一种具有俘能功能的准零刚度隔振器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，并提出了将其应用在梁工程中的低频隔振与桥梁健康监测传感器自供电中的两种俘能方案。本发明专利技术准零刚度隔振器由正、负刚度结构并联而成，正刚度结构由竖直线性弹簧或弹性细梁构成，负刚度结构由水平滑槽、滑块、连杆、水平线性弹簧及压电梁或磁悬浮结构构成。俘能方案有两种：一种是应用压电效应实现的压电俘能；另一种是应用电磁感应原理实现的电磁俘能。本发明专利技术兼具振动抑制与能量俘获的双重功能，且技术上具有一定的创新型和可行性。可有效隔离低频振动，保护桥梁的安全，同时可将振动的能量转化为电能，应用于桥梁监测的传感器等小功率电子元件的自供电。等小功率电子元件的自供电。等小功率电子元件的自供电。

A quasi zero stiffness vibration isolator with energy capture function

【技术实现步骤摘要】
一种具有俘能功能的准零刚度隔振器


[0001]本专利技术属于振动控制及俘能
，具体涉及一种具备两种俘能方案的准零刚度隔振器。

技术介绍

[0002]振动普遍存在于我们日常的生产生活中，其应用领域十分广泛，但同时也给现代社会的运作带来了许多消极影响。在现代交通领域，尤其是桥梁工程方面，振动抑制对于桥梁结构稳定，交通安全等都有十分重要的作用。
[0003]面对桥梁工程的发展要求，解决机械或结构的振动具有重要意义。由经典隔振理论已经证明，被动隔振只有当激励频率大于√2倍的系统固有频率时，系统才有隔振效果。因此，在面对低频隔振时，传统的线性隔振器已经无法满足需求，应当降低隔振系统的固有频率，即在原正刚度隔振系统上增加负刚度结构以降低系统刚度，进而达到准零刚度的隔振结构，保证“高静低动”。
[0004]在对桥梁等交通载体进行隔振时，不仅要考虑抑制各类移动载荷所产生的宽频带振动，尤其是其中的低频振动，还要将外界振动所产生的能量进行俘获，并将其转化为相关传感器工作的电能。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，并提出了将其应用在梁工程中的低频隔振与桥梁健康监测传感器自供电中的两种俘能方案。本专利技术准零刚度隔振器由正、负刚度结构并联而成，正刚度结构由竖直线性弹簧或弹性细梁构成，负刚度结构由水平滑槽、滑块、连杆、水平线性弹簧及压电梁或磁悬浮结构构成。俘能方案有两种：一种是应用压电效应实现的压电俘能；另一种是应用电磁感应原理实现的电磁俘能。本专利技术兼具振动抑制与能量俘获的双重功能，且技术上具有一定的创新型和可行性。可有效隔离低频振动，保护桥梁的安全，同时可将振动的能量转化为电能，应用于桥梁监测的传感器等小功率电子元件的自供电。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，包括正刚度结构、负刚度结构、俘能器、承重平台、下板和竖直支撑板；所述竖直支撑板分为左右两根，下端分别与下板左右两端固连；
[0008]所述负刚度结构包括连杆、滑块、水平滑槽和水平线性弹簧；所述负刚度结构分布在承重平台两侧，左右对称；对于右半部分，所述水平滑槽一端与右侧竖直支撑板上端固定连接，水平滑槽另一端悬空；所述滑块安装在水平滑槽上，所述水平线性弹簧套在水平滑槽外围，水平线性弹簧的两端分别与滑块和右侧竖直支撑板固连，所述滑块能够沿水平滑槽水平滑动，拉伸或压缩水平线性弹簧；所述连杆的一端铰接在承重平台的一侧，另一端与滑块铰接；所述负刚度结构和承重平台构成水平隔振结构；
[0009]所述正刚度结构包括竖直线性弹簧，所述竖直线性弹簧一端固定安装在下板上，另一端固定在水平隔振结构上；
[0010]所述俘能器安装在下板和水平隔振结构之间；
[0011]当承重平台收到外界的激励产生竖直方向振动时，带动连杆通过滑块产生水平方向运动，进而使得水平线性弹簧在水平方向运动；同时对水平滑槽产生竖直方向的振动，水平滑槽和承重平台在竖直方向的振动带动竖直线性弹簧产生竖直方向的位移，产生拉压作用，起到隔振效果；水平线性弹簧与竖直线性弹簧在安装时都进行预压缩以使正刚度结构和负刚度结构参数满足准零刚度条件；
[0012]所述水平滑槽和承重平台在振动的过程使俘能器动作，从而产生电能。
[0013]进一步地，所述正刚度结构还包括竖直滑槽；所述竖直线性弹簧套在竖直滑槽外围；所述竖直滑槽下端与竖直线性弹簧一同固定在下板上，竖直滑槽上端穿过承重平台，竖直线性弹簧上端与承重平台固定连接；承重平台振动时能在竖直滑槽上进行竖直方向运动，并对竖直线性弹簧产生拉压作用，起到隔振效果；
[0014]所述俘能器包括4根压电梁，以竖直滑槽为中间轴对称，左右各两根；右边的两根压电梁下端固定在下板上，上端固定在右侧水平滑槽上；在振动的过程中水平滑槽振动，对压电梁产生拉压变形，通过正压电效应产生电能。
[0015]进一步地，所述正刚度结构包括左右两根竖直线性弹簧，以竖直滑槽为中间轴左右对称；所述竖直线性弹簧下端固定在下板上，上端固定在各自一侧的滑块上；承重平台振动时带动水平滑槽振动，并对竖直线性弹簧产生拉压作用，起到隔振效果；
[0016]所述俘能器包括竖直粗杆、圆形磁铁、线圈、弹性细梁、底部支座和结构框架；所述竖直粗杆上端固定在承重平台上，下端固定在弹性细梁上，竖直粗杆中间部分插入方形磁铁；所述线圈环绕在方形磁铁周围；所述弹性细梁固定在底部支座上，所述底部支座下端与下板通过螺栓固定连接；所述底部支座上端与结构框架固连，结构框架用来支撑底部支座，提高稳定性；在底部支座的上部和中部分别固定两块极性与方形磁铁方向一致的圆形磁铁；
[0017]当承重平台产生竖直方向振动时，弹性细梁会在竖直粗杆的作用下产生线性回复力，与上下圆形磁铁对方形磁铁产生的回复力叠加，方形磁铁会产生竖直方向有阻尼振动，围绕方形磁铁周围均匀分布的线圈与磁感线产生相对运动，在电磁感应原理的作用下，线圈中会产生电能。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]本专利技术装置可以通过准零刚度的结构实现低频隔振，并进行能量俘获，实现桥梁工程中相关传感器的自供电。本专利技术由准零刚度隔振结构与俘能装置耦合而成，能够有效抑制低频振动并转化为电能，结构简单且合理有效，符合可持续发展理念及智能化隔振要求。
附图说明
[0020]图1是本专利技术装置实施例一结构正视图。
[0021]图2是本专利技术装置实施例一安装于桥梁上的工作示意图。
[0022]图3是本专利技术装置实施例二结构正视图。
[0023]图4是本专利技术装置实施例一在准零刚度条件下恢复力的曲线F(Z)。
[0024]图5是本专利技术装置实施例一在准零刚度条件下刚度曲线P(Z)。
[0025]图中：1
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承重平台，2
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连杆，3
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滑块，4
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水平滑槽，5
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水平线性弹簧，6
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竖直支撑板，7
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压电梁，8
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竖直线性弹簧，9
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竖直滑槽，10
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圆形磁铁，11
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线圈，12
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弹性细梁，13
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底部支座，14
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下板，15
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结构框架，16
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竖直粗杆。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0027]本专利技术提出了一种将准零刚度结构和俘能结构耦合的隔振器，可以在桥梁工程中对低频振源产生的振动进行有效隔离，并驱动装置内的俘能装置进行能量俘获。本专利技术简单合理，实用有效，提出了两种可行的俘能方案。
[0028]一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，包括正刚度结构、负刚度结构、俘能器、承重平台1、下板14和竖直支撑板6；所述竖直支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，其特征在于，包括正刚度结构、负刚度结构、俘能器、承重平台、下板和竖直支撑板；所述竖直支撑板分为左右两根，下端分别与下板左右两端固连；所述负刚度结构包括连杆、滑块、水平滑槽和水平线性弹簧；所述负刚度结构分布在承重平台两侧，左右对称；对于右半部分，所述水平滑槽一端与右侧竖直支撑板上端固定连接，水平滑槽另一端悬空；所述滑块安装在水平滑槽上，所述水平线性弹簧套在水平滑槽外围，水平线性弹簧的两端分别与滑块和右侧竖直支撑板固连，所述滑块能够沿水平滑槽水平滑动，拉伸或压缩水平线性弹簧；所述连杆的一端铰接在承重平台的一侧，另一端与滑块铰接；所述负刚度结构和承重平台构成水平隔振结构；所述正刚度结构包括竖直线性弹簧，所述竖直线性弹簧一端固定安装在下板上，另一端固定在水平隔振结构上；所述俘能器安装在下板和水平隔振结构之间；当承重平台收到外界的激励产生竖直方向振动时，带动连杆通过滑块产生水平方向运动，进而使得水平线性弹簧在水平方向运动；同时对水平滑槽产生竖直方向的振动，水平滑槽和承重平台在竖直方向的振动带动竖直线性弹簧产生竖直方向的位移，产生拉压作用，起到隔振效果；水平线性弹簧与竖直线性弹簧在安装时都进行预压缩以使正刚度结构和负刚度结构参数满足准零刚度条件；所述水平滑槽和承重平台在振动的过程使俘能器动作，从而产生电能。2.根据权利要求1所述的一种具有俘能功能的准零刚度隔振器，其特征在于，所述正刚度结构还包括竖直滑槽；所述竖直线性弹簧套在竖直滑槽外围；所述竖直滑槽下端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，蔡翔宇，崔颖萱，谢佳衡，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：