成左右对称分布。
[0009]所述的正极接口杆件1和负极接口杆件2分别是元件的位移输入和输出结构，其中：正极接口杆件1是一个直杆，正极接口A位于杆件顶端，正极接口杆件1的顶端位于外壳3外部，其余部分位于外壳内部；正极接口杆件1左右两侧各分布两个插销孔，每个插销孔处都连接一个拉伸弹簧4，四个插销孔分别与外壳3上中心偏上的四个竖直插销滑槽对应，通过插销6与插销孔的配合来约束正极接口杆件1只能沿着竖直方向运动。负极接口杆件2为Y型结构，负极接口B位于杆件底端，负极接口杆件2的底端位于外壳3外部，其余部分位于外壳内部；负极接口杆件2左右两端各有一个插销孔，分别连接一个刚性连杆5，两个插销孔分别与外壳3上最外侧的两个竖直滑槽对应，通过插销6与插销孔的配合约束负极接口杆件2也只能沿着竖直方向运动。
[0010]所述的拉伸弹簧4两端各有一个插销孔，中间是一段拉伸弹簧，拉伸弹簧具有很小的间隙，由于接触作用，该弹簧的拉伸刚度远小于其压缩刚度。四个拉伸弹簧在正极接口杆件1的两侧对称分布，同一侧的两个拉伸弹簧4一端通过插销6连接，插销6置于水平方向滑槽中，约束拉伸弹簧4的一端只能沿着水平方向运动。同侧两个拉伸弹簧4的另一端分别通过正极接口杆件1同侧的两个插销孔与正极接口杆件1连接。四个拉伸弹簧4的初始位置与水平方向的夹角为45
°
。
[0011]所述的刚性连杆5两端各有一个插销孔，用于传递位移，该刚性连杆在结构中不发生形变。两个刚性连杆5左右对称分布，其一端连接在水平滑槽中的插销6上，另一端与负极接口杆件2处竖直滑槽中的插销6连接，从而实现四个拉伸弹簧4两侧的水平位移与负极接口杆件2的竖直位移之间的相互传递。
[0012]所述的插销6是刚性插销，其通过各部件的插销孔将不同部件连接起来。八个插销6分别置于外壳3的八个插销滑槽中，可以在外壳3的插销滑槽内移动。
[0013]与现有技术相比，本专利技术有以下优点：
[0014]本专利技术提出了一种机械二极管功能元件，该元件具有位移整流和位移信号单向传递的功能。
[0015]作为位移整流元件，该元件可以将一个正极接口A输入的正负交替的位移信号在负极接口B输出为一个只有正向位移的信号，提供一个类似半导体二极管全波整流作用的位移整流功能。
[0016]作为单向传递位移信号的元件，这种元件仅允许位移信号从正极接口A传递到负极接口B，但阻止位移信号从负极接口B传回正极接口A，从而提供一个类似半导体二极管单向传递信号的功能。
[0017]这种功能元件在机械逻辑、机械计算、设备减震、智能检测等领域拥有广阔的应用前景。
附图说明
[0018]图1(a)是该机械二极管的整体结构示意图，图1(b)是其内部构成示意图，其中，1正极接口杆件，2负极接口杆件，3外壳，4拉伸弹簧构件，5刚性连杆，6插销。
[0019]图2(a)～图2(f)是元件各部件的结构示意图。其中，图2(a)是正极接口杆件，图2
(b)是负极接口杆件，图2(c)是外壳，图2(d)是内部拉伸弹簧，图2(e)是刚性连杆，图2(f)是刚性插销。
[0020]图3是拉伸弹簧的载荷位移曲线。
[0021]图4(a)～图4(c)、图5(a)～图5(c)、图6(a)～图6(c)、图7(a)～图7(c)是该机械二极管在各输入条件下变形模式的有限元仿真结果。
[0022]图4(a)～图4(c)是该机械二极管在正极接口A输入位移时的响应。其中，图4(a)是其初始状态，图4(b)是正极接口A输入正向位移时元件的响应，图4(c)是正极接口A输入负向位移时元件的响应。
[0023]图5(a)～图5(c)对应图4(a)～图4(c)中各输入状态下元件内部结构的变形模式。
[0024]图6(a)～图6(c)是该机械二极管在负极接口B输入位移时的响应。其中，图6(a)是其初始状态，图6(b)为负极接口B输入正向位移时元件的响应，图6(c)为负极接口B输入负向位移时元件的响应。
[0025]图7(a)～图7(c)对应图6(a)～图6(c)中各受力状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种位移整流和位移信号单向传递的机械二极管元件，其特征在于，所述的机械二极管元件包括正极接口杆件(1)、负极接口杆件(2)、外壳(3)、拉伸弹簧(4)、刚性连杆(5)和插销(6)；所述的外壳(3)是一个方形外壳，为整个元件提供外部约束，外壳(3)的前后两个对立面上分别设有六个竖直方向的滑槽和两个水平方向的滑槽，用于限制插销(6)的运动方向，上下两个相对立的面上的中心位置分别设有开口，用于正极接口杆件(1)和负极接口杆件(2)的穿过，外壳(3)的每个对立面上设置的滑槽和开口完全一致；其中，有四个竖直方向的滑槽位于外壳(3)前后两个面的中心偏上的位置，整齐分布成两列，约束正极接口杆件(1)只在竖直方向上运动；两个水平方向的滑槽分布在外壳(3)前后两个面左右两部分的中心偏上位置，排成一条水平线，所在水平线为用于约束正极接口杆件(1)运动方向的四个竖直方向滑槽的对称轴，水平滑槽用于约束四个拉伸弹簧(4)的一端只沿着水平方向运动；另两个竖直方向的滑槽位于外壳(3)前后两个面偏下的位置，并列分布，且位于用于约束正极接口杆件(1)运动方向的竖直方向滑槽的外侧，约束负极接口杆件(2)只沿着竖直方向运动；所有插销滑槽成左右对称分布；所述的正极接口杆件(1)和负极接口杆件(2)分别是元件的位移输入和输出结构，其中：正极接口杆件(1)是一个直杆，正极接口A位于杆件顶端，正极接口杆件(1)的顶端位于外壳(3)外部，其余部分位于外壳内部；正极接口杆件(1)左右两侧各分布两个插销孔，每个插销孔处都连接一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：亢战，吴文俊，王毅强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：