【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于振动控制与振动能量收集，具体涉及一种兼具能量收集和变负载低频隔振的装置。
技术介绍
1、飞机机体结构上往往加装了大量的传感器、控制器等电子设备，而这些机载设备的精度和寿命等均严重依赖于结构的振动特性；因此，隔绝动力机械等振动源的振动对基础设施和设备的安全性、可靠性和耐久性具有重要的现实意义。
2、随着机械结构向极端环境和性能极限方向的发展，对低频甚至超低频隔振的需求日益迫切。传统线性隔振理论中，只有在激励频率大于倍固有频率时才能有效隔振。若要拓展低频隔振带需通过减小系统刚度来实现。但在降低刚度的情况下，将以改变系统空间布置和牺牲稳定性为代价。
3、准零刚度隔振装置通过引入负刚度解决了线性隔振器在低频隔振方面刚度与大位移之间的矛盾。然而，现有的准零刚度隔振装置大多只针对额定负载，不期望的载荷失谐会降低低频隔振效果，甚至对隔振系统的稳定性和可靠性产生影响。
4、另一方面，微电子技术的迅速发展，使得以无线传感器节点为典型代表的低功耗独立设备广泛应用于各个领域。当涉及设备数量大、布置场合特殊等情况，利用传统电池供电的方式将会面临维护费用高、功能受限等困境。因此，从周围环境收集振动能量为低功率元器件供电技术的研究是重要且紧迫的。
5、目前，还未出现兼顾低功耗独立设备供电与低频振动隔离两方面的设备。本专利技术提出了一种兼具能量收集和变负载低频隔振的装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：提供一种兼具能量收集和变负载低频隔振的装
2、本专利技术的技术方案是：一种兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，包括隔振平台、隔振基座、中心承力机构、负刚度机构和压电片；隔振平台与隔振基座平行设置，中心承力机构为一能沿隔振平台垂向伸缩的伸缩机构，安装于隔振平台与隔振基座间，用于提供垂向正刚度，并支撑隔振物体重量；所述的负刚度机构设置于中心承力机构旁，用于提供平行于隔振平台方向的负刚度；所述的压电片贴附于负刚度机构上，用于振动过程中跟随负刚度机构弯曲振动产生拉压变形，最后利用正压电效应将机械能转换为电能。
3、前述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置中，所述的负刚度机构包括负刚度组件；负刚度组件包括顶端固连于中心承力机构旁的隔振平台上的多级凸轮结构和底端固连于隔振基座上的悬臂梁，悬臂梁顶端连接有滚子；所述的压电片贴附于悬臂梁上；隔振平台垂向运动时，滚子沿多级凸轮结构轮廓运动，使悬臂梁弯曲振动变形，进而对压电片产生拉压变形。
4、前述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置中，所述的多级凸轮结构包括沿垂向线性排列的一个以上的凸轮。
5、前述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置中，在垂向正刚度确定后，负载质量的层级由各个凸轮中心的垂向距离d确定。
6、前述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置中，所述的凸轮的轮廓曲线为抛物线。
7、前述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置中，每个凸轮轮廓线的最高位对应一个静平衡位置。
8、前述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置中，所述的负刚度组件包括一对，对称分布在中心承力机构的两侧。
9、前述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置中，所述的中心承力机构包括顶端与隔振平台固连的套筒，和底端与隔振基座固连的导向轴，导向轴顶端伸入套筒与套筒滑动连接；套筒底端与隔振基座间的导向轴上套有弹簧。
10、前述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置中，所述的弹簧为空气弹簧。
11、本专利技术的优点是：
12、1)本专利技术通过引入负刚度机构与正刚度机构并联，实现了对低频甚至超低频振动能量的有效隔离；
13、2)相较于传统低频隔振器只针对额定负载，本专利技术装置通过引入多个凸轮竖向阵列排布实现了多个低动刚度区域，进而达到对多种承载质量的有效隔振；
14、3)本专利技术整合了低频隔振和能量收集技术，在隔离低频振动源的同时还能采集低频振动能量为低功率元器件供电；
15、4)本专利技术装置适用于低频小振幅隔振场合，具有承载能力大、负载适应性强、结构紧凑、制工简单、兼具能量收集等优点；
16、5)本专利技术能自适应负载质量的变化，即负载质量变化时不需要进行额外的手动调节，拓宽了隔振装置的适用场景；
17、6)本专利技术引入了抛物线凸轮轮廓，简化了理论分析的求解过程，避免了理论分析时截断误差的引入；同时，本专利技术还可以通过对凸轮轮廓参数进行设计，提高隔振场景的匹配度。
18、综上所述，本专利技术能够有效隔离低频振动源产生的能量，并适用于不同的负载质量，同时还能采集低频振动能量为低功率元器件供电。本专利技术结构具有承载能力大、负载适应性强、结构紧凑、制工简单、易于实现等优点。
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1.一种兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，包括隔振平台(1)、隔振基座(2)、中心承力机构(3)、负刚度机构(4)和压电片(5)；隔振平台(1)与隔振基座(2)平行设置，中心承力机构(3)为一能沿隔振平台(1)垂向伸缩的伸缩机构，安装于隔振平台(1)与隔振基座(2)间，用于提供垂向正刚度，并支撑隔振物体重量；所述的负刚度机构(4)设置于中心承力机构(3)旁，用于提供平行于隔振平台(1)方向的负刚度；所述的压电片(5)贴附于负刚度机构(4)上，用于振动过程中跟随负刚度机构(4)弯曲振动产生拉压变形，最后利用正压电效应将机械能转换为电能。
2.根据权利要求1所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，所述的负刚度机构(4)包括负刚度组件；负刚度组件包括顶端固连于中心承力机构(3)旁的隔振平台(1)上的多级凸轮结构(41)和底端固连于隔振基座(2)上的悬臂梁(43)，悬臂梁(43)顶端连接有滚子(42)；所述的压电片(5)贴附于悬臂梁(43)上；隔振平台(1)垂向运动时，滚子(42)沿多级凸轮结构(41)轮廓运动，使悬臂梁(43)弯曲振动变形，进而对
3.根据权利要求2所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，所述的多级凸轮结构(41)包括沿垂向线性排列的一个以上的凸轮。
4.根据权利要求3所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，在垂向正刚度确定后，负载质量的层级由各个凸轮中心的垂向距离d确定。
5.根据权利要求3所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，所述的凸轮的轮廓曲线为抛物线。
6.根据权利要求3所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，每个凸轮轮廓线的最高位对应一个静平衡位置。
7.根据权利要求2所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，所述的负刚度组件包括一对，对称分布在中心承力机构(3)的两侧。
8.根据权利要求1所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，所述的中心承力机构(3)包括顶端与隔振平台(1)固连的套筒(1)，和底端与隔振基座(2)固连的导向轴(33)，导向轴(33)顶端伸入套筒(1)与套筒(1)滑动连接；套筒(1)底端与隔振基座(2)间的导向轴(33)上套有弹簧(32)。
9.根据权利要求8所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，所述的弹簧(32)为空气弹簧。
...【技术特征摘要】
1.一种兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，包括隔振平台(1)、隔振基座(2)、中心承力机构(3)、负刚度机构(4)和压电片(5)；隔振平台(1)与隔振基座(2)平行设置，中心承力机构(3)为一能沿隔振平台(1)垂向伸缩的伸缩机构，安装于隔振平台(1)与隔振基座(2)间，用于提供垂向正刚度，并支撑隔振物体重量；所述的负刚度机构(4)设置于中心承力机构(3)旁，用于提供平行于隔振平台(1)方向的负刚度；所述的压电片(5)贴附于负刚度机构(4)上，用于振动过程中跟随负刚度机构(4)弯曲振动产生拉压变形，最后利用正压电效应将机械能转换为电能。
2.根据权利要求1所述的兼具能量收集和变负载低频隔振的装置，其特征在于，所述的负刚度机构(4)包括负刚度组件；负刚度组件包括顶端固连于中心承力机构(3)旁的隔振平台(1)上的多级凸轮结构(41)和底端固连于隔振基座(2)上的悬臂梁(43)，悬臂梁(43)顶端连接有滚子(42)；所述的压电片(5)贴附于悬臂梁(43)上；隔振平台(1)垂向运动时，滚子(42)沿多级凸轮结构(41)轮廓运动，使悬臂梁(43)弯曲振动变形，进而对压电片(5)产生拉压变形。
3.根据权利要求2所述的兼具能量收集和变...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨婧艺，倪磊，杨荣，杨仕福，叶梦良，李俊龙，
申请(专利权)人：中航通飞华南飞机工业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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